CN104864920B - 用于管道监测的流量传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于管道监测的流量传感装置，用于解决现有的流量计由于结构复杂、造价高昂等缺陷，而导致应用范围受限的问题。该流量传感装置包括：标靶、第一组摩擦式流量传感器和连接杆；其中，标靶位于被监测的管道内部，其在管道内有流体通过时产生第一位移；连接杆设置为穿过管道上的第一开孔并与标靶固定连接；第一组摩擦式流量传感器位于管道外部，包括：第一摩擦层，第一摩擦层与连接杆固定连接，并在连接杆的带动下产生与第一位移相对应的第二位移；第二摩擦层，第二摩擦层固定在管道外部，其与第一摩擦层的第一侧表面相对设置，并且，第二摩擦层与第一摩擦层之间的距离小于第二位移的位移量。

Description

用于管道监测的流量传感装置

技术领域

本发明涉及管道监测领域，具体涉及一种用于管道监测的流量传感装置。

背景技术

管道在人们的日常生活中应用广泛，可用于传输包括各类液体和气体在内的流体。例如，在医疗领域需要使用医用输液管道来为病人输送生理盐水、血液或胰岛素等各类液体。并且，在供暖、供油、供气等多种场景中也都需要用管道来传输各类流体。

在上述应用场景中，经常需要对管道内的流体的流量信息进行感测，以确定管道内流体的流动是否正常。在现有技术中，为了实现上述目的，往往需要采用专用的流量计进行感测。虽然流量计能够感测到流体的流量信息，但是，由于流量计结构复杂、造价高昂等缺陷，导致应用范围非常受限。

发明内容

本发明提供一种用于管道监测的流量传感装置，用于解决现有的流量计由于结构复杂、造价高昂等缺陷，而导致应用范围受限的问题。

一种用于管道监测的流量传感装置，包括：标靶、第一组摩擦式流量传感器和连接杆；其中，所述标靶位于被监测的管道内部，其在所述管道内有流体通过时产生第一位移；所述连接杆设置为穿过所述管道上的第一开孔并与所述标靶固定连接；所述第一组摩擦式流量传感器位于所述管道外部，包括：第一摩擦层，所述第一摩擦层与所述连接杆固定连接，并在所述连接杆的带动下产生与所述第一位移相对应的第二位移；第二摩擦层，所述第二摩擦层固定在所述管道外部，其与所述第一摩擦层的第一侧表面相对设置，并且，所述第二摩擦层与所述第一摩擦层之间的距离小于所述第二位移的位移量。

可选地，所述标靶的第一侧表面与所述管道内的流体的流动方向垂直，或者，所述标靶的第一侧表面与所述管道内的流体的流动方向呈30°—60°设置。

可选地，该流量传感装置进一步包括：连接所述管道及所述连接杆的限位结构，所述连接杆通过所述限位结构悬浮在管道内部，并且能够在所述管道内活动。

可选地，该流量传感装置进一步包括：固定在所述管道外部的弧形基板，则所述第二摩擦层通过所述弧形基板固定在所述管道外部；所述弧形基板上对应所述第一开孔的位置设置有第二开孔，所述连接杆穿过所述第一开孔及第二开孔连接所述标靶以及第一摩擦层，其中，所述限位结构通过所述弧形基板连接所述管道与所述连接杆。

可选地，所述限位结构为杠杆机构，所述连接杆能够以所述杠杆机构为支点在管道内部沿所述流体的流动方向摆动。

可选地，所述第一开孔或所述第二开孔与所述连接杆之间进一步设置有弹性密封圈。

可选地，所述限位结构为转动副，所述连接杆能够通过所述转动副在管道内部转动。

可选地，该流量传感装置进一步包括：第二组摩擦式流量传感器，所述第二组摩擦式流量传感器包括固定在所述管道外部的第三摩擦层与所述第一摩擦层，所述第三摩擦层与所述第一摩擦层的第二侧表面相对设置，并且，所述第三摩擦层与所述第一摩擦层之间的距离小于所述第二位移的位移量。

可选地，所述第一组摩擦式流量传感器和所述第二组摩擦式流量传感器之间相互串联后与一个外接的电信号处理装置相连；或者，所述第一组摩擦传感器和所述第二组摩擦传感器之间相互并联后与一个外接的电信号处理装置相连；或者，所述第一组摩擦传感器和所述第二组摩擦传感器分别与两个外接的电信号处理装置相连。

