CN106324284B - 加速度计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发电机技术领域，公开了一种加速度计，所述加速度计包括：摩擦导电部件(1)，所述摩擦导电部件(1)包括间隔设置的第一电极(11)和第二电极(12)；以及运动部件(2)，对应所述摩擦导电部件(1)设置，能够在所述加速度计的加速运动期间与所述摩擦导电部件(1)产生相对运动，使所述第一电极(11)和/或第二电极(12)上产生摩擦电荷，从而在所述第一电极(11)与第二电极(12)之间形成表征加速度的摩擦电势差。本发明加速度计可在加速运动时，能够产生表征加速度的摩擦电势差。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，涉及一种加速度计。
背景技术
随着汽车工业、航天、航海及制导等领域的迅速发展，加速度作为其中的重要参数，加速度的确定制约着相关技术的应用。其中，在测量加速度时一般需要外接电源，因此解决小范围的用电问题显的格外重要。目前主要的解决方案是采用蓄电池，但是蓄电池技术自身也存在着许多的不足，如供电持久性差、对环境污染严重和材料资源消耗大等。这些缺点将限制蓄电池在相关领域中的应用。此外，通过外接电源测量加速度，一旦外接电源或者与外接电源连接的线路出现问题，则无法实现对加速度实时、准确的测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种加速度计，可在加速运动时，能够产生表征加速度的摩擦电势差。
为了实现上述目的，本发明提供一种加速度计，所述加速度计包括：摩擦导电部件，所述摩擦导电部件包括间隔设置的第一电极和第二电极；运动部件，对应所述摩擦导电部件设置，能够在所述加速度计的加速运动期间与所述摩擦导电部件产生相对运动，使所述第一电极和/或第二电极上产生摩擦电荷，从而在所述第一电极与第二电极之间形成表征加速度的摩擦电势差。
本发明加速度计无需外接电源，而通过设置运动部件和摩擦导电部件，可在加速度计加速运动时，使所述运动部件和摩擦导电部件相对运动，产生摩擦电荷，形成表征加速度的摩擦电势差，输出信号较大，误差小，测量精度高，适用于各个方向的测量。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明加速度计的结构示意图；
图2是本发明加速度计的工作原理示意图；
图3是滑动距离与输出电压的关系示意图；
图4是三维加速度计的结构示意图；
图5是三维加速度计在不同方向上加速度与摩擦电势的关系示意图。
附图标记说明
1 摩擦导电部件 11 第一电极
12 第二电极 13 基底
2 运动部件 21 质量块
22 摩擦层 23 缓冲层
3 弹性部件 4 壳体
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在发明中，在发明中，在未作相反说明的情况下，发明中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制发明的保护范围。
如图1所示，本发明加速度计包括：摩擦导电部件1，所述摩擦导电部件1包括间隔设置的第一电极11和第二电极12；以及运动部件2，对应所述摩擦导电部件1设置，能够在所述加速度计的加速运动期间与所述摩擦导电部件1产生相对运动，使所述第一电极11和/或第二电极12上产生摩擦电荷，从而在所述第一电极11与第二电极12之间形成表征加速度的摩擦电势差。
其中，所述摩擦导电部件1与运动部件2的接触面材料具有摩擦电极序差异，在所述运动部件2与摩擦导电部件1相对运动时，所述第一电极21和/或第二电极22上产生摩擦电荷，从而进一步的所述第一电极21和/或第二电极22之间形成表征加速度的摩擦电势差。所述第一电极21和第二电极22可由金属或其他导电材料制成。
本发明加速度计无需外接电源，仅通过设置运动部件和摩擦导电部件，可在加速度计加速运动时，使所述运动部件和摩擦导电部件相对运动，产生摩擦电荷，形成表征加速度的摩擦电势差，输出信号较大，误差小，测量精度高，适用于各个方向的测量。
本发明中，所述摩擦导电部件1和/或运动部件2间的接触面具有微纳米结构层，可增加接触面积，提高输出信号的性能。
如图1所示，本发明加速度计还包括弹性部件3，连接所述运动部件2，用于在所述运动部件2与所述摩擦导电部件1无相对运动时，使所述运动部件2保持在初始位置。其中，所述初始位置为所述摩擦导电部件1的中间位置，使所述运动部件2分别与所述第一电极11和第二电极12的接触面积相等。所述运动部件2的有效运动距离为所述运动部件2边长的1/2。在本实施例中，所述弹性部件3为弹簧，长度为50mm，但并不以此为限。
在其它实施例中，所述初始位置也可以为所述摩擦导电部件1的第一电极11和第二电极12间隔的一侧，优选为所述运动部件2覆盖所述第一电极11和第二电极12之间的间隔。在加速度作用下使所述运动部件2与第一电极11接触面积最大变化到与第二电极12接触面积最大。所述运动部件2的有效运动距离为所述运动部件2的边长。这样结构的加速度计，可以应用在确定方向的加速度传感方面。
