CN107741236B - 自驱动传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自驱动传感器，包括：载体、驻极体、下电极以及上电极；载体设有空腔，下电极设有与空腔的腔壁连接的结合部，结合部容置于空腔内，下电极中除结合部之外的部分位于载体上方；驻极体设置于下电极的上方，且与下电极之间设有第一绝缘部；上电极设置于所述驻极体的上方，且与驻极体之间设有第二绝缘部；下电极及上电极的一端分别通过传输导线与输出模块连接。本发明技术方案的自驱动传感器的上电极与下电极之间能够产生电压脉冲，或者在传输导线、上电极、下电极以及输出模块之间形成回路中能够产生相应的电流脉冲，并能够通过输出模块输出产生的电流脉冲和/或电压脉冲，以根据电压脉冲或电流脉冲进行计数、报警等。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种自驱动传感器。
背景技术
随着计算机技术的快速发展，用于测量人体行走过程或者撞击次数的计数传感器等可穿戴移动互联网设备也应运而生。
目前，常见的计数传感器大多为采用磁式原理的磁式传感器，该磁式传感器一般包括磁路系统以及线圈，利用电磁感应原理，通过磁路系统以及线圈将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。但是，磁式传感器的磁路系统以及线圈导致该传感器的结构复杂、成本较高。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种自驱动传感器，旨在解决现有采用磁式原理的传感器结构复杂、成本较高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出的自驱动传感器，所述自驱动传感器包括：载体、驻极体、下电极以及上电极；所述载体设有空腔，所述下电极设有与所述空腔的腔壁连接的结合部，所述结合部容置于所述空腔内，所述下电极中除所述结合部之外的部分位于所述载体上方；
所述驻极体设置于所述下电极的上方，且与所述下电极之间设有第一绝缘部；所述上电极设置于所述驻极体的上方，且与所述驻极体之间设有第二绝缘部；
所述下电极及上电极的一端分别通过传输导线与输出模块连接。
优选地，所述驻极体以及所述第二绝缘部之间设有辅助电极。
优选地，所述第一绝缘部以及所述第二绝缘部均为绝缘支撑架。
优选地，所述驻极体包括经过高压电晕极化的驻极体薄膜，所述驻极体薄膜中电极的厚度范围为2nm-3μm。
优选地，所述载体的材料为弹性材料。
优选地，所述载体的厚度范围为0.1mm-8mm、宽度范围为0.5cm-6cm、长度范围为0.5cm-6cm。
优选地，所述上电极的上方设置有硬质载体。
优选地，所述硬质载体的宽度范围为0.5cm-6cm、长度范围为0.5cm-6cm。
优选地，所述输出模块包括显示单元和/或信号发送单元。
优选地，所述自驱动传感器还包括与所述信号发送单元连接的计数模块，所述计数模块根据所述信号发送单元输出的电信号进行计数操作。
本发明技术方案通过采用在载体中设置空腔，并将下电极的结合部与该空腔相互配合，使得该自驱动传感器在因踩踏、挤压或撞击等使载体以及载体内的空腔发生形变时，驻极体、下电极与上电极之间的空间位置发生变化，使得下电极、驻极体以及上电极之间的电场发生变化，从而使上电极以及下电极的表面电荷与表面电压发生相应变化，进而使得自驱动传感器的上电极与下电极之间能够产生电压脉冲，或者在传输导线、上电极、下电极以及输出模块之间形成回路中能够产生相应的电流脉冲，并能够通过输出模块输出产生的电流脉冲和/或电压脉冲，以根据电压脉冲或电流脉冲进行计数、报警等，例如，根据电压脉冲或电流脉冲进行计数以实现行走计步，从而能够大大降低用于计数的传感器的成本。
附图说明