可选地，该流量传感装置进一步包括：与所述电信号处理装置相连的报警器。

可选地，所述第一组摩擦式流量传感器为三层结构、四层结构或者五层结构，且该组摩擦式流量传感器至少包含构成摩擦界面的两个相对面；和/或，所述第二组摩擦式流量传感器为三层结构、四层结构或者五层结构，且该组摩擦式流量传感器至少包含构成摩擦界面的两个相对面。

可选地，所述摩擦界面中的至少一个面上设有微纳结构。

在本发明提供的流量传感装置中，首先，当管道内有流体通过时，在流体流动时所产生的冲击力的作用下，设置在管道内部的标靶将产生位移；然后，在连接杆的传动作用下，设置在管道外部且通过连接杆与标靶固定连接的第一摩擦层也将产生与标靶相对应的位移，进而与第二摩擦层相互接触并摩擦。由此可见，在上述过程中，流体的流动将导致由第一摩擦层和第二摩擦层组成的摩擦式流量传感器产生电信号。当流体流量大或流速快时，该电信号较强；而当流体流量小或流速缓时，该电信号较弱。因此，通过摩擦式流量传感器产生的电信号就可以准确反映出管道内部的流体流动情况。该流量传感装置具有精度高、结构简单以及成本低廉等诸多优势，能够广泛应用于各类场景。

附图说明

图1示出了本发明提供的用于管道监测的流量传感装置的结构示意图；

图2a示出了本发明实施例一提供的流量传感装置的内部结构示意图；

图2b示出了本发明实施例一提供的流量传感装置的外部结构示意图；

图2c示出了本发明实施例一提供的流量传感装置的横向剖面示意图；

图2d示出了本发明实施例一提供的流量传感装置的纵向剖面示意图；

图3a示出了本发明实施例二提供的流量传感装置的内部结构示意图；

图3b示出了本发明实施例二提供的流量传感装置的外部结构示意图；

图3c示出了本发明实施例二提供的流量传感装置的横向剖面示意图；

图3d示出了本发明实施例二提供的流量传感装置的纵向剖面示意图;

图4a示出了本发明实施例三提供的流量传感装置的内部结构示意图；

图4b示出了本发明实施例三提供的流量传感装置的外部结构示意图；

图4c示出了本发明实施例三提供的流量传感装置的横向剖面示意图；

图4d示出了本发明实施例三提供的流量传感装置的俯视图；

图4e示出了本发明实施例三提供的流量传感装置的纵向剖面示意图;

图5a示出了设置有第三摩擦层时的流量传感装置的横向剖面示意图；

图5b示出了设置有第三摩擦层时的流量传感装置的纵向剖面示意图；

图6a示出了一滴水滴作用于标靶上时所产生的电压响应；

图6b示出了连续的水滴作用于标靶上时所产生的电压响应；

图6c示出了连续的水流作用于标靶上时所产生的电压响应。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明,但本发明并不仅仅限于此。

为了解决现有的流量计由于结构复杂、造价高昂等缺陷，而导致应用范围受限的问题，本发明提供了一种用于管道监测的流量传感装置。

图1示出了本发明提供的用于管道监测的流量传感装置的结构示意图，如图1所示，该流量传感装置包括：标靶11、第一组摩擦式流量传感器以及连接杆13。其中，标靶11位于被监测的管道内部，其在管道内有流体通过时产生第一位移；连接杆13设置为穿过管道上的第一开孔并与标靶11固定连接；第一组摩擦式流量传感器位于管道外部，并且，该第一组摩擦式流量传感器包括：第一摩擦层12，该第一摩擦层12与连接杆13固定连接，并在连接杆13的带动下产生与上述第一位移相对应的第二位移；第二摩擦层14，该第二摩擦层14固定在管道外部，其与第一摩擦层12的第一侧表面相对设置，并且，第二摩擦层14与第一摩擦层12之间的距离小于上述第二位移的位移量。

在本发明提供的流量传感装置中，首先，当管道内有流体通过时，在流体流动时所产生的冲击力的作用下，设置在管道内部的标靶将产生位移；然后，在连接杆的传动作用下，设置在管道外部且通过连接杆与标靶固定连接的第一摩擦层也将产生与标靶相对应的位移，进而与第二摩擦层相互接触并摩擦。由此可见，在上述过程中，流体的流动将导致由第一摩擦层和第二摩擦层组成的摩擦式流量传感器产生电信号。当流体流量大或流速快时，该电信号较强；而当流体流量小或流速缓时，该电信号较弱。因此，通过摩擦式流量传感器产生的电信号就可以准确反映出管道内部的流体流动情况。该流量传感装置具有精度高、结构简单以及成本低廉等诸多优势，能够广泛应用于各类场景。