通过弹性部件3的设置，可使所述运动部件2与摩擦导电部件1无相对运动时，所述第一电极11和第二电极12之间无电势差，从而确保输出性能的稳定性；并使运动部件2与摩擦导电部件1相对运动时，均从初始位置开始，确保在运动过程中能够产生摩擦电势。
如图1所示，所述运动部件2包括质量块21，能够相对所述摩擦导电部件1运动，且所述质量块21的两端分别连接所述弹性部件3。所述质量块21可直接与第一电极11和第二电极12直接接触摩擦。在所述质量块21与所述第一电极11和第二电极12的材料具有摩擦电极序差异时，所述质量块21与所述第一电极11和/或第二电极12接触滑动摩擦，产生摩擦电荷，使所述第一电极11和第二电极12之间形成表征加速度的电势差。
进一步的，所述运动部件2还包括摩擦层22，设置于所述质量块21的表面，用于跟随所述质量块21的运动而运动，并与所述摩擦导电部件1产生滑动摩擦。此时，所述摩擦层22与第一电极11和第二电极12的材料之间具有摩擦电极序差异，在所述摩擦层22与所述第一电极11和第二电极12相对滑动摩擦时，能够产生摩擦电荷，使所述第一电极11和第二电极12之间形成电势差。此时，所述质量块21的材质无特殊要求，只需能够带动摩擦层22滑动即可。优选方案，选取密度较大的材料制作质量块21，例如铁块，但并不以此为限。
优选方案，所述运动部件2还包括：缓冲层23，设置于所述质量块21与摩擦层22之间，用于压紧所述摩擦层22，使本发明加速度计的结构更加稳定。
在本实施例中，所述质量块21为边长18mm的立方体铁块，所述摩擦层22为边长18mm的正方形结构，所述缓冲层23也为边长18mm的正方形结构。
所述第一电极11和第二电极12之间的间隔小于1mm。所述第一电极11和第二电极12的长度分别大于或等于所述运动部件2滑动接触面的长度。优选地，所述第一电极11和第二电极12的大小形状相同。在本实施例中，所述第一电极11和第二电极12均为长为20mm、宽为18mm的长方形导电层。
优选地，所述摩擦导电部件1还包括：基底层13，设置在所述第一电极11和第二电极12的表面。其中，所述基底层23由绝缘材料制成。
如图1所示，本发明加速度计还包括：壳体4，用于容置所述摩擦导电部件1、运动部件2及弹性部件3，且所述弹性部件3与所述壳体4连接。
图2所示为本发明加速度计的工作原理示意。如(a)部分所示，当加速度计无加速度时，运动部件2位于第一电极11和第二电极12的中间位置，摩擦层22与第一电极11和第二电极12接触摩擦，由于不同的电子束缚能力，摩擦层22的表面带负电，对应位置处的第一电极11和第二电极12带等量正电，此时左右电荷量平衡，第一电极11和第二电极12之间没有电势差，输出电压为零。如(b)部分所示，当加速度计水平向左加速运动时，摩擦层22在惯性力作用下随着质量块21向右滑动，左侧弹簧拉伸，右侧弹簧压缩，此时第一电极11上的部分正电荷不再受摩擦层22上负电荷的约束，而第二电极12上的正电荷受到更多负电荷的约束，因此，第一电极11和第二电极12之间产生正向电势差。如(c)部分所示，当水平向左的加速度增大时，摩擦层22继续向右运动直至所述摩擦层22完全进入所述第二电极12，第一电极11和第二电极12之间的正向电势差达到最大值。如(d)部分所示，当加速度撤去时，摩擦层22在弹簧回复力作用下向左运动到初始状态，第一电极11和第二电极12之间的电势差恢复为零。如(e)部分所示，当加速度计水平向右加速运动时，在惯性力的作用下，质量块21带动摩擦层22向左运动，左侧弹簧压缩，右侧弹簧拉伸，第一电极11和第二电极12之间产生负向电势差。如(f)部分所示，当水平向右的加速度增大时，摩擦层22继续运动直至摩擦层22完全进入第一电极11，此时，第一电极11和第二电极12之间的负电势差达到最大值。当加速度撤去时，摩擦层22在弹簧回复力作用下向右运动到初始状态，回到(a)部分所示的状态。
如图3所示，本发明加速度计的输出电压信号随着摩擦层22滑动距离的增加而增大在，直到所述摩擦层22完全进去第一电极11或第二电极12，最大有效滑动距离为所述摩擦层22长度的1/2，在本实施例中，所述摩擦层22的长度为18mm。
此外，本发明加速度计包括两组所述摩擦导电部件1和所述运动部件2，分别布设于两个方向上，例如互相垂直的两个方向，用于检测该两个方向上的加速度。或者，本发明加速度计包括三组所述摩擦导电部件1和所述运动部件2，分别布设于三个方向上，用于检测该三个方向上的加速度(如图4所示互相垂直的三个方向)。本发明加速度计可根据需要设置多维，用于测量各个方向的加速度。
