CN110793570B - 一种传感器及速度和振幅的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器及速度和振幅的检测方法，首先，通过摩擦纳米发电机可以为传感器供电，实现自驱动的同时，可以减少传感器的体积，实现灵巧便于携带的设计，并且，还可以无需担心使用电池供电时受到电池续航时间的限制。其次，通过对传感器输出的直流信号和交流信号的判断，可以快速实现振幅的检测，以及根据传感器输出的交流电流，快速实现速度的检测，无需借助外部相关分析软件。再次，该传感器为一种双模式的传感器，通过该双模式的传感器，在不要求传感器信号稳定性和准确性很高的情况下，依据输出信号的性质，即可实现对振幅的判断，从而大大提高了传感器的应用性能。

Description

一种传感器及速度和振幅的检测方法

技术领域

本发明涉及纳米新能源技术领域，尤指一种传感器及速度和振幅的检测方法。

背景技术

传感器作为一种检测器件有着广泛的应用，并且传感器根据应用领域的不同有着较多的分类，如振动传感器、压力传感器或热传感器等。

为了能够使得传感器可以正常工作，需要为传感器提供外部电源，如此，不仅增加了传感器的体积，还受到用于传输电源信号的线路长度、以及在使用电池提供电源时电池续航时间等因素的影响，大大降低了传感器的应用范围。

摩擦纳米发电机是一种可以将环境中的低频且散乱分布的机械能转化为电能的器件，可以持续为小型电子器件提供电源，以实现自驱动。

那么，如何将摩擦纳米发电机与传感器进行结合，得到自驱动传感器，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种传感器及速度和振幅的检测方法，用以将摩擦纳米发电机与传感器进行结合，得到自驱动的传感器。

第一方面，本发明实施例提供了一种传感器，包括摩擦纳米发电机和第一电荷收集结构；

所述摩擦纳米发电机包括：相对而置的第一摩擦结构和第二摩擦结构，所述第二摩擦结构包括沿第一方向排列的第二甲摩擦结构和第二乙摩擦结构，所述第一方向垂直于所述第一摩擦结构和所述第二摩擦结构的排列方向；

所述第一电荷收集结构与所述第二摩擦结构电连接且沿所述第一方向排列；

所述第一摩擦结构在外力的作用下，在第一范围内分别与所述第二甲摩擦结构和所述第二乙摩擦结构产生相对滑动时，通过所述第二甲摩擦结构和所述第二乙摩擦结构输出交流信号，以及滑出所述第一范围时，通过所述第一电荷收集结构和所述第二摩擦结构输出直流信号；

其中，所述第一范围为：所述第二摩擦结构在沿着所述第一方向相对设置的两侧之间的区域。

第二方面，本发明实施例提供了一种速度的检测方法，利用如本发明实施例提供的上述传感器实现，该方法包括：

接收所述传感器输出的交流电流；

根据预设的交流电流与速度之间的对应关系，确定所述交流电流对应的速度。

第三方面，本发明实施例提供了一种振幅的检测方法，利用如本发明实施例提供的上述传感器实现，该方法包括：

接收所述传感器输出的信号；

在确定出所述传感器输出的信号为交流信号时，确定所述振幅小于或等于预设的第一阈值；

在确定出所述传感器输出的信号为直流信号时，确定所述振幅大于所述第一阈值。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的一种传感器及速度和振幅的检测方法，具有以下几点优势：

第一，本发明实施例中的传感器中包括摩擦纳米发电机，通过摩擦纳米发电机可以为传感器供电，实现自驱动的同时，可以减少传感器的体积，实现灵巧便于携带的设计，并且，还可以无需担心使用电池供电时受到电池续航时间的限制，从而扩展传感器的应用领域，扩大应用范围。

第二，目前的传感器需要借助外部电子器件和相应软件进行采集、分析和处理电信号，不能完全实现传感器的独立自驱动，而本发明实施例提供的传感器可以克服上述问题，通过对传感器输出的直流信号和交流信号的判断，快速实现振幅的检测，以及根据传感器输出的交流电流，快速实现速度的检测，完全实现了传感器的独立自驱动，大大拓展了传感器的应用领域。

第三，在传感器输出交流信号时，传感器的运动模式可以理解为常规摩擦纳米发电机的工作模式，在传感器输出直流信号时，传感器的运动模式可以理解为直流摩擦纳米发电机的工作模式，使得该传感器为一种双模式的传感器，通过该双模式的传感器，在不要求传感器信号稳定性和准确性很高的情况下，依据输出信号的性质，即可实现对振幅的判断，从而大大提高了传感器的应用性能。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的第一种传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的第二种传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的第三种传感器的结构示意图；