下面通过几个具体实施例详细介绍一下本发明提供的用于管道监测的流量传感装置：

实施例一、

图2a示出了本发明实施例一提供的流量传感装置的内部结构示意图；图2b示出了本发明实施例一提供的流量传感装置的外部结构示意图；图2c示出了本发明实施例一提供的流量传感装置的横向剖面示意图；图2d示出了本发明实施例一提供的流量传感装置的纵向剖面示意图。如图2a至图2d所示，该流量传感装置至少包括：弧形基板20、第二摩擦层21、连接杆22、标靶23和第一摩擦层24。其中，第二摩擦层21和第一摩擦层24共同构成第一组摩擦式流量传感器。并且，该流量传感装置应用于管道10上，管道10可以通过两端的螺纹与其他管道对接，以扩展管道的长度，同时还便于拆卸该流量传感装置。

其中，弧形基板20固定在管道10的外部，用于支撑该流量传感装置中的其余部件。优选地，弧形基板的弧度与管道的弧度一致，以使弧形基板的固定方式更加牢固可靠。

第二摩擦层21通过固定部件固定在弧形基板20上。该固定部件既可以是固定杆，也可以是弹簧杆。优选地，第二摩擦层21通过弹簧杆固定在弧形基板20上，这样，当第二摩擦层21受到第一摩擦层24的摩擦时，将随弹簧杆发生颤动，进而与第一摩擦层发生更加显著的摩擦，由此提升传感装置的灵敏度。另外，第二摩擦层21与第一摩擦层24的第一侧表面相对设置，优选地，在初始状态时，第二摩擦层21与第一摩擦层24相互平行，且二者之间的距离较小，以确保第一摩擦层24在连接杆22的带动下产生位移时能够与第二摩擦层21有效接触并进行摩擦。例如，第二摩擦层21与第一摩擦层24之间的距离可以小于第一摩擦层24在连接杆22的带动下所产生的位移量。

另外，弧形基板20上设置有用于供连接杆22从中穿过的开孔（管道10的相应位置处也对应设置有开孔）。连接杆22的第一端位于管道内部，并连接有标靶23；连接杆22的第二端位于管道外部，并连接有第一摩擦层24。其中，上述开孔的内径大于连接杆22位于开孔内的部分的外径，以使连接杆22能够在开孔内自由摆动。

在上述结构中，为了使与连接杆22连接的标靶23能够悬浮在管道内部，还可以设置用于连接管道10及连接杆22的限位结构，以便对连接杆进行限位，使连接杆位于管道内部的部分的长度恒定不变，相应地，使连接杆位于管道外部的部分的长度也恒定不变。由此可见，该限位结构将连接杆的特定部位（例如中间部位）限定在上述开孔处。换言之，该连接杆通过限位结构悬浮在管道内部，并且能够以限位结构为定点在管道内活动。

上述限位结构的实现方式多种多样，只要能够实现上述目的即可，本发明对限位结构的具体实现方式不做限定。为了便于理解，下面给出限位结构的一种示例性实现方式。例如，如图2a所示，该限位结构可以通过设置在连接杆中间部位的内部、且截面为“X”形的通孔（图未示）；以及穿过该通孔并通过弧形基板进行固定的支撑杆25来实现。具体地，支撑杆25用来对连接杆进行限位，防止其上下移动，“X”形的通孔用来确保连接杆在同一水平面内具有一定的活动空间，即：在开孔内自由摆动，从而能够在标靶发生位移时，通过摆动来带动第一摩擦层发生与标靶相对应的位移。

除上述实现方式之外，该限位结构也可以直接通过将连接杆位于开孔处的部位的外径设置得小于其他部位的外径来实现，换句话说，连接杆位于开孔处的部位的外径小于开孔的内径，而连接杆其他部位的外径大于开孔的内径，从而既能够防止连接杆上下移动，又能使连接杆自由摆动。换言之，该限位结构为杠杆机构，则连接杆能够以该杠杆机构为支点在管道内部沿流体的流动方向摆动。