如图5所示，随着轴向加速度的增加，本发明加速度计的输出电压也会增加，两者之间具有很好的线性关系。本发明加速度计在正方向的测量范围为13.0m/s2～40.0m/s2，灵敏度为0.289V/m.s2，标准误差为0.92484m/s2。在负方向的测量范围为-13m/s2～-41m/s2，灵敏度为0.276V/m.s2，标准误差为1.34908m/s2。通过改变弹簧的弹性系数或摩擦层22的长度可以改变加速度计的测量范围。
本发明加速度计的输出电压信号较大，受到环境的影响小，灵敏度高。以三维加速度计为例，另外两个与轴向垂直方向上加速度的增加，不会影响加速度计的输出电压。因此，一维加速度计能够很好的测量沿其轴向的加速度，保证了如图4所示的三维加速度计的三个输出电压能够独立表征沿三个轴向的加速度大小，从而实现了对三维空间矢量加速度的测量。本发明加速度计不限于测量三维空间的加速度，可根据需要测量任何方向的加速度参数。
综上所述，基于摩擦纳米发电机的加速度计，可以实现对加速度的精确测量。本发明加速度计，无需外电源供电，输出信号较大，误差小，精度高，对于在汽车工业、航天、航海和制导等方面应用具有积极意义。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (15)
1.一种加速度计，其特征在于，所述加速度计包括：
摩擦导电部件(1)，所述摩擦导电部件(1)包括间隔且并排设置的第一电极(11)和第二电极(12)；以及
运动部件(2)，对应所述摩擦导电部件(1)设置，能够在所述加速度计的加速运动期间与所述摩擦导电部件(1)产生相对运动，使所述第一电极(11)和/或第二电极(12)上产生摩擦电荷，从而在所述第一电极(11)与第二电极(12)之间形成表征加速度的摩擦电势差，
其中，所述运动部件(2)与所述摩擦导电部件(1)的相对运动为相对滑动。
2.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述摩擦导电部件(1)与运动部件(2)间的接触面材料具有摩擦电极序差异。
3.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述摩擦导电部件(1)和/或运动部件(2)间的接触面具有微纳米结构层。
4.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述加速度计还包括：
弹性部件(3)，连接所述运动部件(2)，用于在所述运动部件(2)与所述摩擦导电部件(1)无相对运动时，使所述运动部件(2)保持在初始位置。
5.根据权利要求4所述的加速度计，其特征在于，所述初始位置为所述摩擦导电部件(1)的中间位置，使所述运动部件(2)分别与所述第一电极(11)和第二电极(12)的接触面积相等；或者，
所述初始位置为所述摩擦导电部件(1)的第一电极(11)和第二电极(12)间隔的一侧，所述运动部件(2)覆盖所述第一电极(11)和第二电极(12)之间的间隔。
6.根据权利要求4所述的加速度计，其特征在于，所述弹性部件(3)为弹簧。
7.根据权利要求4所述的加速度计，其特征在于，所述运动部件(2)包括：
质量块(21)，能够相对所述摩擦导电部件(1)运动，且所述质量块(21)的两端分别连接所述弹性部件(3)。
8.根据权利要求7所述的加速度计，其特征在于，所述运动部件(2 )还包括：
摩擦层(22)，设置于所述质量块(21)的表面，用于跟随所述质量块(21)的运动而运动，并与所述摩擦导电部件(1)产生滑动摩擦。
9.根据权利要求8所述的加速度计，其特征在于，所述运动部件(2)还包括：
缓冲层(23)，设置于所述质量块(21)与摩擦层(22)之间。
10.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述第一电极(11)和第二电极(12)之间的间隔小于1mm。
11.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述第一电极(11)和第二电极(12)的长度分别大于或等于所述运动部件(2)滑动接触面的长度。
12.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述第一电极(11)和第二电极(12)的大小形状相同。
13.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述摩擦导电部件(1)还包括：
基底层(13)，设置在所述第一电极(11)和第二电极(12)的表面。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的加速度计，其特征在于，所述加速度计包括两组所述摩擦导电部件(1)和所述运动部件(2)，分别布设于两个方向上，用于检测该两个方向上的加速度。
15.根据权利要求1-13中任一项所述的加速度计，其特征在于，所述加速度计包括三组所述摩擦导电部件(1)和所述运动部件(2)，分别布设于三个方向上，用于检测该三个方向上的加速度。
