CN112858445B - 一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统及检测方法，属于微纳传感领域。该传感系统包括固—液接触型独立层式摩擦纳米发电机和自驱动信号检测系统，自驱动信号检测系统包括信号调理电路和数据解析模块，信号调理电路包括信号采集模块、峰值读取模块和峰值差值比较模块；该发电机包括摩擦纳米发电机的主体和圆形转动平台；摩擦纳米发电机主体包括液体摩擦介质、圆环状软管、电极终端和电刷；圆形转动平台位于摩擦纳米发电机主体的底部，且圆形转动平台包括底座、转盘和支撑轮毂辐条。本发明电机具有快速、简便、无源检测液体介质属性的潜力，可应用于电力系统在运变压器油老化程度检测及水分含量的快速检测。

Description

一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱 动传感系统及检测方法

技术领域

本发明属于微纳传感领域，涉及一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统及检测方法。

背景技术

电力变压器是电力系统中的关键设备，其寿命很大程度上取决于其内部绝缘系统的老化程度。其中，实现对变压器中绝缘介质——变压器油的老化状态与水分含量检测，是掌握变压器健康状态的重要手段。现有变压器油老化程度及水分含量的检测方法包括诸如气相色谱、红外光谱以及卡尔费休滴定的物理化学检测方法；极化去极化电流、介质损耗正切测量的电气特征检测方法等。问题上述检测方法普遍具有测试方法复杂、测试操作繁琐、测试时间长等不足。因此，如何实现简易、快速的变压器油老化程度及水分含量检测具有重要实际工程应用意义。

摩擦纳米发电机的发明与应用为微纳传感领域提供一种新的检测途径。依据摩擦起电和静电感应原理，当两种具有明显电负性差异的材料发生接触时会产生摩擦电荷，该电荷会在外力作用下跟随材料位置改变而在电极间发生迁移，外部电路则相应地形成交替往复的周期性电流，从而对外输出电能。研究表明，摩擦纳米发电机的电气输出性能主要决定于摩擦介质属性，外部机械激励以及周围环境因素。因此，该发电机不但能够稳定地从环境中收集能量实现自供能运转，还可以根据输出信号感知相应的变量因素，如介质属性、激励特征或环境信息等，从而形成一套有效的自驱动传感系统。有基于此，当保持外部激励和环境因素不变时，可以构造一套基于摩擦纳米发电机的介质属性感知系统，通过比较不同摩擦介质产生的摩擦电荷量，即可反映出当前的介质属性。

然而，摩擦纳米发电机的设计通常为固—固接触型，这种设计方案不仅限制了待测介质的种类，同时由于固体介质表面容易发生磨损导致耐久度降低，这将不利于摩擦纳米发电机长期稳定地收集能量，同时还会使得传感信号的标定值发生失真。相比之下，液体介质作为摩擦层介质时，具有相对较高的稳定性和耐久性，并且能够产生更多的摩擦电荷从而实现灵敏传感，具有替代传统固体摩擦介质的潜力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统及检测方法，该检测系统具有快速、简便、无源检测液体介质属性的潜力，能够有效地针对电力系统变压器油老化程度以及水分含量进行检测，替代传统检测手段，形成一种简易的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感检测新方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固—液接触型独立层式摩擦纳米发电机，其特征在于：该发电机包括摩擦纳米发电机的主体1和圆形转动平台；

摩擦纳米发电机主体1包括液体摩擦介质、圆环状软管5、电极终端和电刷7；

圆形转动平台位于摩擦纳米发电机主体1的底部，起支撑作用；

摩擦液体介质置于圆环状软管5内；

圆环状软管5为两根软管首尾连接的密闭圆环状结构，所述软管的两个端口通过软管接头6进行连接与密封；

在圆环状软管5的上、下半圆部分分别贴附金属箔，形成两个电极终端；

电刷7由薄膜2两面贴附金属箔组成，安装在圆环状软管5两侧对称位置，并接触电极终端；电刷7两两成对固定在圆形转动平台上。

可选地，金属箔选择包括但不限于以下材料：

金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒，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；