图4为本发明实施例中提供的第四种传感器的结构示意图；

图5为本发明实施例中提供的第五种传感器的结构示意图；

图6为第一电荷收集结构与第一摩擦结构之间的间距的示意图；

图7为本发明实施例中提供的第六种传感器的结构示意图；

图8为传感器的工作原理的示意图；

图9为传感器输出的信号的示意图；

图10为本发明实施例中提供的一种速度的检测方法的流程图；

图11为交流电流与速度之间的关系的示意图；

图12为本发明实施例中提供的一种振幅的检测方法的流程图；

图13为传感器输出的两种电压信号的示意图；

图14为交流电压与振幅之间的关系的示意图。

其中，P-摩擦纳米发电机，10-第一摩擦结构，10a-第一摩擦层，20-第二摩擦结构，21-第二甲摩擦结构，21a-第二摩擦层，22-第二乙摩擦结构，22a-第三摩擦结构，30、30a、30b-第一电荷收集结构，40、40a、40b-辅助摩擦结构，50、50a、50b-第二电荷收集结构，41-辅助摩擦层，61-第一指示结构，62-第二指示结构，70-整流结构，80-存储结构，90-滑动结构。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例提供的一种传感器及速度和振幅的检测方法的具体实施方式进行详细地说明。需要说明的是，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。

本发明实施例提供了一种传感器，如图1和图2所示，包括摩擦纳米发电机P和第一电荷收集结构(如图1中示出的30，图2中示出的30a和30b)；

摩擦纳米发电机P包括：相对而置的第一摩擦结构10和第二摩擦结构20，第二摩擦结构20包括沿第一方向(如图1和图2中示出的F1方向)排列的第二甲摩擦结构21和第二乙摩擦结构22，第一方向垂直于第一摩擦结构10和第二摩擦结构20的排列方向；

第一电荷收集结构与第二摩擦结构20电连接且沿第一方向排列；

第一摩擦结构10在外力的作用下，在第一范围Q1内分别与第二甲摩擦结构21和第二乙摩擦结构22产生相对滑动时，通过第二甲摩擦结构21和第二乙摩擦结构22输出交流信号，以及滑出第一范围Q1时，通过第一电荷收集结构和第二摩擦结构20输出直流信号；

其中，第一范围Q1为：第二摩擦结构20在沿着第一方向相对设置的两侧之间的区域。

在本发明实施例中，首先，本发明实施例中的传感器中包括摩擦纳米发电机P，通过摩擦纳米发电机P可以为传感器供电，实现自驱动的同时，可以减少传感器的体积，实现灵巧便于携带的设计，并且，还可以无需担心使用电池供电时受到电池续航时间的限制，从而扩展传感器的应用领域，扩大应用范围。

其次，目前的传感器需要借助外部电子器件和相应软件进行采集、分析和处理电信号，不能完全实现传感器的独立自驱动，而本发明实施例提供的传感器可以克服上述问题，通过对传感器输出的直流信号和交流信号的判断，快速实现振幅(可以理解为第一摩擦结构10滑动的距离)的检测，以及根据传感器输出的交流电流，快速实现速度的检测，完全实现了传感器的独立自驱动，尤其是在检测建筑安全阈值，桥梁振动或房屋震动阈值报警等方面具有非常大的应用价值，可以为地震的测量和防御提供非常有价值的数据参考。

再次，在传感器输出交流信号时，传感器的运动模式可以理解为常规摩擦纳米发电机的工作模式，在传感器输出直流信号时，传感器的运动模式可以理解为直流摩擦纳米发电机的工作模式，使得该传感器为一种双模式的传感器，通过该双模式的传感器，在不要求传感器信号稳定性和准确性很高的情况下，依据输出信号的性质，即可实现对振幅的判断，从而大大提高了传感器的应用性能。

说明一点，以图2所示为例，在实际情况中，为了实现静电感应，第一摩擦结构10与第二摩擦结构20之间的距离是非常小的，此处只是为了便于说明各结构之间的相对位置关系，且h1并不表示第一摩擦结构10与第二摩擦结构20之间的实际距离。

