本發(fā)明屬于傳感器技術領域，尤其涉及一種基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)及控制方法。

背景技術：

表面波傳感器是基于聲表面波諧振的頻率隨著被測物理量的變化而改變，從而測量物理量的一種新型傳感器。用聲表面波器件可以做成測量壓力、加速度以及溫度等參數(shù)的傳感器。由于采用半導體集成工藝制造，故可以制成微結構，重量輕，又因為其輸出頻率信號，所以抗干擾能力強，便于實現(xiàn)數(shù)值控制。

無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks,WSN)是一種分布式傳感網(wǎng)絡，由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網(wǎng)絡。WSN節(jié)點通常要求尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特點。

聲表面波傳感器滿足WSN節(jié)點的要求，其尺寸小，能大規(guī)模生產、成本低、功耗低。聲表面?zhèn)鞲衅髋cWSN的結合將帶來信息感知的一場變革。

傳統(tǒng)的傳感器采用直流電源供電，如果在一些無電、供電困難的環(huán)境中想對某些設備或環(huán)境進行狀態(tài)監(jiān)控，則建設狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)十分困難，同時采用有線方式連接系統(tǒng)的各個設備，將會給施工布線帶來極大的麻煩。因此，需要一種采用自供電的無線傳感器系統(tǒng)，解決在無電或供電困難、不易采用有線供能的環(huán)境中對目標進行狀態(tài)監(jiān)控的問題。

一般自供能無線傳感電路，僅僅依靠能量收集器收集周圍環(huán)境中的能量，然而，周圍環(huán)境的能量一般都是變化的，當周圍環(huán)境能量較小，即被能量收集器收集的能量不足以驅動傳感器時，整個系統(tǒng)便會癱瘓，出現(xiàn)不可預知的后果。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)及控制方法，旨在解決在無電或供電困難、不易采用有線供能的環(huán)境中對目標進行狀態(tài)監(jiān)控；現(xiàn)有的自供能無線傳感電路，僅僅依靠能量收集器收集周圍環(huán)境中的能量，然而，周圍環(huán)境的能量一般都是變化的，當周圍環(huán)境能量較小，即被能量收集器收集的能量不足以驅動傳感器時，整個系統(tǒng)便會癱瘓，出現(xiàn)不可預知的后果的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)，所述基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)包括：

能量收集系統(tǒng)，與信號處理及射頻能量控制電路連接，用于將周圍能量的振動能量和射頻能量轉換為穩(wěn)定電能驅動傳感器工作，并利用傳感器通過天線將傳感器檢測的信號傳輸給信號處理及射頻能量控制電路；

信號處理及射頻能量控制電路，與云端數(shù)據(jù)庫連接，用于將傳感器傳輸?shù)男盘栠M行一系列處理，傳入信號處理及射頻能量控制電路的微控制器；微控制器一方面，在振動能量不足卻需要傳感器工作時，控制信號處理及射頻能量控制電路的射頻能量發(fā)射器發(fā)射射頻能量，供能量收集系統(tǒng)采集能量；另一方面，微控制器獲得傳感器信息后，上傳至云端數(shù)據(jù)庫；

云端數(shù)據(jù)庫，用于將云端數(shù)據(jù)與智能終端進行交互。

進一步，所述能量收集系統(tǒng)包括：

振動能量收集器，與能量管理電路連接，用于收集周圍的振動能量；

射頻能量收集器，與能量管理電路連接，用于將電能在發(fā)射端通過天線轉為電磁波，在接受端通過天線將電磁波再轉為電能；

能量管理電路，與傳感器工作電路連接，用于將所收集到的交變、高頻、不穩(wěn)定的電能通過整流、存儲、穩(wěn)壓處理后變?yōu)橹绷?、穩(wěn)定的能供傳感器使用的電能；

傳感器工作電路，將傳感器的傳感信息轉換為振蕩信號，通過天線傳播至微控制器。

進一步，射頻能量收集器采用射頻能量收集器超材料天線；所述射頻能量收集器超材料天線采用超材料的開口諧振環(huán)，作為能量收集單元；所述射頻能量收集器超材料天線的基底采用聚四氟乙烯玻璃纖維增強材料Rogers Duroid RT5880，開口諧振環(huán)采用金Au材料。

