CN110261774B - 一种摩擦发电机测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种摩擦发电机测试系统，包括：控制器、线性马达、马达推杆、固‑液震荡固定台、第一磁吸式样品台、第二磁吸式样品台、待测摩擦发电机、平板压力传感器、电流表和电压表，控制器预设线性马达的振幅和频率，线性马达带动马达推杆以预设的振幅和频率进行直线往复式运动，平板压力传感器可实时测定撞击力度，控制器根据平板压力传感器测定的撞击力度实时调整线性马达的预设振幅，精确控制摩擦发电机的行程、压力和频率，保证了测试的精确度并实现了测试的可重复性。

Description

一种摩擦发电机测试系统
技术领域
本发明涉及摩擦发电机领域，特别是涉及一种摩擦发电机测试系统。
背景技术
摩擦发电机是近几年兴起的一个新的研究方向，自从2012年摩擦发电机被发明以来，受到了越来越多的关注。但是由于测试条件的多样性，目前尚未有较为专业的摩擦发电机的测试装置。
专利CN104808138B公开了一种摩擦发电机测试装置，测试装置中的驱动系统由多个伺服电机和滑轨组合而成，摩擦层的撞击接触是通过重力下落的方式实现的，重现性差，且此方式无法满足目前摩擦发电机所需要的精确控制行程、压力以及频率等苛刻条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种摩擦发电机测试系统，精确控制摩擦发电机的行程、压力和频率，保证了测试的重复性和精确度，进而准确评价摩擦发电机的性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种摩擦发电机测试系统，其特征在于，所述摩擦发电机测试系统包括：控制器、线性马达、马达推杆、固-液震荡固定台、第一磁吸式样品台、第二磁吸式样品台、待测摩擦发电机、平板压力传感器、电流表和电压表；
所述控制器与所述线性马达的控制端电连接，用于预设所述线性马达的振幅和频率；
所述线性马达的输出轴与所述马达推杆的一端连接，所述线性马达用于带动所述马达推杆进行直线往复式运动；所述固-液震荡固定台设置在所述马达推杆上；
所述第一磁吸式样品台与所述马达推杆的另一端固定连接；所述第二磁吸式样品台和所述第一磁吸式样品台相对设置；
所述待测摩擦发电机可固定在所述固-液震荡固定台上或所述第一磁吸式样品台与所述第二磁吸式样品台之间；
所述平板压力传感器与所述第二磁吸式样品台连接，用于测定所述待测摩擦发电机测试过程中产生的撞击力度；所述电流表和所述电压表均与所述待测摩擦发电机电连接，用于对应测量所述待测摩擦发电机在测试过程中产生的电流值和电压值；
所述控制器根据所述平板压力传感器测定的撞击力度实时调整所述线性马达的预设振幅，以保证所述平板压力传感器在测定不同所述待测摩擦发电机时的撞击力度一致。
优选地，所述待测摩擦发电机为固-液摩擦发电机；
所述固-液摩擦发电机，固定于所述固-液震荡固定台上；所述线性马达带动所述马达推杆做直线往复式运动，使所述固-液摩擦发电机产生震荡发电；所述电流表和所述电压表均与所述固-液摩擦发电机电连接，用于对应测量所述固-液摩擦发电机在震荡过程中产生的电流值和电压值。
优选地，所述待测摩擦发电机为固-固摩擦发电机；
所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极吸附于所述第一磁吸式样品台上；所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极吸附于所述第二磁吸式样品台上；所述线性马达带动所述马达推杆做直线往复式运动，使所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极周期性的撞击与分离而起电；所述平板压力传感器，用于实时测定所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极进行撞击时产生的撞击力度；
所述电流表分别与所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极电连接，用于测量所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极在撞击和分离过程中产生的电流值；