可选地，在本发明实施例中，第一电荷收集结构可以设置有至少一个；

第一电荷收集结构位于第二甲摩擦结构远离第二乙摩擦结构的一侧，第一电荷收集结构与第二甲摩擦结构电连接，第一摩擦结构在外力的作用下滑出第一范围时，通过第一电荷收集结构与第二甲摩擦结构输出直流信号；

和/或，第一电荷收集结构位于第二乙摩擦结构远离第二甲摩擦结构的一侧，第一电荷收集结构与第二乙摩擦结构电连接，第一摩擦结构在外力的作用下滑出第一范围时，通过第一电荷收集结构与第二乙摩擦结构输出直流信号。

例如，如图1所示，图中示出了一个第一电荷收集结构30，且该第一电荷收集结构30位于第二甲摩擦结构21远离第二乙摩擦结构22的一侧，第一电荷收集结构30与第二甲摩擦结构21电连接，第一摩擦结构10在外力的作用下滑出第一范围Q1时，通过第一电荷收集结构30(如图1中标记的D3端)与第二甲摩擦结构21(如图1中标记的D2端)输出直流信号。

又例如，如图2所示，图中示出了两个第一电荷收集结构(分别标记为30a和30b)，这两个第一电荷收集结构中，第一电荷收集结构30b位于第二甲摩擦结构21远离第二乙摩擦结构22的一侧且与第二甲摩擦结构21电连接，第一电荷收集结构30a位于第二乙摩擦结构22远离第二甲摩擦结构21的一侧且与第二乙摩擦结构22电连接；其中，第一摩擦结构10在外力的作用下滑出第一范围Q1的左边界时，通过第一电荷收集结构30b(如图2中标记的D32端)与第二甲摩擦结构21(如图2中标记的D1端)输出直流信号；或者，第一摩擦结构10在外力的作用下滑出第一范围Q1的右边界时，通过第一电荷收集结构30a(如图2中标记的D31端)与第二乙摩擦结构22(如图2中标记的D2端)输出直流信号。

如此设置：

一方面，在第一电荷收集结构具有多个时，可以实现各第一电荷收集结构与第二摩擦结构的有效电连接，以便于输出直流信号，从而为振幅的检测提供数据参考。

另一方面，在第一电荷收集结构具有多个时，可以多方面多角度地检测第一摩擦结构的滑动范围，为振幅的检测提供全面有效的数据。

可选地，在本发明实施例中，传感器还包括至少一个辅助摩擦结构，辅助摩擦结构与第二摩擦结构沿第一方向排列，辅助摩擦结构与第二摩擦结构之间设置有第一电荷收集结构；

传感器还包括至少一个第二电荷收集结构；

第二电荷收集结构位于辅助摩擦结构远离第二摩擦结构一侧，且第二电荷收集结构与辅助摩擦结构电连接；

第一摩擦结构在外力的作用下滑出预设边界时，通过第二电荷收集结构和辅助摩擦结构输出直流信号；

其中，预设边界为：辅助摩擦结构远离第二摩擦结构的侧面所在的平面。

例如，以图3所示为例，图中示出了2个辅助摩擦结构(分别标记为40a和40b)和2个第二电荷收集结构(分别标记为50a和50b)，辅助摩擦结构、第二摩擦结构20、第一电荷收集结构30、以及第二电荷收集结构均沿着图中所示的F1方向(即第一方向)排列，其中：

第二电荷收集结构50a位于辅助摩擦结构40a远离第二摩擦结构20的一侧(即右侧)，且第二电荷收集结构50a与辅助摩擦结构40a电连接，在第一摩擦结构10滑出预设边界M1时，通过第二电荷收集结构50a(如图中标记的D51端)与辅助摩擦结构40a(如图中标记的D41端)输出直流信号。

第二电荷收集结构50b位于辅助摩擦结构40b远离第二摩擦结构20的一侧(即左侧)，且第二电荷收集结构50b与辅助摩擦结构40b电连接，在第一摩擦结构10滑出预设边界M2时，通过第二电荷收集结构50b(如图中标记的D52端)与辅助摩擦结构40b(如图中标记的D42端)输出直流信号。

说明一点，可选地，参见图3所示，可以将第一电荷收集结构30定义为一级振幅检测结构，由于第二电荷收集结构50a和第二电荷收集结构50b分别与第二摩擦结构20在沿着F1方向上的距离均相同，所以可以将第二电荷收集结构50a和第二电荷收集结构50b均定义为二级振幅检测结构。

当然，在实际情况中，在第二电荷收集结构具有多个时，多个第二电荷收集结构的设置位置并不限于图3中所示，还可以如图4所示，即多个第二电荷收集结构均位于第二摩擦结构20的同一侧，如均位于第二摩擦结构20的右侧，此时：