進一步，振動能量收集器包括：

質量塊帶動壓電材料彎曲，將振動能量轉為電能的壓電效應部件；

質量塊運動帶動線圈在磁棒提供的磁場中運動，線圈中磁通量發(fā)生變化，產生電能的電磁感應部件；

所述壓電效應部件和電磁感應部件均與能量管理電路電連接。

進一步，能量管理電路由交流-直流整流器、MPPT變換器、能量存儲電路及穩(wěn)壓電路；

所述交流-直流整流器，與MPPT變換器連接，用于將能量收集器所收集的交流電整流為直流電；該交流-直流整流器由四個二極管構成；

所述MPPT變換器，與能量存儲模塊連接，該MPPT變換器由電感L1、電容C1、二極管D5、MOS管Q、電阻R1及MPPT控制電路組成；電感L1用于阻擋交流電整流后的直流電含有的交流分量進行濾波；電容C1用于對直流電源上的交流成分濾除；二極管D5用于保證電流方向；電阻R1用于將電路中的電流信號變?yōu)殡妷盒盘柟㎝PPT控制電路使用；MPPT控制電路由微控制器TIMSP430和可編程脈沖輸出芯片LTC6906組成，該MPPT控制電路輸入端為R1兩端電壓信號，輸出端為PWM信號；MPPT用于使輸入源工作在MPPT的最大功率點附近，使能量收集器能夠輸出更多電能，將整流器的直流電有效地貯存在超級電容中，以供傳感器使用；MOS管Q用于根據(jù)MPPT控制電路所輸出的PWM信號調節(jié)MPPT變換器的輸出功率，Q為MPPT變換器的執(zhí)行元件；

能量存儲電路，與穩(wěn)壓電路連接，用于為電路的儲能，所述能量存儲電路由超級電容組成；

所述穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓器LTC1877及芯片周圍外部元件組成；所述穩(wěn)壓電路與傳感器工作電路連接。

進一步，所述傳感器工作電路由Pierce震蕩電路、驅動及匹配電路、天線組成；所述Pierce震蕩電路由增益放大器U1、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容C6、電容C7、聲表面波傳感器SAW、電感L4組成；所述驅動及匹配電路由功率放大器U2、電感L3及C5組成；

所述聲表面波傳感器SAW用于傳感，將溫度、壓力物理信號轉換為振蕩的電信號；

增益放大器U1用于增益放大；電阻R4、R5和R6用于調節(jié)放大器的靜態(tài)工作點，使得U1處于放大工作狀態(tài)；電感L4用于提高振蕩電路的頻率穩(wěn)定性；Vin為振蕩電路的電源電壓；聲表面波諧振器SAW一方面與C6、C7兩電容構成π型網(wǎng)絡形式的帶通濾波器，另一方面，在諧振器共振頻率上，提供180度相移，從而使得Pierce振蕩電路滿足幅度平衡和相位平衡振蕩的兩個條件，進而整個振蕩電路振蕩起來；

所述驅動及匹配電路用于將傳感信號傳播至天線；功率放大器U2組成驅動模塊；電感L3及C5組成匹配電路，用于將天線的阻抗與放大器的阻抗相匹配。

進一步，信號處理及射頻能量控制電路用于將來自傳感器的信號經(jīng)過濾波、放大、零中頻解調、模數(shù)轉換后傳入微處理器中，從而達到讀取傳感器信息的目的；還用于微處理器控制高功率射頻發(fā)射器發(fā)射射頻能量供傳感器使用，在低外界能量情況下，主動喚醒傳感器工作；

所述將來自傳感器的信號經(jīng)過濾波、放大、零中頻解調、模數(shù)轉換后傳入微處理器中，從而達到讀取傳感器信息的目的的方法包括：

1)傳感器信號經(jīng)信號接收天線接收后進入射頻濾波器M1，濾掉有用頻帶外的雜亂信號；

2)再進入低噪聲前置放大器G1；

3)再進入零中頻接收器Max7033中，所述零中頻接收器Max7033由下變頻器J1、J2、片上濾波器M2、M3及低噪聲放大器G2、G3組成；G1出來的信號與信號源經(jīng)過正交化的信號在下變頻器J1、J2中進行下變頻變換，得到的信號進入片上高階低頻濾波器，得到基頻信號；由于信號較弱，未達到AD模數(shù)轉換的量程范圍，通過放大器G2、G3加強信號；