图1为本发明自驱动传感器一实施例的结构示意图；
图2为本发明自驱动传感器的闭环电流测试曲线示意图；
图3为本发明自驱动传感器的开环电压测试曲线示意图。
附图标号说明：
| 载体1 | 下电极2 | 第一绝缘部3 | 驻极体4 |
| 第二绝缘部5 | 上电极6 | 硬质载体7 | 空腔8 |
| 传输导线9 | 辅助电极10 | 输出模块11 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例就本发明的技术方案做进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出一种自驱动传感器。
参照图1至3，图1为本发明自驱动传感器一实施例的结构示意图；图2为本实施例自驱动传感器的闭环电流测试曲线示意图，图3为本实施例自驱动传感器的开环电压测试曲线示意图。
在本发明实施例中，如图1所示，该自驱动传感器包括载体1、驻极体4、下电极2以及上电极6。
所述载体1设有若干空腔8，所述下电极2设有与所述空腔8的腔壁连接的结合部，所述结合部容置于所述空腔8内，所述下电极2中除所述结合部之外的部分位于所述载体1上方。
所述驻极体4设置于所述下电极2的上方，且与所述下电极2之间设有第一绝缘部3；所述上电极6设置于所述驻极体4的上方，且与所述驻极体4之间设有第二绝缘部5。
所述下电极2及上电极6的一端分别通过传输导线9与输出模块11连接。
在本实施例中，结合部可贴合与空腔8的腔壁，或者结合部与空腔8的腔壁相互配合，或者结合部与空腔8的腔壁相互联动，该结合部可部分覆盖空腔8的腔壁，也可以完全覆盖空腔8的腔壁，优选地，该结合部完全覆盖空腔8的腔壁，以提高该自驱动传感器的效率。载体1中空腔8提供的悬空结构，使得在按压或踩踏自驱动传感器时，能够提供该载体1为按压方向或踩踏方向的提供弹性，使得驻极体4能够发生形变。因此，在载体1满足要求下，空腔8的数量越多越好，空腔8的容积越大越好，具体地，空腔8的直径可介于0.4cm-4cm之间，空腔8的横截面形状可以为半圆形、方形等形状，或者，空调为长方体、正方体，半圆柱体等形状，本实施例不做具体限定。
在本实施例中，驻极体4具有自带电荷，可通过静电感应对其周围空间电极形成相对应表面电荷，进而与上电极6及下电极2形成稳定的静电场。第一绝缘部3以及第二绝缘部5使得驻极体4与下电极2以及驻极体4与上电极6之间分别绝缘，进而能够使驻极体4与下电极2以及驻极体4与上电极6之间实现静电感应。优选地，第一绝缘部3以及第二绝缘部5均为绝缘支撑架，用于支撑驻极体4，并能够缓存对驻极体4的撞击，避免驻极体4薄膜在工作状态下的损坏及变形，提高传感器的稳定性。
本实施例的自驱动传感器可以设置于鞋子中，在用户穿着设有该自驱动传感器的鞋子行走时，在鞋子与地面接触过程中使得自驱动传感器的受力增大，使得载体1发生形变，进而使得载体1内的空腔8发生相应的形变，以使驻极体4、下电极2与上电极6之间的空间位置发生变化，从而使得下电极2、驻极体4以及上电极6之间的电场发生变化，进而使上电极6以及下电极2的表面电荷与表面电压发生相应变化，进而使得自驱动传感器的上电极6与下电极2之间能够产生电压脉冲，或者在传输导线9、上电极6、下电极2以及输出模块11之间形成回路中能够产生相应的电流脉冲，从而能够根据电压脉冲或电流脉冲进行计数，进而实现行走计步。
容易理解，为提高电压脉冲或电流脉冲的峰值，上电极6与下电极2之间应该保持合适的距离，优选地，位于载体1上方的部分下电极2与上电极6之间的距离介于10μm-200mm之间。
在一实施例中，驻极体4以及所述第二绝缘部5之间设有辅助电极10，以提高上电极6以及下电极2表面电荷发生变化的数量，进而提高产生的电压脉冲或电流脉冲的幅度，提高传感器的效果。
进一步地，驻极体4包括经过高压电晕极化的驻极体4薄膜，所述驻极体4薄膜中电极的厚度范围为2nm-3μm。