所述电压表分别与所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极电连接，用于测量所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极在撞击和分离过程中产生的电压值。
优选地，所述摩擦发电机测试系统还包括第一屏蔽箱和第二屏蔽箱；
所述第一屏蔽箱的内部从中间用隔板分为上层和下层，所述电流表和所述电压表放置在所述第一屏蔽箱上层，所述固-液震荡固定台、所述固-液摩擦发电机、所述第一磁吸式样品台、所述第二磁吸式样品台、所述固-固摩擦发电机和所述平板压力传感器放置在所述第一屏蔽箱下层；
所述线性马达设置在所述第二屏蔽箱内；
所述马达推杆穿过所述第一屏蔽箱和所述第二屏蔽箱，所述马达推杆一端与所述线性马达的输出轴连接，所述马达推杆另一端与所述第一磁吸式样品台固定连接。
优选地，所述第一屏蔽箱内还设置了固定底板；
所述固定底板，位于所述第一屏蔽箱下层的底部，用于固定所述平板压力传感器。
优选地，所述第二屏蔽箱内还设置了绝缘缓冲底座；
所述绝缘缓冲底座，位于所述第二屏蔽箱的底部，用于固定所述线性马达。
优选地，所述摩擦发电机测试系统还包括数据采集卡；
所述数据采集卡与所述电流表电连接，用于采集所述电流表测试固-液摩擦发电机震荡起电产生的电流值；
所述数据采集卡还与所述电压表电连接，用于采集所述电压表测试固-固摩擦发电机接触起电产生的电压值；
所述数据采集卡还与所述控制器电连接，用于将采集到的所述电流值和所述电压值传输给所述控制器。
优选地，所述控制器包括马达控制器和电脑；
所述电脑与所述马达控制器连接，用于预设所述线性马达的振幅和频率，所述马达控制器与所述线性马达的控制端连接，用于预设所述线性马达的振幅和频率；
所述电脑还与所述数据采集卡的输出端连接，用于读取和保存数据采集卡采集到的电流值和电压值；
所述电脑还用于根据平板压力传感器测得的压力值实时调整预设振幅。
优选地，所述线性马达的直线往复式运动的振幅范围为-40mm～40mm，频率范围为0～10Hz。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中控制器预设线性马达的振幅和频率，线性马达带动马达推杆以预设的振幅和频率进行直线往复式运动，使作用到固-液摩擦发电机的水平作用力一致；本发明还通过设置平板压力传感器可实时测定固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和第二摩擦电极的撞击力度，控制器根据平板压力传感器测定的撞击力度实时调整线性马达的预设振幅，精确控制摩擦发电机的行程、压力和频率，保证了测试的精确度并实现了测试的可重复性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种摩擦发电机测试系统的结构示意图；
图2为固-固摩擦发电机测试装置的结构图；
符号说明：1控制器，2线性马达，3马达推杆，4固-液震荡固定台，5数据采集卡，6第一磁吸式样品台，7第二磁吸式样品台，8平板压力传感器，9电流表，10电压表，11第一屏蔽箱，12第二屏蔽箱，13隔板，14固定底板，15绝缘缓冲底座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种摩擦发电机测试装置，可以精确控制摩擦发电机的行程、压力和频率，保证了测试的精确度并能实现测试的可重复性，进而准确评价摩擦发电机的性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本发明实施例1提供了一种固-液摩擦发电机测试系统。
图1为本发明实施例一种摩擦发电机测试系统的结构示意图，如图1所示，本发明提供的一种摩擦发电机测试系统包括控制器1、线性马达2、马达推杆3、固-液震荡固定台4、固-液摩擦发电机、第一磁吸式样品台6、第二磁吸式样品台7、平板压力传感器8、电流表9和电压表10，还包括第一屏蔽箱11、第二屏蔽箱12和数据采集卡5。
控制器1包括马达控制器和电脑；