4)再進入AD，將模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號；

5)之后數(shù)字信號進入微處理器，完成讀取傳感器信息的任務；

所述微處理器控制高功率射頻發(fā)射器發(fā)射射頻能量供傳感器使用，在低外界能量情況下，主動喚醒傳感器工作的方法包括：

(1)當人為需要主動讀取傳感器數(shù)據(jù)時，按下喚醒按鈕，微控制器發(fā)出啟動發(fā)射器工作的信號；

(2)信號進入射頻發(fā)射芯片nRF905中，該nRF905芯片用于成為信號源，產生射頻信號；之后，射頻信號進入功率放大器RF5110G中，該RF5110G芯片用于增強射頻信號的能量；

(3)射頻能量通過天線發(fā)射出去。從而實現(xiàn)主動喚醒傳感器工作。

本發(fā)明另一目的在于提供一種基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)的控制方法，所述基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟：

一)系統(tǒng)開始運轉后，接收機處于待機狀態(tài)，能量收集系統(tǒng)運轉收集周圍能量；

二)微控制器判斷是否傳感器有信號傳來；

三)有信號傳來情況下，微控制器控制接收機接收傳感信號，傳感器正常工作；

四)若傳感器無信號進入接收機，表示周圍能量不足或超級電容儲存的電能不夠，則射頻能量發(fā)射器處于待機狀態(tài)；

五)微控制器判斷是否有人為主動觸發(fā)信號，若無觸發(fā)信號，則返回接收機待機狀態(tài)，若有觸發(fā)信號，則進入下一步；

六)微控制器控制射頻能量發(fā)射器發(fā)射射頻能量；

七)微控制器判斷是否有人為終止發(fā)射信號，若無終止發(fā)射信號則返回上一步，繼續(xù)發(fā)射射頻能量；

八)若有終止發(fā)射信號，則微控制器發(fā)出信號，關閉射頻能量發(fā)射器；

九)返回接收機待機轉態(tài)，重新開始新的循環(huán)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種安裝有上述基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)的胎壓監(jiān)控系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種安裝有上述基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)的火車鐵軌溫度監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)，含能量收集器，可收集振動能量及射頻能量供傳感器使用，能解決在無電或供電困難、不易采用有線供能的環(huán)境中對目標進行狀態(tài)監(jiān)控的問題。此外，本系統(tǒng)含射頻(Radio Frequency)能量收集器與射頻能量發(fā)射器，當外界(振動)能量不夠時，可通過射頻能量發(fā)射器發(fā)射射頻能量，供射頻能量收集器收集能量并給傳感器供電?；诖斯δ埽景l(fā)明可以在外界能量匱乏工況下主動喚醒傳感器工作，消除系統(tǒng)癱瘓的風險。

本發(fā)明可用于胎壓監(jiān)控，成為胎壓監(jiān)控系統(tǒng)(TPMS)；用于火車鐵軌溫度監(jiān)測；用于發(fā)動機溫度監(jiān)測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的能量收集系統(tǒng)示意圖。

圖中：1、質量塊；2、壓電材料；3、線圈與磁棒；4、射頻能量收集器超材料天線；5、能量管理電路；6、傳感器工作電路；7、天線；8、能量收集系統(tǒng)；9、信號處理及射頻能量控制電路；10、云端數(shù)據(jù)庫。

圖3是本發(fā)明實施例提供的能量管理電路示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例提供的傳感器工作模塊示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例提供的信號處理及射頻能量控制電路圖。

圖6是本發(fā)明實施例提供的振動能量收集器示意圖。

圖7是本發(fā)明實施例提供的基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)的控制方法流程圖。

圖8是本發(fā)明實施例提供的射頻能量收集器超材料天線示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)，包括：

能量收集系統(tǒng)8，與信號處理及射頻能量控制電路連接，用于將周圍能量的振動能量和射頻能量轉換為穩(wěn)定電能驅動傳感器工作，并利用傳感器通過天線將傳感器檢測的信號傳輸給信號處理及射頻能量控制電路；

信號處理及射頻能量控制電路9，與云端數(shù)據(jù)庫連接，用于將傳感器傳輸?shù)男盘栠M行一系列處理，傳入信號處理及射頻能量控制電路的微控制器；微控制器一方面，在振動能量不足卻需要傳感器工作時，控制信號處理及射頻能量控制電路的射頻能量發(fā)射器發(fā)射射頻能量，供能量收集系統(tǒng)采集能量；另一方面，微控制器獲得傳感器信息后，上傳至云端數(shù)據(jù)庫；