在本实施例中，驻极体4薄膜经高压电晕极化，高压电晕极化方式使驻极体4薄膜分子偶极子化，依据静电感应效应，驻极体4薄膜周围空间电极形成对应表面电荷，因此，驻极体4薄膜能够长期具有稳定的高表面电荷以及高的表面电压，其中，驻极体4薄膜的薄膜可采用采用聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、氧化硅、氮化硅、左旋聚乳酸(PLLA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)以及聚全氟乙丙烯(FEP)等材料，薄膜的厚度可介于5μm-11mm之间，优选地，本实施例中，采用聚四氟乙烯(PTFE)。驻极体4薄膜的电极可采用铝(Al)、ITO、Pt、金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)等金属材料，该电极的制备方式可采用电子束蒸发或者磁控溅射方式，电极的厚度可介于2nm-3μm。
优选地，载体1的材料为弹性材料。载体1的厚度范围为0.1mm-8mm、宽度范围为0.5cm-6cm、长度范围为0.5cm-6cm。
在本实施例中，该载体1的材料可以为橡胶、PDMS及硅胶等材料。
进一步地，上电极6的上方设置有硬质载体71。
在本实施例中，硬质载体71的材料可以为硅胶，PDMS、Kapton，PET及铝片等各类硬质材料，硬质载体71用于缓冲及保护驻极体4。
硬质载体71的宽度范围为0.5cm-6cm、长度范围为0.5cm-6cm。优选地，硬质载体71的宽度及长度应与载体1的宽度及长度保持一致，以便于更好的缓冲及保护驻极体4。容易理解，上电极6、驻极体4薄膜、辅助电极10的形状可以相同，也可以不同，优选地，上电极6、驻极体4薄膜、辅助电极10的形状相同，下电极2、上电极6、驻极体4薄膜、辅助电极10的宽度相同，下电极2、上电极6、驻极体4薄膜、辅助电极10的长度相同，并且下电极2、上电极6、驻极体4薄膜、辅助电极10的宽度等于或略小于载体1的宽度，下电极2、上电极6、驻极体4薄膜、辅助电极10的长度等于或略小于载体1的宽度，以确保该自驱动传感器的稳定性及效果。
进一步地，在一实施例中，输出模块11包括显示单元和/或信号发送单元。
其中，显示单元用于显示当前该传感器的电流脉冲或电压脉冲。如图2及图3所示，其中，图2为本实施例自驱动传感器的闭环电流测试曲线示意图，图3为本实施例自驱动传感器的开环电压测试曲线示意图。通过计算电流脉冲的峰值数量或者电压脉冲的峰值数量即可实现计数。
需要强调的是，输出模块11还可以包括灯，该灯可以为LED灯，在用户穿着设有该自驱动传感器的鞋子在夜间行走时，该LED灯能够根据上述电流脉冲或电压脉冲进行发光，进而产生行走过程中LED灯闪烁的效果，从而能够提醒路上的司机等，进而能够提高用户行走的安全性。
优选地，自驱动传感器还包括与所述信号发送单元连接的计数模块，所述计数模块根据所述信号发送单元输出的电信号进行计数操作。
具体地，该计数模块能够根据信号发送单元发送的电流脉冲或电压脉冲进行相应的计数，进而实现行走计步等。
容易理解，采用本实施例的自驱动传感器可以实现各种场景的按压报警，例如，在需要设置按压报警的位置安装本实施例的自驱动传感器，并设置报警模块与该自驱动传感器的输出模块11进行信号连接。在当前存在按压自驱动传感器的操作时，例如，认为按压或者采用其他物品按压该自驱动传感器时，载体1发生形变，进而使得载体1内的空腔8发生相应的形变，以使驻极体4、下电极2与上电极6之间的空间位置发生变化，从而使得下电极2、驻极体4以及上电极6之间的电场发生变化，进而使上电极6以及下电极2的表面电荷与表面电压发生相应变化，进而使得自驱动传感器的上电极6与下电极2之间能够产生电压脉冲，或者在传输导线9、上电极6、下电极2以及输出模块11之间形成回路中能够产生相应的电流脉冲，并通过输出模块11将电压脉冲或电流脉冲传输至报警模块，报警模块能够根据接收到的电压脉冲或电流脉冲进行报警操作，进而能够实现各种报警。