进一步地，为了防止流体从开孔与连接杆之间的空隙内溢出，还可以进一步在开孔（包括弧形基板上的开孔和/或管道相应位置处的开孔）和连接杆22之间设置弹性密封圈26。从图2a至图2d可以看出，在实施例一中，标靶23的第一侧表面与管道内的流体的流动方向垂直。此时，无论管道呈竖直放置还是水平放置，其内部流过的流体都将对标靶产生垂直的冲击力，促使标靶发生位移。

下面介绍一下上述流量传感装置的工作原理：首先，当管道内有流体通过时，假设流体的流动方向为从左向右流过，此时，流体冲击标靶23的第一侧表面（即左侧表面）；然后，标靶23在流体冲击力的作用下发生位移，具体地，标靶23向右侧移动，与此同时，连接杆22在标靶23的带动下在开孔内摆动，由于标靶23的位移方向是向右的，因此连接杆22的第一端也随之向右摆动，同时带动连接杆22的第二端相应地向左摆动，进而促使第一摩擦层24也随之向左摆动，从而与第二摩擦层21发生接触并摩擦，由此在第一摩擦层和第二摩擦层之间产生电荷。

由此可见，在上述过程中，每当管道内进行阶段性供液时，标靶都将产生位移并促使第一摩擦层和第二摩擦层相互摩擦并感应出电荷。例如，当管道竖直放置，并以点滴方式进行供液时，每当一滴液体滴落到标靶23上时，都将促使标靶23下移，进而使第一摩擦层和第二摩擦层相互摩擦并感应出电荷；而当液体顺着标靶落下后，标靶23又将上移从而恢复到初始位置。在上述过程中，电荷量的大小能够反映出液体的重量：液体越重，摩擦产生的电荷量越大，反之，摩擦产生的电荷量越小。另外，通过对产生电荷的次数进行计数还可以确定出点滴的数量。除了应用于上述的点滴式供液之外，该流量传感装置还特别适用于脉冲式供液（也叫间歇式供液），例如，在注射胰岛素时，往往是每注射1秒钟后间歇1秒钟，然后再次注射1秒钟，然后又间歇1秒钟。例如，假设管道水平放置，并以脉冲方式进行供液时，每当一股液体流过并冲击标靶23时，都将促使标靶23顺着液体方向移动，进而使第一摩擦层和第二摩擦层相互摩擦并感应出电荷；而当液体流过标靶后，标靶23又将恢复到初始位置。在上述过程中，可以通过电荷量的大小确定点滴的重量和流速；可以通过记录产生电荷的频率或次数确定点滴的频率及数量；可以通过记录连续电荷产生的时间段确定脉冲式供液的供液时间与非供液时间。图6a至图6c示出了实验过程中，在一定的时间内不同的供液形式下电压的变化波形图。其中，图6a示出了一滴水滴（本次实验中的每滴水滴约为0.05ml，水滴起始点距标靶的距离为3cm）作用于标靶上时所产生的电压响应，图中显示为在0.7s处，水滴落在了标靶23上，产生了约400mV的电压响应；图6b示出了连续的水滴作用于标靶上时所产生的电压响应，图中显示为每隔0.2s会有一个水滴落在标靶上，产生约300-350mV的电压响应；图6c示出了连续的水流作用于标靶上时所产生的电压响应，图中显示为在0-1.8s的时间内，有连续的水流作用在标靶上，产生了连续的约300mV的电压响应，在1.8-3.0s时间内，水流停止，电压响应消失。

实施例二、

图3a示出了本发明实施例二提供的流量传感装置的内部结构示意图；图3b示出了本发明实施例二提供的流量传感装置的外部结构示意图；图3c示出了本发明实施例二提供的流量传感装置的横向剖面示意图；图3d示出了本发明实施例二提供的流量传感装置的纵向剖面示意图。如图3a至图3d所示，该流量传感装置至少包括：弧形基板30、第二摩擦层31、连接杆32、标靶33和第一摩擦层34。