云端數(shù)據(jù)庫10，用于將云端數(shù)據(jù)與智能終端進行交互。

本發(fā)明實施例提供的基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)原理實現(xiàn)聲表面波傳感系統(tǒng)的自供能功能，具體包括如下：

1)本發(fā)明所收集能量包含振動能量與射頻能量。

2)振動能量一部分通過壓電材料的壓電效應轉換為電能，另一部分通過電磁感應轉換為電能。射頻能量通過射頻能量采集器轉換為電能。

3)所采集的能量經(jīng)過電源管理電路整流、存儲、穩(wěn)壓等處理為傳感器供電。傳感器將傳感信息通過天線信號處理及控制電路。

4)信號處理電路將傳感器傳過來的信號進行一系列處理，傳入微控制器。當振動能量不足卻需要傳感器工作時，微控制器控制高功率發(fā)射器發(fā)射射頻能量，供射頻能量采集電路工作，采集射頻能量驅動傳感器工作。

5)微控制器獲得傳感器信息后，上傳至云端數(shù)據(jù)庫，云端數(shù)據(jù)可與終端如手機進行交互，進一步拓展為“物聯(lián)網(wǎng)”。

本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在：現(xiàn)有技術自供能無線傳感電路，僅僅依靠能量收集器收集周圍環(huán)境中的能量，然而，周圍環(huán)境的能量一般都是變化的，當周圍環(huán)境能量較小，即被能量收集器收集的能量不足以驅動傳感器時，整個系統(tǒng)便會癱瘓，出現(xiàn)不可預知的后果。本發(fā)明含射頻(Radio Frequency)能量收集器和射頻能量發(fā)射器，當外界(振動)能量不夠時，可通過射頻能量發(fā)射器發(fā)射射頻能量，供射頻能量收集器收集能量并給傳感器供電。基于此功能，本發(fā)明可以在外界能量匱乏工況下主動喚醒傳感器工作，消除系統(tǒng)癱瘓的風險。

如圖2所示，能量收集系統(tǒng)：

能量收集系統(tǒng)目的為將周圍能量(如振動能量和主動發(fā)射的射頻能量)轉換為穩(wěn)定電能供傳感器使用。具體實現(xiàn)過程如下：

1)振動能量會引發(fā)線圈與磁棒3中的線圈和磁棒直接的相互運動，進而導致線圈中磁通量發(fā)生變化，出現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象，從而將振動能量轉換為電能。

2)振動能量也會導致質量塊1的上下振動，質量塊振動會導致壓電材料2受力，出現(xiàn)壓電效應，將振動能量轉換為電能。

3)射頻能量收集器是將電能在發(fā)射端通過射頻能量收集器超材料天線4轉為電磁波，在接受端通過射頻能量收集器天線將電磁波再轉為電能，在轉換過程中天線的工作頻率必須與所接收到信號的頻率相同。

4)能量管理電路5便是將所收集到的交變、高頻、不穩(wěn)定的電能通過整流、存儲、穩(wěn)壓等處理變?yōu)橹绷?、穩(wěn)定的能供傳感器使用的電能。

5)傳感器工作電路6的目的是將聲表面波器件的傳感信息轉換為振蕩信號，通過天線7傳播至微控制器。

圖中壓電材料可采取PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)薄膜。此外，射頻能量接收天線的工作頻率必須與發(fā)射射頻信號的頻率相同。

如圖3所示，能量管理電路：

該電路主要目的為將所收集到的交變、高頻、不穩(wěn)定的電能通過整流、存儲、穩(wěn)壓等處理變?yōu)橹绷鳌⒎€(wěn)定的能供傳感器使用的電能。該電路主要由四部分構成，即交流-直流整流器、MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率點跟蹤)變換器、能量存儲電路及穩(wěn)壓電路。各元器件具體作用如下：

1)交流-直流整流器：該模塊作用為將能量收集器所收集的交流電整流為直流電。該模塊由四個二極管構成，由于二極管具有單向導通特性，交流電通過二極管整流后的電流方向便是二極管的導通方向。圖3中電流成順時針方向流動。