电脑与马达控制器连接，马达控制器还与线性马达2的控制端连接，电脑和马达控制器的联合使用用于设定线性马达2的振幅和频率；电脑还与数据采集卡5的输出端连接，用于读取和保存数据采集卡5采集到的电流值和电压值。
第二屏蔽箱12内置线性马达2、马达推杆3和绝缘缓冲底座15；第二屏蔽箱12为法拉第屏蔽箱，第二屏蔽箱12内的所有结构组成摩擦发电机测试装置中的驱动系统。
绝缘缓冲底座15，位于第二屏蔽箱12的底部，用于固定线性马达2，绝缘缓冲底座15为可以吸能缓冲的绝缘木质板材基底。
线性马达2的控制端与马达控制器电连接，线性马达2的输出轴与马达推杆3的一端连接，线性马达2用于带动马达推杆3做直线往复式运动，进而使固-液摩擦发电机产生震荡而发电。
第一屏蔽箱11的内部从中间用隔板13分为上层和下层，电流表9和电压表10放置在第一屏蔽箱11的上层，马达推杆3、固-液震荡固定台4、固-液摩擦发电机、第一磁吸式样品台6、第二磁吸式样品台7、平板压力传感器8和固定底板14放置在第一屏蔽箱11的下层；第一屏蔽箱11为法拉第屏蔽箱，第一屏蔽箱11内的所有结构组成摩擦发电机测试装置中的测试系统。
固-液震荡固定台4设置于马达推杆3上，固-液震荡固定台4的材质为摩擦电中性的绝缘材料；固-液摩擦发电机固定于固-液震荡固定台4上；
电流表9和电压表10与固-液摩擦发电机电连接，用于测量固-液摩擦发电机在震荡过程中产生的电流值和电压值；数据采集卡5的输入端与电流表9和电压表10连接，数据采集卡5的输出端与电脑连接，用于采集电流表9和电压表10测试固-液摩擦发电机震荡发电产生的电流值和电压值，并将采集到的电流值和电压值传输给电脑进行保存和显示。
第一磁吸式样品台6与马达推杆3的一端固定连接；第二磁吸式样品台7与平板压力传感器8连接，第二磁吸式样品台7和第一磁吸式样品台6相对设置，第一磁吸式样品台6与第二磁吸式样品台7的材质为亚克力或铝合金。
马达推杆3穿过第一屏蔽箱11和第二屏蔽箱12，马达推杆3的一端与线性马达2的输出轴连接，马达推杆3的另一端与第一磁吸式样品台6固定连接；马达推杆的材质为铝合金或实木材。
本发明一种摩擦发电机测试系统的工作过程如下：
在电脑上预设线性马达的振幅和频率，在马达控制器的控制下，线性马达带动马达推杆进行预设振幅和频率的直线往复式运动，使第一磁吸式样品台与第二磁吸式样品台不发生撞击，同时固-液摩擦发电机震荡起电，电流表和电压表实时测量固-液摩擦发电机产生的电流值和电压值，电流表和电压表通过数据采集卡将电流值和电压值传输到电脑上进行显示和保存，根据电脑上的电流值和电压值，可用来评估固-液摩擦发电机的性能。
实施例2：
本发明实施例2提供了一种固-固摩擦发电机测试系统。
图1为本发明实施例一种摩擦发电机测试系统的结构示意图，图2为固-固摩擦发电机测试装置的结构图，如图1和图2所示，本发明提供的一种摩擦发电机测试系统包括控制器1、线性马达2、马达推杆3、固-液震荡固定台4、第一磁吸式样品台6、第二磁吸式样品台7、固-固摩擦发电机(图1和图2中未示出)、平板压力传感器8、电流表9和电压表10，还包括第一屏蔽箱11、第二屏蔽箱12和数据采集卡5。
控制器1包括马达控制器和电脑；
电脑与马达控制器连接，马达控制器还与线性马达2的控制端连接，电脑和马达控制器的联合使用用于设定线性马达2的振幅和频率；电脑还与数据采集卡5的输出端连接，用于读取和保存数据采集卡5采集到的电流值和电压值；电脑还用于根据平板压力传感器8测得的撞击力度调整预设振幅。
第二屏蔽箱12内置线性马达2、马达推杆3和绝缘缓冲底座15；第二屏蔽箱12为法拉第屏蔽箱，第二屏蔽箱12内的所有结构组成摩擦发电机测试装置中的驱动系统。
绝缘缓冲底座15，位于第二屏蔽箱12的底部，用于固定线性马达2，绝缘缓冲底座15为可以吸能缓冲的绝缘木质板材基底。
线性马达2的控制端与马达控制器电连接，线性马达2的输出轴与马达推杆3的一端连接，线性马达2用于带动马达推杆3做直线往复式运动；线性马达2可以在-40mm～40mm的振幅范围内实现0～10Hz的连续不停机调整。
第一屏蔽箱11的内部从中间用隔板13分为上层和下层，电流表9和电压表10放置在第一屏蔽箱11的上层，马达推杆3、固-液震荡固定台4、第一磁吸式样品台6、第二磁吸式样品台7、固-固摩擦发电机、平板压力传感器8和固定底板14放置在第一屏蔽箱11的下层；第一屏蔽箱11为法拉第屏蔽箱，第一屏蔽箱11内的所有结构组成摩擦发电机测试装置中的测试系统。