在第一摩擦结构10滑出预设边界M1时，通过第二电荷收集结构50a(如图中标记的D51端)和辅助摩擦结构40a(如图中标记的D41端)输出直流信号；

若第一摩擦结构10继续向右滑动，且滑出预设边界M3时，通过第二电荷收集结构50b(如图中标记的D52端)和辅助摩擦结构40b(如图中标记的D42端)输出另一个直流信号。

相应地，在图4所示的结构中，可以将第一电荷收集结构30定义为一级振幅检测结构，由于第二电荷收集结构50a和第二电荷收集结构50b分别与第二摩擦结构20在沿着F1方向上的距离不同，且第二电荷收集结构50a与第二摩擦结构20在沿着F1方向上的距离较小，所以可以将第二电荷收集结构50a定义为二级振幅检测结构，第二电荷收集结构50b与第二摩擦结构20在沿着F1方向上的距离较大，所以可以将第二电荷收集结构50b定义为三级振幅检测结构。

具体地，上述只是以第二电荷收集结构具有2个为例进行说明，在第二电荷收集结构具有2个以上时，各第二电荷收集结构的设置位置可以参见图3和图4所示，在此不再详述。

通过上述对第二电荷收集结构的设置，若将预设边界和第一范围的边界理解为振幅阈值点时，通过直流信号，可以实现振幅阈值的多级检测，为更大范围的振幅变化的检测提供了可靠地数据，使得传感器具有更大的检测范围，更加细致的检测精度，从而可以大大拓展传感器的应用范围。

可选地，在本发明实施例中，传感器还包括：第一指示结构和第二指示结构；

第一指示结构电连接于第二摩擦结构与第一电荷收集结构之间，用于：在通过第二摩擦结构与电荷收集结构输出直流信号时，指示第一摩擦结构滑出第一范围；

第二指示结构电连接于第二电荷收集结构与辅助摩擦结构之间，用于：在通过第二电荷收集结构与辅助摩擦结构输出直流信号时，指示第一摩擦结构滑出预设边界。

例如，以图4所示为例，第一指示结构61位于第二摩擦结构20与第一电荷收集结构30之间，第二指示结构62位于辅助摩擦结构(如40a)与第二电荷收集结构(如50a)之间。

通过第一指示结构和第二指示结构的设置，可以直观地指示出振幅的大小，为振幅的判断提供了直观的结果，提高了振幅的判断速度，从而提高了传感器的实用性，使得传感器的使用更加简单方便。

具体地，在本发明实施例中，第一指示结构和第二指示结构均包括一发光二极管，各发光二极管发出的光的颜色均不同。

如此，使得在对多级振幅阈值进行检测时，通过各指示结构发出的光的颜色不同，可以直观且准确地判断出各级振幅阈值，加快振幅的判断效率，提高传感器的检测的准确性。

当然，在实际情况中，第一指示结构和第二指示结构还可以是其他可以实现区别多级振幅阈值功能的结构，如报警铃等，不同级别的振幅阈值对应不同的铃声，在此并不限定。

在具体实施时，为了实现各结构之间的电连接，在本发明实施例中，以图5所示的结构为例，第一摩擦结构10包括：面向第二摩擦结构20设置的第一摩擦层10a，第二甲摩擦结构21包括：面向第一摩擦结构10设置的第二摩擦层21a，第二乙摩擦结构22包括：面向第一摩擦结构10设置的第三摩擦层22a，40包括：面向第一摩擦结构10设置的辅助摩擦层41；

第一电荷收集结构30与第二摩擦层21a和/或第三摩擦层22a电连接；

第二电荷收集结构50与辅助摩擦层41电连接。

如此，可以实现各结构之间的电连接，便于将直流信号或交流信号输出，从而便于传感器输出检测结果，实现传感器的检测功能。

具体地，在本发明实施例中，第一电荷收集结构与第一摩擦层、以及第二电荷收集结构与第一摩擦层在沿着第二方向上的间距均为第一间距，第二方向为第一摩擦结构和第二摩擦结构的排列方向；

第二摩擦层和第三摩擦层的厚度相同，第一间距与第二摩擦层的厚度相同。

例如，如图6所示，图中仅示出了第一电荷收集结构30，第一间距用h2表示，由于实际情况中第一摩擦结构10与第二摩擦结构20之间的间距是非常小的，所以此时可以将第一摩擦结构10与第二摩擦结构20之间的间距忽略，在第二摩擦层(图6中未示出)和第三摩擦层22a的厚度相同时，可以将第一间距h2设置为第三摩擦层22a的厚度h3。