2)MPPT變換器：該變換器是整個能量管理電路中較為關鍵的部分。該變換器由電感L1、電容C1、二極管D5、MOS管Q、電阻R1及MPPT控制電路組成。其中電感L1起濾波的作用，交流電整流后的直流電含有交流分量，使用電感可阻擋交流分量的通過，(讓直流通過，不讓交流通過)起到濾波的作用。、電容C1起對直流電源上的交流成分濾除的作用、二極管D5為保證電流方向。R1為將電路中的電流信號變?yōu)殡妷盒盘柟㎝PPT控制電路使用。MPPT控制電路由微控制器TIMSP430和可編程脈沖輸出芯片LTC6906，該模塊輸入為R1兩端電壓信號，輸出為PWM(Pulse-Width Modulation，脈寬調制)信號。MPPT作用為使輸入源工作在其的最大功率點附近，使能量收集器能夠輸出更多電能，將整流器的直流電有效地貯存在超級電容中，以供傳感器使用。MOS管Q作用為根據(jù)MPPT控制電路所輸出的PWM信號調節(jié)MPPT變換器的輸出功率，Q為MPPT變換器的執(zhí)行元件。

3)能量存儲電路：該電路為電路的儲能電路，由超級電容組成。該超級電容的電容數(shù)量級為法拉(F)，電壓級別為伏(V)。

4)穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路由凌力爾特公司穩(wěn)壓器LTC1877及芯片周圍外部元件組成。該芯片的輸入電壓范圍為2.65V至10V，輸出為3.3V，是一款高效率、單片式、同步降壓型穩(wěn)壓器，采用一種恒定頻率、電流模式架構。此外，LTC1877的轉換效率非常高，最高可達95％，可以降低系統(tǒng)功耗。

如圖4所示，傳感器工作電路：

該電路目的為使傳感器正常工作，并將傳感信號放大通過天線傳播出去。該電路由增益放大器U1、電阻R1、聲表面波傳感器SAW、功率放大器U2、天線及匹配電路組成。各元器件具體作用如下：

1)聲表面波傳感器SAW起傳感作用，可將溫度、壓力等物理信號轉換為振蕩的電信號，傳感器為諧振式聲表面波傳感器，其諧振頻率與待測物理量呈相關關系。

2)傳感器振蕩電路選擇Pierce振蕩器電路，優(yōu)點為可靠性及穩(wěn)定性高。其中，增益放大器U1起增益放大作用，電阻R4、R5和R6調節(jié)放大器的靜態(tài)工作點，使得U1處于放大工作狀態(tài)。電感L4的作用為提高振蕩電路的頻率穩(wěn)定性，Vin為振蕩電路的電源電壓，聲表面波諧振器一方面與C6、C7兩電容構成π型網(wǎng)絡形式的帶通濾波器，另一方面，在諧振器共振頻率上，提供180度相移。從而使得振蕩電路滿足振蕩的兩個條件，即①幅度平衡②相位平衡，進而整個振蕩電路振蕩起來。

3)驅動和匹配電路：該電路目的為將傳感信號傳播至天線。驅動模塊由功率放大器U2組成，匹配電路由電感L3及C5組成，將天線的阻抗與放大器的阻抗相匹配。

在聲表面波振蕩電路的測量數(shù)據(jù)中，振蕩電路的工作點在434MHz附近。

如圖5所示，信號處理及射頻能量控制電路：

信號處理及控制電路的目的為：一，將來自傳感器的信號經(jīng)過濾波、放大、零中頻解調、模數(shù)轉換后傳入微處理器中，從而達到讀取傳感器信息的目的。二，微處理器控制高功率射頻發(fā)射器發(fā)射射頻能量供傳感器使用，在低外界能量情況下，主動喚醒傳感器工作。具體實現(xiàn)步驟如下：

目的一實現(xiàn)步驟：

1)傳感器信號經(jīng)信號接收天線接收后進入射頻濾波器M1，濾掉有用頻帶外的雜亂信號。

2)之后進入低噪聲前置放大器G1，G1必須采用低噪聲放大器，避免帶入噪聲信號，影響系統(tǒng)信號質量。

3)之后進入零中頻接收器Max7033中，零中頻接收器Max7033的原理為：由下變頻器J1、J2、片上濾波器M2、M3及低噪聲放大器G2、G3組成。G1出來的信號與信號源經(jīng)過正交化的信號在下變頻器J1、J2中進行下變頻變換，得到的信號進入片上高階低頻濾波器，得到基頻信號。由于信號較弱，未達到AD(模數(shù)轉換)的量程范圍，從而增加了放大器G2、G3。零中頻解調優(yōu)點在于中頻信號頻率為零，不存在鏡像頻率，因此不存在鏡像頻率干擾問題，不需要高Q值帶通濾波器，能夠很好實現(xiàn)單片集成，此外也降低接收機功耗和干擾。