其中，弧形基板30固定在管道10的外部，用于支撑该流量传感装置中的其余部件。优选地，弧形基板的弧度与管道的弧度一致，以使弧形基板的固定方式更加牢固可靠。

第二摩擦层31通过固定部件固定在弧形基板30上。该固定部件既可以是固定杆，也可以是弹簧杆。优选地，第二摩擦层31通过弹簧杆固定在弧形基板30上，这样，当第二摩擦层31受到第一摩擦层34的摩擦时，将随弹簧杆发生颤动，进而与第一摩擦层发生更加显著的摩擦，由此提升传感装置的灵敏度。另外，第二摩擦层31与第一摩擦层34的第一侧表面相对设置，优选地，在初始状态时，第二摩擦层31与第一摩擦层34相互平行，且二者之间的距离较小，以确保第一摩擦层34在连接杆32的带动下产生位移时能够与第二摩擦层31有效接触并进行摩擦。例如，第二摩擦层31与第一摩擦层34之间的距离可以小于第一摩擦层34在连接杆32的带动下所产生的位移量。

另外，弧形基板30上设置有用于供连接杆32从中穿过的开孔（管道10的相应位置处也对应设置有开孔）。连接杆32的第一端位于管道内部，并连接有标靶33；连接杆32的第二端位于管道外部，并连接有第一摩擦层34。其中，连接杆32通过实施例一中的限位结构（该限位结构包括设置在连接杆中间部位的内部、且截面为“X”形的通孔；以及穿过该通孔并通过弧形基板进行固定的支撑杆35来实现）进行限位并能够在开孔内自由摆动。此时，为了防止流体从开孔与连接杆之间的空隙内溢出，还可以进一步在开孔和连接杆32之间设置弹性密封圈36。从图3a至图3d可以看出，在实施例二中，标靶33的第一侧表面与管道内的流体的流动方向呈一定的倾角。该倾角例如可以是30度至90度之间的倾角，优选地，该倾角的角度范围在30度至60度之间。此时，无论管道呈竖直放置还是水平放置，其内部流过的流体都将对标靶产生倾斜的冲击力，促使标靶发生位移。

由此可见，实施例二与实施例一的主要区别在于：标靶33的第一侧表面与管道内的流体的流动方向呈一定的倾角（而非垂直）。这样设计的好处在于：当液体滴落到标靶的第一侧表面上之后，能够顺着第一侧表面的倾斜角度很快流走，不会在第一侧表面上产生积液，从而提高了传感装置的灵敏性。

实施例二中的流量传感装置的工作原理与实施例一类似，此处不再赘述。

实施例三、

图4a示出了本发明实施例三提供的流量传感装置的内部结构示意图；图4b示出了本发明实施例三提供的流量传感装置的外部结构示意图；图4c示出了本发明实施例三提供的流量传感装置的侧视图；图4d示出了本发明实施例三提供的流量传感装置的俯视图；图4e示出了本发明实施例三提供的流量传感装置的纵向剖面示意图。如图4a至图4e所示，该流量传感装置至少包括：转动副40、第二摩擦层41、连接杆42、标靶43和第一摩擦层44。

其中，第二摩擦层41通过固定部件固定在管道10上。该固定部件既可以是固定杆，也可以是弹簧杆。优选地，第二摩擦层41通过弹簧杆固定在管道10上，这样，当第二摩擦层41受到第一摩擦层44的摩擦时，将随弹簧杆发生颤动，进而与第一摩擦层发生更加显著的摩擦，由此提升传感装置的灵敏度。另外，第二摩擦层41与第一摩擦层44的第一侧表面相对设置，优选地，在初始状态时，第二摩擦层41与第一摩擦层44相互平行，且二者之间的距离较小，以确保第一摩擦层44在连接杆42的带动下产生位移时能够与第二摩擦层41有效接触并进行摩擦。例如，第二摩擦层41与第一摩擦层44之间的距离可以小于第一摩擦层44在连接杆42的带动下所产生的位移量。

转动副40固定在管道10的外部，管道10与转动副40对应的位置上设置有开孔，以供连接杆42穿过。连接杆42穿过转动副40及管道10上的开孔连接标靶以及第一摩擦层。具体地，连接杆42的第一端位于管道内部，并连接有标靶43；连接杆42的第二端位于管道外部，并连接有第一摩擦层44。其中，上述开孔的内径略大于或近似等于连接杆42的外径，以使连接杆42能够通过转动副40在开孔内自由旋转。从图4a至图4d可以看出，在实施例三中，标靶23的第一侧表面与管道内的流体的流动方向垂直。