可选地，圆形转动平台由亚克力底座，亚克力转盘以及亚克力支撑轮毂组成。

可选地，圆形转动平台包括底座3、转盘4和支撑轮毂辐条8；

转盘4位于底座3的上，所述支撑轮毂辐条8位于转盘4上，用于支撑圆环状软管5；

电刷7两两成对固定在圆形转动平台的底座3上；底座3上为旋转的转盘4；支撑轮毂辐条8一侧支撑固定摩擦纳米发电机主体1，一侧与转盘4粘合；两个电刷7与转盘4、支撑轮毂辐条8和固定好的圆环状软管5保持高度一致并叠放在一起。

可选地，摩擦纳米发电机主体1由2层重叠组成，包括上层摩擦纳米发电机和下层摩擦纳米发电机。

可选地，液体摩擦介质为摩擦介质材料；

可选地，液体介质的选择包括但不限于以下任意一种材料：

去离子水、矿物绝缘油、植物绝缘油、合成脂油、糠醛、甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、丁醇、丁二醇、异丙醇、正己烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、葵烷、丙酮、丁酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液、氨水；

圆环状软管5与软管接头6均采用弹性材料，

可选地，圆环状软管与软管接头材料的选择包括但不限于以下材料：

聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、全氟乙烯丙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚物、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氯丁二烯、聚异丁烯、聚甲醛、聚酰胺、聚酰亚胺、三聚氰胺甲醛、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯、酚醛树脂、苯胺甲醛树脂、氯丁橡胶、天然橡胶、纤维素、乙基纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、聚乙醇缩丁醛、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚乙烯丙二酚碳酸盐、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚酯、聚氨酯；软管内壁与液体介质摩擦产生电荷转移；两个圆环状软管并行叠放，由亚克力板相互隔离；