本发明技术方案通过采用在载体1中设置空腔8，并将下电极2的结合部与该空腔8相互配合，使得该自驱动传感器在因踩踏、挤压或撞击等使载体1以及载体1内的空腔8发生形变时，驻极体4、下电极2与上电极6之间的空间位置发生变化，使得下电极2、驻极体4以及上电极6之间的电场发生变化，从而使上电极6以及下电极2的表面电荷与表面电压发生相应变化，进而使得自驱动传感器的上电极6与下电极2之间能够产生电压脉冲，或者在传输导线9、上电极6、下电极2以及输出模块11之间形成回路中能够产生相应的电流脉冲，并能够通过输出模块11输出产生的电流脉冲和/或电压脉冲，以根据电压脉冲或电流脉冲进行计数、报警等，例如，根据电压脉冲或电流脉冲进行计数以实现行走计步，从而能够大大降低用于计数的传感器的成本，使得该自驱动传感器的应用更加广泛。
应当说明的是，本发明的各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域的技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种自驱动传感器，其特征在于，所述自驱动传感器包括：载体、驻极体、下电极以及上电极；所述载体设有空腔，所述下电极设有与所述空腔的腔壁连接的结合部，所述结合部容置于所述空腔内，所述下电极中除所述结合部之外的部分位于所述载体上方；
所述驻极体设置于所述下电极的上方，且与所述下电极之间设有第一绝缘部；所述上电极设置于所述驻极体的上方，且与所述驻极体之间设有第二绝缘部；
所述下电极及上电极的一端分别通过传输导线与输出模块连接；
结合部贴合与空腔的腔壁，或者结合部与空腔的腔壁相互配合，或者结合部与空腔的腔壁相互联动；
驻极体具有自带电荷，通过静电感应对其周围空间电极形成相对应表面电荷，进而与上电极及下电极形成稳定的静电场；第一绝缘部以及第二绝缘部使得驻极体与下电极以及驻极体与上电极之间分别绝缘，进而使驻极体与下电极以及驻极体与上电极之间实现静电感应；
驻极体包括经过高压电晕极化的驻极体薄膜，驻极体薄膜中电极的厚度范围为2nm-3μm；驻极体薄膜经高压电晕极化，高压电晕极化方式使驻极体薄膜分子偶极子化，依据静电感应效应，驻极体薄膜周围空间电极形成对应表面电荷；
下电极、上电极、驻极体薄膜、辅助电极的宽度等于或略小于载体的宽度，下电极、上电极、驻极体薄膜、辅助电极的长度等于或略小于载体的宽度。
2.如权利要求1所述的自驱动传感器，其特征在于，所述驻极体以及所述第二绝缘部之间设有辅助电极。
3.如权利要求2所述的自驱动传感器，其特征在于，所述第一绝缘部以及所述第二绝缘部均为绝缘支撑架。
4.如权利要求1所述的自驱动传感器，其特征在于，所述载体的材料为弹性材料。
5.如权利要求4所述的自驱动传感器，其特征在于，所述载体的厚度范围为0.1mm-8mm、宽度范围为0.5cm-6cm、长度范围为0.5cm-6cm。
6.如权利要求1所述的自驱动传感器，其特征在于，所述上电极的上方设置有硬质载体。
7.如权利要求6所述的自驱动传感器，其特征在于，所述硬质载体的宽度范围为0.5cm-6cm、长度范围为0.5cm-6cm。
8.如权利要求1至7任一项所述的自驱动传感器，其特征在于，所述输出模块包括显示单元和/或信号发送单元。
9.如权利要求8所述的自驱动传感器，其特征在于，所述自驱动传感器还包括与所述信号发送单元连接的计数模块，所述计数模块根据所述信号发送单元输出的电信号进行计数操作。
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