固-液震荡固定台4设置于马达推杆3上，固-液震荡固定台4的材质为摩擦电中性的绝缘材料；固-液摩擦发电机固定于固-液震荡固定台4上；
第一磁吸式样品台6与马达推杆3的一端固定连接；第二磁吸式样品台7与平板压力传感器8连接，第二磁吸式样品台7和第一磁吸式样品台6相对设置，第一磁吸式样品台6与第二磁吸式样品台7的材质为亚克力或铝合金；固-固摩擦发电机的第一摩擦电极吸附于第一磁吸式样品台6上，固-固摩擦发电机的第二摩擦电极吸附于第二磁吸式样品台7上；平板压力传感器8，用于实时测定第一摩擦电极和第二摩擦电极进行撞击时产生的撞击力度；根据平板压力传感器8测定的撞击力度，在电脑上可实时调整线性马达2的预设振幅，以保证平板压力传感器8在测定不同固-固摩擦发电机测试过程中产生的撞击力度一致。
电流表9和电压表10与固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和第二摩擦电极电连接，用于测量固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和第二摩擦电极在撞击和分离过程中发电产生的电流值和电压值；数据采集卡5的输入端与电流值9和电压表10连接，数据采集卡5的输出端与电脑连接，用于采集电流表9和电压表10测试固-固摩擦发电机发电产生的电流值和电压值，并将采集到的电流值和电压值传输给电脑进行保存和显示。
马达推杆3穿过第一屏蔽箱11和第二屏蔽箱12，马达推杆3的一端与线性马达2的输出轴连接，马达推杆3的另一端与第一磁吸式样品台6固定连接；马达推杆的材质为铝合金或实木材。
本实施例的工作过程如下：
在电脑上预设线性马达的振幅和频率，在马达控制器的控制下，线性马达带动马达推杆进行预设振幅和频率的直线往复式运动，吸附于第一磁吸式样品台上的第一摩擦电极与吸附于第二磁吸式样品台上的第二摩擦电极进行预设振幅和频率的周期性撞击和分离，使固-固摩擦发电机发电，电流表和电压表实时测量固-固摩擦发电机产生的电流值和电压值，电流表和电压表通过数据采集卡将电流值和电压值传输到电脑上进行显示和保存，平板压力传感器实时测定固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和第二摩擦电极的撞击力度，根据平板压力传感器测定的撞击力度，当测试不同固-固摩擦发电机时，在电脑上可实时调整线性马达的预设幅度，根据电脑上显示的电压值，可用来评估固-固摩擦发电机的性能。
本发明提供了固-液摩擦发电机和固-固摩擦发电机的测试装置，可精确控制摩擦发电机的行程、压力和频率，并实现了测试的可重复性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种摩擦发电机测试系统，其特征在于，所述摩擦发电机测试系统包括：控制器、线性马达、马达推杆、固-液震荡固定台、第一磁吸式样品台、第二磁吸式样品台、待测摩擦发电机、平板压力传感器、电流表和电压表；
所述控制器与所述线性马达的控制端电连接，用于预设所述线性马达的振幅和频率；
所述线性马达的输出轴与所述马达推杆的一端连接，所述线性马达用于带动所述马达推杆进行直线往复式运动；所述固-液震荡固定台设置在所述马达推杆上；
所述第一磁吸式样品台与所述马达推杆的另一端固定连接；所述第二磁吸式样品台和所述第一磁吸式样品台相对设置；
所述待测摩擦发电机为固-液摩擦发电机或固-固摩擦发电机；当所述待测摩擦发电机为所述固-液摩擦发电机时，所述固-液摩擦发电机固定在所述固-液震荡固定台上；当所述待测摩擦发电机为所述固-固摩擦发电机时，所述固-固摩擦发电机固定在所述第一磁吸式样品台与所述第二磁吸式样品台之间；
所述平板压力传感器与所述第二磁吸式样品台连接，所述平板压力传感器用于当所述固-固摩擦发电机固定在所述第一磁吸式样品台与所述第二磁吸式样品台之间时，测定所述固-固摩擦发电机测试过程中产生的撞击力度；
所述电流表和所述电压表均与所述待测摩擦发电机电连接，用于对应测量所述待测摩擦发电机在测试过程中产生的电流值和电压值；