不同的液体摩擦介质与圆环状软管5在固—液界面上产生不同摩擦电荷量，不同摩擦电荷量对摩擦纳米发电机主体1产生的不同电压。

可选地，亚克力底座3为圆盘结构，圆盘中心位置切割出孔槽，亚克力底座3起固定作用；

亚克力转盘为圆盘结构，圆盘中心位置切割出孔槽，亚克力转盘置于亚克力底座上方，旋转电机的转轴从底部穿过底座孔槽后插入转盘内圆孔，并用连接销固定。

可选地，的旋转电机模拟自然环境中的振动能量维持摩擦纳米发电机的正常运转，在用于液体介质检测时，其转速不超过10转/分钟。

可选地，支撑轮毂辐条8为双层结构，该支撑轮毂的外端辐条9用于支撑固定摩擦纳米发电机主体1，支撑轮毂的外端辐条的底侧则与转盘之间用粘黏剂相互粘合。

可选地，转轴与外部激励源的结构连接。

可选地，系统包括：权利要求3中的摩擦纳米发电机和自驱动信号检测系统；

自驱动信号检测系统包括信号调理电路和数据解析模块；

摩擦纳米发电机主体1、信号调理电路信号连接与数据解析模块依次信号连接。

可选地，信号调理电路包括信号采集模块、峰值读取模块和峰值差值比较模块；

数据解析模块包括单片机和显示屏；

信号采集模块与峰值读取模块信号连接；

峰值读取模块与峰值差值比较模块信号连接；

峰值差值比较模块与单片机信号连接；

单片机与显示屏信号连接。

可选地，该系统检测变压器油老化程度与水分含量的方法，包括以下步骤：

S1、将液体摩擦介质分别注入到上、下两个摩擦纳米发电机圆环状软管5中，给转盘4施加模拟激励带动摩擦纳米发电机旋转，收集能量转化输出为电压信号；

S2、采用信号采集模块将摩擦纳米发电机输出的电压信号经比例缩放后传送至电压峰值读取模块；

S3、电压峰值读取模块通过放大器和电容器构成峰值检测电路，峰值检测电路将峰值电压经放大器传输至峰值差值比较模块；

S4、峰值差值比较模块对峰值电压信号通过减法器处理，获取差分后的差分模拟信号传送至单片机；

S5、单片机通过读取差分模拟信号，并根据存储单元数据库比对解析后，将液体介质属性结果以数字信号传送至显示屏展现检测结果。

本发明的有益效果在于：本发明对发电机具有快速、简便、无源检测液体介质属性的潜力，能够有效地针对电力系统变压器油老化程度以及水分含量进行检测，用以替代传统检测手段，并且形成了一种简易的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感检测新方法。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为固—液接触型摩擦纳米发电机的结构示意图，1(a)为固—液接触型摩擦纳米发电机的正视图，1(b)固—液接触型摩擦纳米发电机的为侧视图；

图2为固—液接触型摩擦纳米发电机工作原理，2(a)为起始状态下的摩擦纳米发电机，2(b)为上半周期电荷发生转移时的摩擦纳米发电机，2(c)为上部电极完全与液体覆盖区域重合的摩擦纳米发电机，2(d)为下半周期电荷发生转移时的摩擦纳米发电机；

图3为液体传感检测自驱动系统结构框图；

图4为信号调理电路原理图；

附图标记：其中1为固—液接触型摩擦纳米发电机主体，2为薄膜，3为底座，4为转盘，5为圆环状软管，6为软管接头，7为电刷，8为支撑轮毂辐条，9为支撑轮毂的外端辐条。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图4，为一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统及检测方法。

本发明具体可以实现摩擦纳米发电机中液体摩擦介质属性的传感检测，通过对比待测液体和基准液体在摩擦纳米发电机同时输出两路信号的差异性，主要可应用于电力系统中油浸式电力变压器油属性检测，实现变压器油的老化程度与水分含量的无源检测。

本发明提供一种面向电力系统的固—液接触型摩擦纳米发电机自驱动液体传感检测系统，包括固—液接触型独立层式摩擦纳米发电机和一种变压器油老化程度与水分含量的自驱动传感检测系统。

附图1展示的是固—液接触型摩擦纳米发电机的结构示意图，1(a)为固—液接触型摩擦纳米发电机的正视图，1(b)为固—液接触型摩擦纳米发电机的侧视图，主要由摩擦纳米发电机的主体1以及其底部的圆形转动平台两部分组成。摩擦纳米发电机的主体1由弹性软管(本文采用全氟乙烯丙烯材质)首尾相接，两个接口通过相同材质软管接头密封。软管内径放入摩擦液体介质，软管外径由金属箔分别贴附在环形管的上、下半圆部分，形成两个终端电极。聚氯乙烯薄膜2上下贴附金属箔作为电刷7，在圆环形软管两侧位置对称安装并接触软管电极，四个电刷7两两成对固定在圆形转动平台的底座3上。圆形转动平台底层是固定的底座3，底座3上为旋转的转盘4，支撑轮毂辐条8一侧支撑固定摩擦纳米发电机主体1，一侧与转盘4粘合。两个与转盘4、轮毂固定好的摩擦发电机环管保持高度一致叠放在一起，并保留一定间隔，下层摩擦发电机的支撑轮毂辐条8与上层摩擦发电机支撑轮毂外端辐条9相粘合。

该液体摩擦介质的选择包括但以下材料：

去离子水、矿物绝缘油、植物绝缘油、合成脂油、糠醛、甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、丁醇、丁二醇、异丙醇、正己烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、葵烷、丙酮、丁酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液和氨水；

该圆环状软管5与软管接头材料的选择包括以下材料：

聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、全氟乙烯丙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚物、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氯丁二烯、聚异丁烯、聚甲醛、聚酰胺、聚酰亚胺、三聚氰胺甲醛、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯、酚醛树脂、苯胺甲醛树脂、氯丁橡胶、天然橡胶、纤维素、乙基纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、聚乙醇缩丁醛、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚乙烯丙二酚碳酸盐、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚酯和聚氨酯。

液体介质的选择包括但不限于以下任意一种材料：

去离子水、矿物绝缘油、植物绝缘油、合成脂油、糠醛、甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、丁醇、丁二醇、异丙醇、正己烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、葵烷、丙酮、丁酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液、氨水等。