如此设置，便于第一摩擦结构与第一电荷收集结构之间形成足够的电场，以发生静电击穿，便于形成直流信号且输出，为振幅阈值的检测提供了可能。

可选地，在本发明实施例中，第一间距可以设置为20微米至40微米。相应地，在第一摩擦结构与第一电荷收集结构之间的电场达到30KV/m时，可以产生静电击穿，从而输出直流信号。

当然，第一间距还可以设置为其他数值范围，相应地，第一摩擦结构与第一电荷收集结构之间的击穿电压也会随之发生改变，如此，可以根据实际需要对第一间距进行设置，以满足各种应用场景的需要，提高设计的灵活性。

可选地，在本发明实施例中，第一摩擦层可以采用绝缘材料制作；

第二摩擦层、第三摩擦层、辅助摩擦层、第一电荷收集结构和第二电荷收集结构均可以采用导电材料制作。

其中，绝缘材料可以为具有强吸电子能力的绝缘材料，例如但不限于聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物、或尼龙等。导电材料为具有易失电子能力的导电材料，例如但不限于金属铜、金属铝或金属金等。

并且，各摩擦层可以分别制作在具有支撑作用的支撑结构之上，且支撑结构可以采用硬度大、表面光滑、外形规则的材料制作而成，例如但不限于亚克力板。

还需要说明一点，可选地，第二摩擦层和第三摩擦层之间需要具有一定的间距(例如但不限于0.5mm)，如图5中所示的h4，在保证第二摩擦层和第三摩擦层绝缘的基础上，便于产生交流信号，使得摩擦纳米发电机可以输出交流信号。

此外，可选地，第一摩擦层、第二摩擦层和第三摩擦层的面积大小可以设置为均相同，以使得摩擦纳米发电机具有较大功率的输出，有效利用各摩擦层的面积。

进一步地，在本发明实施例中，第二摩擦层、第三摩擦层和辅助摩擦层均采用同一种导电材料制作，如此，可以简化传感器的结构，降低传感器的制作难度，提高传感器的制作效率。

在具体实施时，在本发明实施例中，如图7所示，传感器还包括整流结构70和存储结构80；

整流结构70与第二甲摩擦结构21和第二乙摩擦结构22电连接，用于：对摩擦纳米发电机输出的交流信号进行整流处理；

存储结构80与整流结构70电连接，用于：存储整流结构70整流之后的信号。

其中，整流结构可以采用整流电路来实现，当然还可以采用其他具有整流功能的结构来实现，在此并不限定。

存储结构可以采用存储电容来实现，当然还可以采用其他具有存储功能的结构来实现，在此并不限定。

如此，通过对整流结构和存储结构的设置，可以将传感器输出的交流信号整流为直流信号并存储下来，以便于为其他结构供电，使得传感器还可以作为电源来使用，增加了传感器的功能，拓展了传感器的应用范围。

在具体实施时，在本发明实施例中，如图7所示，传感器还包括滑动结构90；

滑动结构90与第一摩擦结构10连接，用于：带动第一摩擦结构10沿着第一方向(如图7中双箭头所示的方向)发生移动。

也就是说，第一摩擦结构10可以在滑动结构90的带动下，在沿着图中双箭头所示的方向上来回移动，使得传感器可以实现水平摆动的检测，即在将该传感器置于在水平方向具有摆动的场景中时，在水平摆动的作用下，滑动结构90带动第一摩擦结构10发生移动，在第一摩擦结构10滑出第一范围时，传感器输出的信号由交流转变为直流，此时通过设置在第二摩擦结构20与第一电荷收集结构30之间的指示灯，可以获悉第一摩擦结构10已经滑出了振幅阈值，从而实现了对振幅阈值的检测。

下面以图1所示的结构，并结合图8所示的原理图，对本发明实施例提供的传感器的工作原理进行说明。

状态①：第一摩擦结构10与第二甲摩擦结构21完全对应，电子从电负性较差(也即易失电子)的第二甲摩擦结构21表面，转移到电负性较强(也即易得电子)的第一摩擦结构10表面，使得第一摩擦结构10表面带有净的电子(也即负电荷)，第二甲摩擦结构21表面带有净的正电荷。