由此可见，实施例三与实施例一、二的主要区别在于：由于限位结构为转动副，因此，连接杆42无法像实施例一、二中那样在开孔内自由摆动。在实施例三中，当有流体流过时，将冲击标靶的第一侧表面，并促使标靶围绕连接杆42发生旋转位移，相应地，连接杆42也将在开孔内进行旋转，以带动其上的第一摩擦层发生旋转位移。进一步地，还可以在转动副40的内部设置一个复位件，用于在流体的冲击力消失时，使连接杆及其上设置的第一摩擦层和标靶复位。在本实施例中，标靶的第一侧表面与流体流动的方向可以垂直也可以呈30-90度设置，优选30-60度。

下面介绍一下上述流量传感装置的工作原理：首先，当管道内有流体通过时，假设流体的流动方向为从左向右流过，此时，流体冲击标靶43的第一侧表面（即左侧表面）；然后，标靶43在流体冲击力的作用下发生位移，具体地，标靶43围绕连接杆42向右侧旋转，与此同时，连接杆42在标靶43的带动下在上述开孔内发生旋转，同时带动连接杆42的第二端相应地旋转，进而促使第一摩擦层44也随之向右旋转，从而与第一摩擦层41发生接触并摩擦，由此在第一摩擦层和第二摩擦层之间产生电荷。

综上所述，上述的三个实施例都能够适用于阶段性供液的感测。另外，在上述的三个实施例中，还可以进一步在管道外部设置第三摩擦层，如图5a和图5b所示。第三摩擦层与第一摩擦层的第二侧表面相对设置，并且，第三摩擦层与第一摩擦层之间的距离小于第一摩擦层在连接杆的带动下产生与标靶相对应的位移时的位移量，以确保当第一摩擦层发生位移时，能够同时摩擦第二摩擦层和第三摩擦层。此时，第一摩擦层和第三摩擦层作为第二组摩擦式流量传感器。因此，在图5a和图5b所示的结构中，共有两组摩擦式流量传感器，为了描述方便，将由第一摩擦层和第二摩擦层组成的传感器称为第一组摩擦式流量传感器，将由第一摩擦层和第三摩擦层组成的传感器称为第二组摩擦式流量传感器。其中，第一组摩擦式流量传感器和第二组摩擦式流量传感器之间相互串联后与一个外接的电信号处理装置相连，以便测量串联后的电信号，由于串联能够增加电压输出，因此，这种方式适用于测量电压信号的场景；或者，第一组摩擦式流量传感器和第二组摩擦式流量传感器之间相互并联后与一个外接的电信号处理装置相连，以便测量并联后的电信号，由于并联能够增加电流输出，因此，这种方式适用于测量电流信号的场景；或者，第一组摩擦式流量传感器和第二组摩擦式流量传感器各自独立使用，并分别与两个外接的电信号处理装置相连，综合两个电信号处理装置的输出结果能够全面分析流体的流动情况，并侦测流体在标靶上的滞留性。

另外，在一些特定的应用环境中，例如医用输液等，也可以在实施例一、二、三的基础上再设置一个报警器，该报警器可以直接与一组或两组摩擦式流量传感器相连，或者，在设置有电信号处理装置时也可以直接与电信号处理装置相连，以便在监测到的电信号异常时进行报警。

下面介绍一下上述三个实施例中涉及的部分部件的材质：

其中，标靶可以选用较疏水的塑料材料，包括PET、PDMS、PVC等进行制作，例如，在一个具体示例中，可以以厚度50μm，半径5mm的PE圆片作为标靶。连接杆可以通过不锈钢，轻金属（如铝﹑铝合金﹑铝镁合金等）来制作，例如，在一个具体示例中，可以以金属针作为连接杆。第一摩擦层所用材料可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺和苯胺甲醛树脂等。第二摩擦层的材料可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龙、聚偏氟乙烯、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡胶、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亚胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性硫化橡胶、热塑性聚氨酯弹性体、三元乙丙橡胶等。

最后，以第一摩擦层和第二摩擦层构成的摩擦式流量传感器为例，详细介绍一下上述实施例中的摩擦式流量传感器的具体设置方式。对于由第一摩擦层和第三摩擦层构成的摩擦式流量传感器，也可采用类似的设置方式。

在摩擦式流量传感器的第一种设置方式中，第一摩擦层由第一电极和涂覆在第一电极的第一侧表面上的第一高分子聚合物绝缘层来实现，第二摩擦层由第二电极和涂覆在第二电极的第一侧表面上的第二高分子聚合物绝缘层来实现。其中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相对设置。