该金属箔选择包括以下材料：

金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒，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。

附图2展示的是固—液接触型摩擦纳米发电机的工作原理，图2(a)为起始状态下的摩擦纳米发电机，当位于上部分的电极经顺时针旋转将要进入液体覆盖区域而下部电极将要离开该覆盖区域时，电荷发生转移致使外部电路将感应出电流。如图2(b)，上部电极进入液体覆盖区域时会感应出负电荷来屏蔽液体中多余的正电荷，而下部电极则由于离开液体覆盖区域会感应出正电荷来屏蔽软管内壁上的负电荷；当上部电极与液体覆盖区域的重合面积增加，下部电极与之重合面积减小，即可使得正电荷从上部电极随外部电路转移至下部电路，用以平衡整个系统的电势差。整个旋转过程中将一直伴随着电荷的转移，直到上部电极完全与液体覆盖区域重合。如图2(c)，这时上部电极在初始状态下产生的正电荷将全部流入至下部电极，达到了新的静电平衡，电流产生的上半周期完成。转入下半周期，如图2(d)、2(a)所示，其工作原理与上半周期一致，在此不再赘述。

附图3展示的是液体传感检测自驱动系统的结构框图，系统主要包括摩擦纳米发电机，信号调理电路和后端数据解析三部分。首先摩擦纳米发电机两个软管中装入定量液体摩擦介质，由旋转电机模拟振动能带动软管旋转后发出的电能传输至信号调理电路；其次，信号调理电路通过信号采集电路对输入的高电压等级能量变为低电压等级后，传输至峰值读取电路读取当前电压峰值，峰值比较电路对经保持的两路电压峰值信号进行差分处理；最后，差分后的电压信号传送至单片机做相应解析后，数据结果传送至显示屏显示。

附图4展示的是信号调理电路原理图，信号调理模块首先通过高精度分压电阻器将电压值比例缩放后采集两路摩擦纳米发电机输出的电压信号，峰值电路通过电容充电跟随峰值电压，并将保持的峰值大小经运算放大器将峰值电压输出至峰值差值比较电路，差值比较电路通过减法器对两路峰值信号做差后的信号传送至单片机处理。

本实施例中还提供各模块的制备方法，首先说明的是固—液接触摩擦纳米发电机的具体制作方法。

固—液接触摩擦纳米发电机的制备主要包含了两个部分，分别是环管状结构的摩擦纳米发电机的主体1，以及其底部的圆形转动平台。

环管状结构的摩擦纳米发电机的主体1是采用壁厚为1.0mm，内管径为6mm的全氟乙烯丙烯软管所构成，具有很好的电负性和透明度。首先将全氟乙烯丙烯软管截成规定长度(约60cm)，然后弯曲成内径约为19cm的环形管状，将软管的两个端口通过软管接头进行首尾连接。软管接头是从全氟乙烯丙烯软管切下的一小段截口，其内径与环形管的外径一致。其后将厚度为100μm的金属胶带分别裁剪成长度为25cm的金属箔，将未带胶侧用酒精和去离子水洗净干燥，然后对称贴附在环形管的上、下半圆部分，形成两个终端电极。同时，在同样厚度的金属胶带上裁剪出两段长度约为2.5cm的短金属箔，经洗净干燥处理后分别贴附在环形管空白位置的中心，并用铜导线使其相互短接，消除测量电压时悬浮电位的影响，以便测出真实的电压信号。最后，在金属胶带上裁切出尺寸为7.5cm×1cm的金属箔，同样在进行洗净干燥处理后贴附在相同尺寸、厚度为200μm聚氯乙烯薄膜2上下表面，作为电刷7。按上述制作方法，制成两个同样的摩擦纳米发电机，叠落在一起，中间保持一定的间距隔离。