在第一摩擦结构10向右滑动且没有超出第一范围Q1的右侧边界时，即传感器的运动过程为①→②→③→④→⑤→①，由于摩擦起电和静电感应原理，这个过程产生的电信号是交流信号I1(如图9所示)。

当第一摩擦结构10滑出第一范围Q1的右侧边界且与第一电荷收集结构30对应时，即传感器的运动过程为①→②→③→④→⑤→⑥→①。

在状态⑤时，第一摩擦结构10表面保存有大量的电子，且第一摩擦结构10表面与第一电荷收集结构30之间具有第一间距(例如但不限于30微米)，此时足以形成一个场强大于30KV/m的电场，该电场可以击穿第一摩擦结构10与第一电荷收集结构30之间的空气，产生放电现象，使得电子从第一摩擦结构10表面转移到第一电荷收集结构30之上，然后通过外电路流向第二甲摩擦结构21，此过程输出的是直流信号I2。

在从状态⑥到状态①时，由于第一摩擦结构10表面的大量电子被空气击穿消耗掉，其表面与第一电荷收集结构30之间的电场强度不够发生空气击穿，而是与第二甲摩擦结构21表面重新发生摩擦，回到状态①，所以此阶段没有电信号输出，而是第一摩擦结构10表面与第二甲摩擦结构21表面之间重新摩擦起电，各自带上净的负电荷和正电荷。

因此，当第一摩擦结构10在第二甲摩擦结构21的最左端和第二乙摩擦结构22的最右端之间(即第一范围Q1)来回滑动时，此时传感器对应于传统的摩擦纳米发电机，所以输出的是交流信号，且该交流信号在经过整流结构后可以存储于存储结构中。

当第一摩擦结构10的滑动距离超出第二甲摩擦结构的最左端(即第一范围Q1的左侧边界)时，由于存在空气击穿现象，此时传感器输出的信号由交流信号转变为直流信号，因此，可以将这个切换点作为振幅阈值检测的判断依据(如图9中所示的T0)，并且该直流信号可以直接驱动发光二极管发射报警信息，从而直观地将检测结果显示出来。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种速度的检测方法，如图10所示，利用如本发明实施例提供的上述传感器实现，该方法包括：

S1001、接收传感器输出的交流电流；

S1002、根据预设的交流电流与速度之间的对应关系，确定交流电流对应的速度。

在本发明实施例中，可以根据预设的交流电流与速度之间的对应关系，确定出接收到的交流电流对应的速度，从而可以根据传感器的输出，实现对速度的检测。

可选地，在本发明实施例中，预设的交流电流与速度之间的对应关系可以为：交流电流与速度呈一次线性关系。

其中，交流电流与速度之间的对应关系是根据摩擦纳米发电机的输出特点确定的，如图11所示，图中的R²表示线性度，R²的值越接近1，说明线性度越高，图11中R²为0.996，表示交流电流与速度之间具有较高的线性度，所以通过该线性关系，可以确定出接收到的交流电流对应的速度，从而实现速度的检测。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种振幅的检测方法，如图12所示，利用如本发明实施例提供的上述传感器实现，该方法包括：

S1201、接收传感器输出的信号；

S1202、确定传感器输出的信号是否为交流信号；若是，则执行步骤S1203；若否，则执行步骤S1204；

S1203、确定振幅小于或等于预设的第一阈值；

S1204、确定振幅大于第一阈值。

在本发明实施例中，可以根据接收到的信号的特性，确定出振幅是否大于第一阈值，从而可以确定振幅的范围，实现对振幅的粗略检测。

例如，参见图13所示，在虚线T0对应的时间之前，传感器输出的是交流电压，在虚线T0对应的时间之后，传感器输出的是直流电压，显然，在输出的两种电压之间有一个明显的切换点，此时可以将这一切换点对应的振幅作为第一阈值(也即前述提及的振幅阈值)，并且依据该切换点，可以判断出在哪一时刻振幅大于第一阈值，从而实现对振幅的检测。

当然，在实际情况中，在传感器输出的信号为电流信号时，依然可以判断出振幅是否大于第一阈值，如图9所示，在虚线T0对应的时间之前，传感器输出的是交流电流，在虚线T0对应的时间之后，传感器输出的是直流电流，显然，在输出的两种电流之间有一个明显的切换点，若传感器输出的电流信号中出现这样的切换点时，即可判断出振幅大于第一阈值，实现对振幅的检测。