例如，在本发明的一个具体示例中，可以通过PET片来作为第一电极，并在PET片的一侧以1000rpm的速度旋涂PDMS材质（即第一高分子聚合物绝缘层），旋涂1分钟后，在加热板上固化，由此形成第一摩擦层。然后，在另一PET片（相当于第二电极）上通过导电胶带固定设置PVDF材料（相当于第二高分子聚合物绝缘层），由此形成第二摩擦层。

通过上述方式形成的第一摩擦层和第二摩擦层共包含四层结构。在这四层结构中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层作为两个摩擦界面进行摩擦，并在第二电极和第一电极处感应出电荷。

下面具体介绍一下第一种设置方式中的摩擦式流量传感器的材质。其中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层分别为选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、再生海绵薄膜、纤维素海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的任一种。其中，所述第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的材质可以相同，也可以不同。如果两层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层材质不同。

其中，所述第一电极和第二电极所用材料均可选自铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。

在摩擦式流量传感器的第二种设置方式中，可以在第一种设置方式的基础上省去第一摩擦层中的第一高分子聚合物绝缘层，或者省去第二摩擦层中的第二高分子聚合物绝缘层。例如，以省去第二摩擦层中的第二高分子聚合物绝缘层来说，该摩擦式流量传感器为三层结构，分别是：第一电极以及涂覆在第一电极上的第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极。其中，第一电极和第一高分子聚合物绝缘层作为第一摩擦层，第二电极作为第二摩擦层。此时，第一高分子聚合物绝缘层和第二电极相对设置并作为摩擦式流量传感器的两个摩擦界面进行摩擦，并在第一电极和第二电极上感应出电荷。

在第二种设置方式中，第一高分子聚合物绝缘层的材质以及第一电极和第二电极的材质均可参照第一种设置方式进行选择。但是，由于第二电极需要作为摩擦电极来使用，因此，优选地，第二电极选用上述的金属或合金来制作。

在摩擦式流量传感器的第三种设置方式中，可以在第一种设置方式的基础上增加一层居间薄膜层，该居间薄膜层既可以设置在第一高分子聚合物绝缘层上，也可以设置在第二高分子聚合物绝缘层上。例如，以居间薄膜层设置在第一高分子聚合物绝缘层上来说，该摩擦式流量传感器为五层结构，分别是：第一电极、涂覆在第一电极上的第一高分子聚合物绝缘层和涂覆在第一高分子聚合物绝缘层上的居间薄膜层，以及第二电极和涂覆在第二电极上的第二高分子聚合物绝缘层。其中，第一电极、第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层作为第一摩擦层，第二电极和第二高分子聚合物绝缘层作为第二摩擦层。此时，第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层相对设置并作为摩擦式流量传感器的两个摩擦界面进行摩擦，并在第一电极和第二电极上感应出电荷。

在第三种设置方式中，居间薄膜层的材质可参照第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层进行选择，其余部分的材质均与第一种设置方式相同。其中，所述第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层的材质可以相同，也可以不同。如果上述三层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，所述第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层与所述居间薄膜层材质不同。第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层优选相同，这样能减少材料种类，使本发明的制作更加方便。

下面集中介绍一下上述几种设置方式中的摩擦式流量传感器的工作原理。当第一摩擦层随连接杆产生位移时，与第二摩擦层进行摩擦，由此导致两个摩擦界面的表面相互摩擦产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极和第二电极之间的电容发生改变，从而导致第一电极和第二电极之间出现电势差。由于第一电极和第二电极作为摩擦式流量传感器的输出端与外电路连接，因此摩擦式流量传感器的两个输出端之间相当于被外电路连通。当第一摩擦层恢复到初始位置后，这时形成在第一电极和第二电极之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极和第二电极之间将再次产生反向的电势差。由此就可以在外电路中形成周期性的交流脉冲电信号，通过该电信号来感测流体的流动情况。

另外，为了提高摩擦式流量传感器的灵敏度，在上述的两个摩擦界面中的至少一个面上还可以进一步设置微纳结构。因此，使两个摩擦界面能够更好地接触摩擦，并在第一电极和第二电极处感应出较多的电荷。上述的微纳结构具体可以采取如下两种可能的实现方式：第一种方式为，该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。该凹凸结构能够增加摩擦阻力，提高发电效率。所述凹凸结构能够在薄膜制备时直接形成，也能够用打磨的方法使摩擦界面的表面形成不规则的凹凸结构。具体地，该凹凸结构可以是半圆形、条纹状、立方体型、四棱锥型、或圆柱形等形状的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构，此时第一高分子聚合物绝缘层所用材料优选为聚偏氟乙烯（PVDF），其厚度为0.5-1.2mm（优选1.0mm），且其相对第二电极的面上设有多个纳米孔。其中，每个纳米孔的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔的尺寸为：宽度为10-100nm以及深度为4-50μm。纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些纳米孔是孔间距为2-30μm的均匀分布，更优选的平均孔间距为9μm的均匀分布。