圆形转动平台是由固定的底座3，旋转的转盘4以及支撑轮毂组成。首先是固定的底座3的制作，利用激光切割机将厚度为3mm的透明亚克力板切割成直径约为28cm的圆盘，并在圆盘中心位置切割出直径约为2.5cm的孔槽。其次是旋转的转盘4的制作，利用激光切割机将厚度同样为3mm的亚克力板切割成直径为23cm的圆盘，并在中心位置切割出直径约为1cm的孔槽。转盘4置于底座3上方，并将旋转电机的转轴从底部穿过底座3孔槽后插入转盘4的内圆孔，并用连接销固定。其后利用激光切割机将厚度为6mm的透明亚克力板切割成由四个辐条构成的支撑轮毂，轮毂的外半径为18.5cm，内半径为5cm，内部中心圆孔的直径为2cm，两个支撑轮毂叠落并用粘黏剂相互粘合。最后，将叠层摩擦纳米发电机主体1安装在旋转转盘4上并分别使用支撑轮毂进行支撑和固定，轮毂与转盘4之间用粘黏剂相互粘合。此外，利用激光切割机切割两组亚克力长方体块(长×宽×高分别为5cm×2.5cm×0.6cm)，从表面向内切割出三个凹槽，其中一端凹槽用于将其固定在底座3，并用粘黏剂相互粘合，另两个凹槽用于夹紧两个电刷7，高度与电极保持一致。

相应的，在信号调理电路方面，信号调理电路的设计主要包括分压采样电阻、峰值读取电路和峰值差值比较电路。高精度电阻通过分压将摩擦纳米发电机输出的电压按比例缩小，峰值读取电路通过放大器、二极管和电容等电子器件，使电容器充电并保持峰值大小，通过运算放大器输出峰值电压。峰值差值比较电路由放大器构成减法电路，实现对两路电压峰值信号做差，将差值信号传送至单片机。

在后端数据处理模块，可采用STM32系列单片机，本设计建议使用低功耗、高性能STM32L476单片机作为信号解析处理单元，依据不同的信号差值给出相应的结果至显示屏显示，显示屏建议采用LED显示屏或者LCD显示屏。

至此，完成了自驱动液体传感检测系统的构建，固—液接触型独立层式摩擦纳米发电机的经振动机械能输出电能以及相应的电压信号，信号调理电路将两路电压信号做差异性比较，实现固—液接触形式独立层式摩擦纳米发电机的电能输出同时实现液体介质属性自驱动传感检测。

需说明的是，根据设计的自驱动液体传感检测系统，可实现电力系统中油浸式电力变压器油的老化程度与水分含量的无源检测。

相应的，对于变压器油的老化程度检测，由于油液发生老化后，其接触角和极性相应地受到影响且均与老化程度呈正相关性，所以不同老化程度的油液在固—液界面上产生的摩擦电荷量具有差异性，从而影响到此时摩擦纳米发电机的输出性能。因此，将待测油液与基准油液取相同规定体积后分别注入到上、下两个摩擦纳米发电机环形管中，在转动平台上由旋转电机带动摩擦纳米发电机旋转，收集振动能量转化输出为电压信号，通过信号调理电路将两路电压信号采集并将差值信号送至后端处理模块解析，依据待测油液与基准油液输出信号的差异性，对照数据库中的标定值可快速分析出待测油液的老化程度。

相应的，对于变压器油的水分含量检测，由于介质水的极性很强，变压器油中含水量程度的加重会大大增强油液在摩擦纳米发电机的信号输出，而油液输出的信号值很低。因此，根据不同含水量下的待测油液与基准油液在摩擦纳米发电机中输出信号的差异，可快速分析出待测油液的水分含量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，包括摩擦纳米发电机，该发电机包括摩擦纳米发电机主体(1)以及位于其底部的圆形转动平台；所述摩擦纳米发电机主体(1)包括液体摩擦介质、圆环状软管(5)、电极终端和电刷(7)，所述液体摩擦介质置于圆环状软管(5)内，所述圆环状软管(5)为两根软管首尾连接的密闭圆环状结构，软管的两个端口通过软管接头(6)进行连接与密封，在圆环状软管(5)的上、下半圆部分分别贴附金属箔，形成两个所述电极终端，所述电刷(7)由薄膜(2)两面贴附金属箔组成；