当所述待测摩擦发电机为固-固摩擦发电机时，所述控制器根据所述平板压力传感器测定的撞击力度实时调整所述线性马达的预设振幅，以保证所述平板压力传感器在测定不同所述固-固摩擦发电机时的撞击力度一致；当所述待测摩擦发电机为固-液摩擦发电机时，所述控制器预设所述线性马达的振幅和频率，并控制所述线性马达带动所述马达推杆以预设的振幅和频率进行直线往复式运动，使所述第一磁吸式样品台与所述第二磁吸式样品台不发生撞击，使作用到所述固-液摩擦发电机的水平作用力一致。
2.根据权利要求1所述的一种摩擦发电机测试系统，其特征在于，所述待测摩擦发电机为固-固摩擦发电机；
所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极吸附于所述第一磁吸式样品台上；所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极吸附于所述第二磁吸式样品台上；所述线性马达带动所述马达推杆做直线往复式运动，使所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极周期性的撞击与分离而起电；所述平板压力传感器，用于实时测定所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极进行撞击时产生的撞击力度；
所述电流表分别与所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极电连接，用于测量所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极在撞击和分离过程中产生的电流值；
所述电压表分别与所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极电连接，用于测量所述固-固摩擦发电机的第一摩擦电极和所述固-固摩擦发电机的第二摩擦电极在撞击和分离过程中产生的电压值。
3.根据权利要求1所述的一种摩擦发电机测试系统，其特征在于，所述摩擦发电机测试系统还包括第一屏蔽箱和第二屏蔽箱；
所述第一屏蔽箱的内部从中间用隔板分为上层和下层，所述电流表和所述电压表放置在所述第一屏蔽箱上层，所述固-液震荡固定台、所述固-液摩擦发电机、所述第一磁吸式样品台、所述第二磁吸式样品台、所述固-固摩擦发电机和所述平板压力传感器放置在所述第一屏蔽箱下层；
所述线性马达设置在所述第二屏蔽箱内；
所述马达推杆穿过所述第一屏蔽箱和所述第二屏蔽箱，所述马达推杆一端与所述线性马达的输出轴连接，所述马达推杆另一端与所述第一磁吸式样品台固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种摩擦发电机测试系统，其特征在于，所述第一屏蔽箱内还设置了固定底板；
所述固定底板，位于所述第一屏蔽箱下层的底部，用于固定所述平板压力传感器。
5.根据权利要求3所述的一种摩擦发电机测试系统，其特征在于，所述第二屏蔽箱内还设置了绝缘缓冲底座；
所述绝缘缓冲底座，位于所述第二屏蔽箱的底部，用于固定所述线性马达。
6.根据权利要求1所述的一种摩擦发电机测试系统，其特征在于，所述摩擦发电机测试系统还包括数据采集卡；
所述数据采集卡与所述电流表电连接，用于采集所述电流表测试所述待测摩擦发电机起电产生的电流值；
所述数据采集卡还与所述电压表电连接，用于采集所述电压表测试所述待测摩擦发电机起电产生的电压值；
所述数据采集卡还与所述控制器电连接，用于将采集到的所述电流值和所述电压值传输给所述控制器。
7.根据权利要求6所述的一种摩擦发电机测试系统，其特征在于，所述控制器包括马达控制器和电脑；
所述电脑与所述马达控制器连接，所述马达控制器与所述线性马达的控制端连接，所述电脑和所述马达控制器的联合使用用于预设所述线性马达的振幅和频率；
所述电脑还与所述数据采集卡的输出端连接，用于读取和保存数据采集卡采集到的电流值和电压值；
所述电脑还用于根据平板压力传感器测得的压力值实时调整预设振幅。
8.根据权利要求1所述的一种摩擦发电机测试系统，其特征在于，所述线性马达的直线往复式运动的振幅范围为-40mm~40mm，频率范围为0~10Hz。
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