本发明提供的流量传感装置，能够准确反映出管道内部的流体流动情况。该流量传感装置具有精度高、结构简单以及成本低廉等诸多优势，能够广泛应用于各类场景，尤其适用于在阶段性供液的场景中感测液体的流动情况。

本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种用于管道监测的流量传感装置，其特征在于，包括：标靶、第一组摩擦式流量传感器和连接杆；其中，

所述标靶位于被监测的管道内部，其在所述管道内有流体通过时产生第一位移；

所述连接杆设置为穿过所述管道上的第一开孔并与所述标靶固定连接；

所述第一组摩擦式流量传感器位于所述管道外部，包括：

第一摩擦层，所述第一摩擦层与所述连接杆固定连接，并在所述连接杆的带动下产生与所述第一位移相对应的第二位移；

第二摩擦层，所述第二摩擦层固定在所述管道外部，其与所述第一摩擦层的第一侧表面相对设置，并且，所述第二摩擦层与所述第一摩擦层之间的距离小于所述第二位移的位移量。

2.如权利要求1所述的流量传感装置，其特征在于，所述标靶的第一侧表面与所述管道内的流体的流动方向垂直，或者，所述标靶的第一侧表面与所述管道内的流体的流动方向呈30°—60°设置。

3.如权利要求2所述的流量传感装置，其特征在于，进一步包括：连接所述管道及所述连接杆的限位结构，所述连接杆通过所述限位结构悬浮在管道内部，并且能够在所述管道内活动。

4.如权利要求3所述的流量传感装置，其特征在于，进一步包括：固定在所述管道外部的弧形基板，则所述第二摩擦层通过所述弧形基板固定在所述管道外部；所述弧形基板上对应所述第一开孔的位置设置有第二开孔，所述连接杆穿过所述第一开孔及第二开孔连接所述标靶以及第一摩擦层，

其中，所述限位结构通过所述弧形基板连接所述管道与所述连接杆。

5.如权利要求4所述的流量传感装置，其特征在于，所述限位结构为杠杆机构，所述连接杆能够以所述杠杆机构为支点在管道内部沿所述流体的流动方向摆动。

6.如权利要求5所述的流量传感装置，其特征在于，所述第一开孔或所述第二开孔与所述连接杆之间进一步设置有弹性密封圈。

7.如权利要求4所述的流量传感装置，其特征在于，所述限位结构为转动副，所述连接杆能够通过所述转动副在管道内部转动。

8.如权利要求1-7任一项所述的流量传感装置，其特征在于，进一步包括：第二组摩擦式流量传感器，所述第二组摩擦式流量传感器包括固定在所述管道外部的第三摩擦层与所述第一摩擦层，所述第三摩擦层与所述第一摩擦层的第二侧表面相对设置，并且，所述第三摩擦层与所述第一摩擦层之间的距离小于所述第二位移的位移量。

9.如权利要求8所述的流量传感装置，其特征在于，所述第一组摩擦式流量传感器和所述第二组摩擦式流量传感器之间相互串联后与一个外接的电信号处理装置相连；或者，

所述第一组摩擦传感器和所述第二组摩擦传感器之间相互并联后与一个外接的电信号处理装置相连；或者，

所述第一组摩擦传感器和所述第二组摩擦传感器分别与两个外接的电信号处理装置相连。

10.如权利要求9所述的流量传感装置，其特征在于，进一步包括：与所述电信号处理装置相连的报警器。

11.如权利要求8所述的流量传感装置，其特征在于，所述第一组摩擦式流量传感器为三层结构、四层结构或者五层结构，且该组摩擦式流量传感器至少包含构成摩擦界面的两个相对面；和/或，

所述第二组摩擦式流量传感器为三层结构、四层结构或者五层结构，且该组摩擦式流量传感器至少包含构成摩擦界面的两个相对面。

12.如权利要求11所述的流量传感装置，其特征在于，所述摩擦界面中的至少一个面上设有微纳结构。