其特征在于：所述摩擦纳米发电机主体(1)由2层重叠组成，包括上层摩擦纳米发电机和下层摩擦纳米发电机，且上、下层摩擦纳米发电机之间互不接触；电刷(7)有四个，两两成对的安装在圆环状软管(5)两侧对称位置，且同侧两电刷彼此独立地接触电极终端；

该传感系统还包括自驱动信号检测系统；所述自驱动信号检测系统包括信号调理电路和数据解析模块；

所述信号调理电路包括电阻R1～R10、运算放大器OP1～OP5、电容C3～C4以及二极管D1～D2；电阻R1一端与上层摩擦纳米发电机连接，另一端分别与电阻R3和运算放大器OP1正向输入端连接，电阻R3另一端接地，运算放大器OP1输出端与二极管D1正极连接，其反向输入端分别与运算放大器OP2的输出端和反向输入端连接，二极管D1负极分别与电阻R5一端和运算放大器OP2的正向输入端连接，电阻R5另一端连接电容C3，电容C3另一端接地，运算放大器OP2输出端与电阻R7一端连接，R7另一端分别与电阻R10和运算放大器OP5的反向输入端连接，电阻R10另一端连接运算放大器OP5的输出端；电阻R2一端与下层摩擦纳米发电机连接，另一端分别与电阻R4和运算放大器OP3正向输入端连接，电阻R4另一端接地，运算放大器OP3输出端与二极管D2正极连接，其反向输入端分别与运算放大器OP4的输出端和反向输入端连接，二极管D2负极分别与电阻R6一端和运算放大器OP4的正向输入端连接，电阻R6另一端连接电容C4，电容C4另一端接地，运算放大器OP4输出端与电阻R8一端连接，R8另一端分别与电阻R9和运算放大器OP5的正向输入端连接，电阻R9另一端接地；运算放大器OP5输出端与数据解析模块信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：所述圆形转动平台包括底座(3)、转盘(4)和支撑轮毂辐条(8)；

所述转盘(4)位于底座(3)的上，所述支撑轮毂辐条(8)位于转盘(4)上，用于支撑圆环状软管(5)；

所述电刷(7)两两成对固定在圆形转动平台的底座(3)上；底座(3)上为旋转的转盘(4)；支撑轮毂辐条(8)一侧支撑固定摩擦纳米发电机主体(1)，一侧与转盘(4)粘合；两个电刷(7)与转盘(4)、支撑轮毂辐条(8)和固定好的圆环状软管(5)保持高度一致并叠放在一起。

3.根据权利要求2所述的一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：所述底座(3)为圆盘结构，圆盘中心位置切割出孔槽，底座(3)起固定作用；

所述转盘(4)为圆盘结构，圆盘中心位置切割出孔槽，转盘(4)置于底座(3)上方，外部转轴从底部穿过底座(3)孔槽后插入转盘(4)内圆孔。

4.根据权利要求2所述的一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：所述支撑轮毂辐条(8)为双层结构，该支撑轮毂的外端辐条(9)用于支撑固定摩擦纳米发电机主体(1)。

5.根据权利要求3所述的一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：所述转轴与外部激励源的结构连接。

6.根据权利要求1所述一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：所述数据解析模块包括单片机和显示屏；所述单片机与信号调理电路信号连接，与所述显示屏信号连接。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：该传感系统检测变压器油老化程度与水分含量的方法包括以下步骤：

S1、将待测油液与基准油液取相同规定体积后分别注入到上、下两个摩擦纳米发电机圆环状软管(5)中，给转盘(4)施加模拟激励带动摩擦纳米发电机旋转，收集振动能量转化输出为电压信号；

S2、通过信号调理电路将两路电压信号采集并将差值信号传输至单片机进行解析；

S3、单片机依据待测油液与基准油液输出信号的差异性，对照数据库中的标定值可快速分析出待测油液的老化程度及水分含量，将分析结果传送至显示屏进行展现。

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