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Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107525948B (zh) * | 2017-09-11 | 2021-02-26 | 浙江大学 | 接触式摩擦发电加速度传感器 |
| CN107576810B (zh) * | 2017-09-11 | 2021-02-26 | 浙江大学 | 摩擦式发电加速度传感器 |
| CN109188021B (zh) * | 2018-08-30 | 2020-06-16 | 太原理工大学 | 低频微加速度传感器的多孔弹簧悬臂敏感结构 |
| CN110470373A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-19 | 东南大学 | 一种双向桥梁振动监测装置 |
| CN110739178B (zh) * | 2019-09-16 | 2022-07-29 | 北京空间机电研究所 | 一种双弹簧单质量块加速度开关 |
| CN112067094B (zh) * | 2020-09-09 | 2021-11-02 | 重庆大学 | 基于一维欠阻尼运动模式的摩擦纳米发电机自驱动质量传感器 |
| CN113960329B (zh) * | 2021-09-30 | 2023-11-07 | 瞬联软件科技（北京）有限公司 | 一种乘坐舒适度的指示装置及指示方法 |
| CN114047353B (zh) * | 2022-01-07 | 2022-05-17 | 浙江中自庆安新能源技术有限公司 | 一种自供电运动传感器的信号处理方法及系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1041482A (zh) * | 1988-09-30 | 1990-04-18 | 洛克威尔国际有限公司 | 压电致动器 |
| JP2008039449A (ja) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 変位検出装置 |
| CN204156750U (zh) * | 2014-09-19 | 2015-02-11 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 振动摩擦发电机以及振动传感器 |
| CN104426425A (zh) * | 2013-09-06 | 2015-03-18 | 北京纳米能源与系统研究所 | 具有发电单元的惯性发电装置和加速方向检测装置 |
| CN104578892A (zh) * | 2013-10-12 | 2015-04-29 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 一体式摩擦发电机及振动传感器 |
| CN104614065A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-05-13 | 北京科技大学 | 一种自驱动阵列式振动传感器及其制备方法 |
-
2015
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1041482A (zh) * | 1988-09-30 | 1990-04-18 | 洛克威尔国际有限公司 | 压电致动器 |
| JP2008039449A (ja) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 変位検出装置 |
| CN104426425A (zh) * | 2013-09-06 | 2015-03-18 | 北京纳米能源与系统研究所 | 具有发电单元的惯性发电装置和加速方向检测装置 |
| CN104578892A (zh) * | 2013-10-12 | 2015-04-29 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 一体式摩擦发电机及振动传感器 |
| CN204156750U (zh) * | 2014-09-19 | 2015-02-11 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 振动摩擦发电机以及振动传感器 |
| CN104614065A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-05-13 | 北京科技大学 | 一种自驱动阵列式振动传感器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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