可选地，在本发明实施例中，在传感器输出的信号为电压信号时，在确定出振幅小于或等于预设的第一阈值之后，以及在确定出振幅大于第一阈值之后，该方法还包括：

根据预设的电压信号与振幅之间的对应关系，确定传感器输出的电压信号对应的振幅。

如此，可以根据预设的电压信号与振幅之间的对应关系，确定出接收到的电压信号对应的振幅，从而可以根据传感器的输出，实现对振幅的精细检测。

具体地，在本发明实施例中，预设的电压信号与振幅之间的对应关系为：电压与振幅呈一次线性关系。

其中，电压与振幅(也即距离)之间的对应关系是根据摩擦纳米发电机的输出特点确定的，如图13和图14所示，图中的R²表示线性度，R²的值越接近1，说明线性度越高，交流电压与振幅之间的线性度R²为0.999，直流电压与振幅之间的线性度R²为0.998，表示电压与振幅之间具有较高的线性度，所以通过该线性关系，可以确定出接收到的电压信号对应的振幅，从而实现振幅的精细检测。

可选地，在本发明实施例中，在传感器还包括辅助摩擦结构和第二电荷收集结构，且传感器还包括：连接于第二摩擦结构与第一电荷收集结构之间的第一指示结构、以及连接于辅助摩擦结构和第二电荷收集结构之间的第二指示结构时，该方法还包括：

在接收到第一指示结构发出的第一指示信号时，确定振幅大于第一阈值；

在接收到第二指示结构发出的第二指示信号时，确定振幅大于预设的第二阈值；

其中，第一阈值小于第二阈值。

如此，可以直观地确定出振幅的范围，从而快速准确地判断出当前振幅并进行报警，使得传感器的使用更加简单和方便。

具体地，在本发明实施例中，确定振幅大于第一阈值，具体包括：

在确定第一摩擦结构在外力作用下滑出第一范围时，确定振幅大于第一阈值；

确定振幅大于第二振动阈值，具体包括：

在确定第一摩擦结构在外力作用下滑出预设边界时，确定振幅大于第二阈值；

其中，预设边界为：辅助摩擦结构远离第二摩擦结构的侧面所在的平面。

如此，可以根据第一摩擦结构的滑动距离判断出振幅的范围，实现了振幅的检测。

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 (17)

1.一种传感器，其特征在于，包括摩擦纳米发电机和第一电荷收集结构；

所述摩擦纳米发电机包括：相对而置的第一摩擦结构和第二摩擦结构，所述第二摩擦结构包括沿第一方向排列的第二甲摩擦结构和第二乙摩擦结构，所述第一方向垂直于所述第一摩擦结构和所述第二摩擦结构的排列方向；

所述第一电荷收集结构与所述第二摩擦结构电连接且沿所述第一方向排列；

所述第一摩擦结构在外力的作用下，在第一范围内分别与所述第二甲摩擦结构和所述第二乙摩擦结构产生相对滑动时，通过所述第二甲摩擦结构和所述第二乙摩擦结构输出交流信号，以及滑出所述第一范围时，通过所述第一电荷收集结构和所述第二摩擦结构输出直流信号；

其中，所述第一范围为：所述第二摩擦结构在沿着所述第一方向相对设置的两侧之间的区域；

所述传感器还包括至少一个辅助摩擦结构，所述辅助摩擦结构与所述第二摩擦结构沿所述第一方向排列，所述辅助摩擦结构与所述第二摩擦结构之间设置有所述第一电荷收集结构；

所述传感器还包括至少一个第二电荷收集结构；

所述第二电荷收集结构位于所述辅助摩擦结构远离所述第二摩擦结构一侧，且所述第二电荷收集结构与所述辅助摩擦结构电连接；

所述第一摩擦结构在外力的作用下滑出预设边界时，通过所述第二电荷收集结构和所述辅助摩擦结构输出直流信号；

其中，所述预设边界为：所述辅助摩擦结构远离所述第二摩擦结构的侧面所在的平面。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一电荷收集结构设置有至少一个；

所述第一电荷收集结构位于所述第二甲摩擦结构远离所述第二乙摩擦结构的一侧，所述第一电荷收集结构与所述第二甲摩擦结构电连接，所述第一摩擦结构在外力的作用下滑出所述第一范围时，通过所述第一电荷收集结构与所述第二甲摩擦结构输出直流信号；

和/或，所述第一电荷收集结构位于所述第二乙摩擦结构远离所述第二甲摩擦结构的一侧，所述第一电荷收集结构与所述第二乙摩擦结构电连接，所述第一摩擦结构在外力的作用下滑出所述第一范围时，通过所述第一电荷收集结构与所述第二乙摩擦结构输出直流信号。