4)之后進入AD，將模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號。

5)之后數(shù)字信號進入微處理器，完成讀取傳感器信息的任務。

目的二實現(xiàn)步驟：

1)當人需要主動讀取傳感器數(shù)據(jù)時，按下喚醒按鈕，微控制器發(fā)出啟動發(fā)射器工作的信號。

2)信號進入射頻發(fā)射芯片nRF905中，該芯片作用為成為信號源，產生射頻信號。之后，射頻信號進入功率放大器RF5110G中，該芯片作用為增強射頻信號的能量。

3)射頻能量通過天線發(fā)射出去。從而實現(xiàn)目標二。

聲表面波傳感器其組成部分由壓電材料、反射柵、叉指電極、襯墊、導線組成。

聲表面波器件的反射系數(shù)S11的測量數(shù)據(jù)通過矢量網(wǎng)絡分析儀測量所得，該聲表面波諧振頻率為432MHz附近，振蕩電路的設計需要根據(jù)該器件的振蕩頻率來設計。

如圖6所示，振動能量收集器：

該能量收集器，壓電材料可采用PDMS。該能量收集器可達到收集振動能量的目的。且振動能量分兩部分收集，即①質量塊1帶動壓電材料2的彎曲，從而出現(xiàn)壓電效應，將振動能量轉為電能②質量塊運動帶動線圈在永磁鐵3提供的磁場中運動，線圈中磁通量發(fā)生變化，由電磁感應效應可知，將產生電能。

能量收集器的輸出電流以及輸出電壓的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡所采集得到，為能量收集器的輸出參數(shù)。

如圖7所示，基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)的控制方法；

具體描述如下：

1)系統(tǒng)開始運轉后，接收機(含微控制器、信號處理電路)處于待機狀態(tài)，能量收集系統(tǒng)運轉收集周圍能量；

2)微控制器判斷是否傳感器有信號傳來；

3)有信號傳來情況下，微控制器控制接收機接收傳感信號，傳感器正常工作；

4)若傳感器無信號進入接收機，表示周圍能量不足或超級電容儲存的電能不夠，則射頻能量發(fā)射器處于待機狀態(tài)；

5)微控制器判斷是否有人為主動觸發(fā)信號，若無觸發(fā)信號，則返回接收機待機狀態(tài)，若有觸發(fā)信號，則進入下一步；

6)微控制器控制射頻能量發(fā)射器發(fā)射射頻能量；

7)微控制器判斷是否有人為終止發(fā)射信號，若無終止發(fā)射信號則返回上一步，繼續(xù)發(fā)射射頻能量；

8)若有終止發(fā)射信號，則微控制器發(fā)出信號，關閉射頻能量發(fā)射器；

9)返回接收機待機轉態(tài)，重新開始新的循環(huán)。

如圖8所示，射頻能量收集器超材料天線應用優(yōu)點：當射頻信號發(fā)射源與天線的距離較遠時，普通天線的能量收集效率不高。而采用超材料的開口諧振環(huán)，作為能量收集單元，單位面積的收集效率更高。(超材料(meta-material)是具有奇異電磁特性的人工材料，一般由遠小于波長的結構單元周期性排列構成，如同時具有負折射率和負磁導率的左手材料。)該天線的基底可采用聚四氟乙烯玻璃纖維增強材料Rogers Duroid RT5880。開口諧振環(huán)可采用金(Au)作為材料。

采用仿真軟件對超材料天線的開口諧振環(huán)進行有限元分析而得到的電場分配，在開口諧振環(huán)的開口處電場較強，可以從此處采集電能。

本發(fā)明提供的基于聲表面波傳感器的自供能傳感系統(tǒng)及控制方法，含能量收集器，可收集振動能量及射頻能量供傳感器使用，能解決在無電或供電困難、不易采用有線供能的環(huán)境中對目標進行狀態(tài)監(jiān)控的問題。此外，本系統(tǒng)含射頻(Radio Frequency)能量收集器與射頻能量發(fā)射器，當外界(振動)能量不夠時，可通過射頻能量發(fā)射器發(fā)射射頻能量，供射頻能量收集器收集能量并給傳感器供電?；诖斯δ?，本發(fā)明可以在外界能量匱乏工況下主動喚醒傳感器工作，消除系統(tǒng)癱瘓的風險。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。