3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括：第一指示结构和第二指示结构；

所述第一指示结构电连接于所述第二摩擦结构与所述第一电荷收集结构之间，用于：在通过所述第二摩擦结构与所述电荷收集结构输出直流信号时，指示所述第一摩擦结构滑出所述第一范围；

所述第二指示结构电连接于所述第二电荷收集结构与所述辅助摩擦结构之间，用于：在通过所述第二电荷收集结构与所述辅助摩擦结构输出直流信号时，指示所述第一摩擦结构滑出所述预设边界。

4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述第一指示结构和所述第二指示结构均包括一发光二极管，各所述发光二极管发出的光的颜色均不同。

5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一摩擦结构包括：面向所述第二摩擦结构设置的第一摩擦层，所述第二甲摩擦结构包括：面向所述第一摩擦结构设置的第二摩擦层，所述第二乙摩擦结构包括：面向所述第一摩擦结构设置的第三摩擦层，所述辅助摩擦结构包括：面向所述第一摩擦结构设置的辅助摩擦层；

所述第一电荷收集结构与所述第二摩擦层和/或所述第三摩擦层电连接；

所述第二电荷收集结构与所述辅助摩擦层电连接。

6.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述第一电荷收集结构与所述第一摩擦层、以及所述第二电荷收集结构与所述第一摩擦层在沿着第二方向上的间距均为第一间距，所述第二方向为所述第一摩擦结构和所述第二摩擦结构的排列方向；

所述第二摩擦层和所述第三摩擦层的厚度相同，所述第一间距与所述第二摩擦层的厚度相同。

7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述第一间距为20微米至40微米。

8.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述第一摩擦层采用绝缘材料制作；

所述第二摩擦层、所述第三摩擦层、所述辅助摩擦层、所述第一电荷收集结构和所述第二电荷收集结构均采用导电材料制作。

9.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括整流结构和存储结构；

所述整流结构与所述第二甲摩擦结构和所述第二乙摩擦结构电连接，用于：对所述摩擦纳米发电机输出的交流信号进行整流处理；

所述存储结构与所述整流结构电连接，用于：存储所述整流结构整流之后的信号。

10.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括滑动结构；

所述滑动结构与所述第一摩擦结构连接，用于：带动所述第一摩擦结构沿着所述第一方向发生移动。

11.一种速度的检测方法，其特征在于，利用如权利要求1-10任一项所述的传感器实现，该方法包括：

接收所述传感器输出的交流电流；

根据预设的交流电流与速度之间的对应关系，确定所述交流电流对应的速度。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述预设的交流电流与速度之间的对应关系为：交流电流与速度呈一次线性关系。

13.一种振幅的检测方法，其特征在于，利用如权利要求1-10任一项所述的传感器实现，该方法包括：

接收所述传感器输出的信号；

在确定出所述传感器输出的信号为交流信号时，确定所述振幅小于或等于预设的第一阈值；

在确定出所述传感器输出的信号为直流信号时，确定所述振幅大于所述第一阈值。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述传感器输出的信号为电压信号时，在确定出所述振幅小于或等于预设的第一阈值之后，以及在确定出所述振幅大于所述第一阈值之后，该方法还包括：

根据预设的电压信号与振幅之间的对应关系，确定所述传感器输出的电压信号对应的振幅。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预设的电压信号与振幅之间的对应关系为：电压与振幅呈一次线性关系。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述传感器还包括辅助摩擦结构和第二电荷收集结构，且所述传感器还包括：连接于第二摩擦结构与第一电荷收集结构之间的第一指示结构、以及连接于所述辅助摩擦结构和所述第二电荷收集结构之间的第二指示结构时，该方法还包括：

在接收到所述第一指示结构发出的第一指示信号时，确定所述振幅大于所述第一阈值；

在接收到所述第二指示结构发出的第二指示信号时，确定所述振幅大于预设的第二阈值；

其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，确定所述振幅大于所述第一阈值，具体包括：

在确定第一摩擦结构在外力作用下滑出第一范围时，确定所述振幅大于所述第一阈值；

确定所述振幅大于第二振动阈值，具体包括：

在确定所述第一摩擦结构在外力作用下滑出预设边界时，确定所述振幅大于所述第二阈值；

其中，所述预设边界为：所述辅助摩擦结构远离所述第二摩擦结构的侧面所在的平面。

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