CN113124837B - 一种用于测量波浪参数的自供电传感器 - Google Patents
一种用于测量波浪参数的自供电传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113124837B CN113124837B CN202110260956.5A CN202110260956A CN113124837B CN 113124837 B CN113124837 B CN 113124837B CN 202110260956 A CN202110260956 A CN 202110260956A CN 113124837 B CN113124837 B CN 113124837B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode unit
- self
- wave parameters
- powered sensor
- measuring wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical group [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- -1 aluminum-polytetrafluoroethylene Chemical group 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 3
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 20
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C13/00—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C13/00—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
- G01C13/002—Measuring the movement of open water
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
- H02N1/04—Friction generators
Abstract
本发明涉及一种用于测量波浪参数的自供电传感器，包括壳体和发电组件，发电组件置于所述壳体内部，且发电组件依次包含弹性连接件，电感器，第一电极单元，磁性球，第二电极单元，电荷感应层和数据采集器，弹性连接件一端固定于壳体上，另一端固定于第二电极单元表面，电感器套设于弹性连接件上，第一电极单元与所述第二电极单元相连，且第一电极单元和弹性连接件位于第二电极单元两侧，磁性球可滚动地设置于第二电极单元表面，电荷感应层位于壳体和第一电极单元之间，其中，电荷感应层与第二电极单元相连，并与所述第一电极单元构成发电结构，磁性球与电感器构成磁感应发电结构，数据采集器用于处理电荷感应层产生的电信号。
Description
技术领域
本发明属于仪器仪表技术领域，具体涉及一种用于测量波浪参数的自供电传感器。
背景技术
我国自古以来就是海洋大国，海岸线长达18000余公里。海洋资源勘探开发、海上交通、海洋渔业等活动的开展离不开海洋预报的保障，而海洋预报离不开连续、准确、及时的海上实况资料。最近这些年，台风、风暴潮、灾害性海浪、海冰、赤潮等海洋灾害频繁发生，为提前预防和减少这些海洋灾害的发生，需要准确的对海洋灾害进行预报预警。
在对海洋表面波浪的参数检测时，需要利用海洋浮标(简称浮标)中的波浪传感器进行收集，所以波浪传感器浮标是数据采集的前提。浮标是利用无动力漂浮载体获取海洋环境(水文、气象、生态等)参数信息的无人值守自动观测系统，一般包括浮标体、锚系、传感器、数据采集器、通信系统、供电系统等部分，有着“海上天气侦察兵”的称号。其中位于浮标里的波浪传感器对波浪的运动采集输出为电信号，再有数据采集器将电信号采集处理输出数字信号，方便我们进行观测、对比，从而以达到预警的作用。
当浮标中波浪传感器、数据采集器等在正常工作的时候，通常需要电力来提供能源，于是在浮标中通常有着大量的蓄电池，并且配有供电系统和安全系统以保证正常工作，所以供电是浮标的一项重要的参数。
现有技术中，蓄电池的使用寿命有限且体积较大，从而导致传感器浮标整体体积较大。此外，为保证浮标中波浪传感器的正常使用，要定期地对蓄电池进行更换和维修，这使传感器浮标不能持续获得供电，继而也不能长期持续收集波浪参数。
发明内容
为了解决传感器浮标不能持续获得供电，因此不能长期持续收集波浪参数的技术问题，本发明公开一种用于测量波浪参数的自供电传感器，主要技术方案为：
一种用于测量波浪参数的自供电传感器，包括壳体和发电组件，所述发电组件置于所述壳体内部，且所述发电组件依次包含弹性连接件，电感器，第一电极单元，磁性球，第二电极单元和电荷感应层，其中：
所述弹性连接件一端固定于所述壳体上，所述弹性连接件另一端固定于所述第二电极单元的表面，所述电感器上有一圆形通孔，并套设于所述弹性连接件上；
所述第一电极单元与所述第二电极单元相连，且所述第一电极单元和所述弹性连接件位于所述第二电极单元的两侧；
所述磁性球可滚动地设置于所述第二电极单元表面；
所述电荷感应层位于所述壳体和所述第一电极单元之间，其中，所述电荷感应层与所述第二电极单元相连，并与所述第一电极单元构成发电结构；
所述磁性球与所述电感器构成磁感应发电结构。
进一步地，所述第一电极单元为两条同心弧和两条直线组成的多个扇形叶片，所述扇形叶片的短弧边与所述第二电极单元相连。
进一步地，所述扇形叶片的数量≥2，且所述扇形叶片朝向所述壳体中空位置的一面粘附有第二铝-聚四氟乙烯薄膜。
进一步地，所述第二电极单元上放置所述磁性球的表面粘附有第一铝-聚四氟乙烯薄膜。
进一步地，所述电荷感应层粘附于所述壳体内表面上。
进一步地，所述第一电极单元在所述壳体上的正投影与所述电荷感应层重合。
进一步地，所述电荷感应层为铝箔。
进一步地，所述第二电极单元与所述电荷感应层通过导线相连。
进一步地，所述电荷感应层与所述第一电极单元之间设置有缓冲体。
与传统的波浪传感器相比，本发明涉及的这一款传感器有如下优点：
1、本传感器采用的是摩擦纳米发电机的工作原理，收集海洋表面的低频能量为传感器提供电源，且摩擦纳米发电装置的发电量完全满足传感器的正常使用，实现传感器自供电；
2、传统的传感器制造较为繁琐，并且需要与数据采集器配合使用，从而导致浮标体积较大，本传感器制造简单，生产成本低廉，极大地减小了浮标的体积。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明一种用于测量波浪参数的自供电波浪传感器的主视图；
图2为本发明一种用于测量波浪参数的自供电波浪传感器的A-A剖面示意图，其中，1-浮标外壳，2-铝-PTFE薄膜1，3-铝箔，4-磁力球，5-扇形铝-PTFE薄膜2，6-带扇叶的圆形曲面板，7-弹簧，8-线圈；
图3为本发明一种用于测量波浪参数的自供电波浪传感器的B-B剖面示意图；
图4为本发明一种用于测量海洋波浪的自供电波浪传感器的外形示意图；
图5为本发明一种用于测量波浪参数的自供电波浪传感器的圆形曲面板示意图；
图6为本发明一种用于测量波浪参数的自供电波浪传感器带扇叶的圆形曲面板示意图；
图7为本发明一种用于测量波浪参数的自供电波浪传感器铝-PTFE薄膜与铝箔的接触分离示意图；
具体实施方式
下面结合附图来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图2所示，本实施例中的传感器主要由1-浮标外壳，2-铝-PTFE薄膜1，3-铝箔，4-磁力球，5-扇形铝-PTFE薄膜2，6-带扇叶的圆形曲面板，7-弹簧及8-线圈组成，如图1所示，1-浮标外壳为水滴形的封闭壳体，还可以为球形或椭圆形等；
如图2所示，8-线圈是具有通孔的一个圆环形，7-弹簧一端通过点焊的方法固定在1-浮标外壳的内表面上，另一端穿过8-线圈中间的通孔与6-带扇叶的圆形曲面板连接；
6-带扇叶的圆形曲面板一面与7-弹簧另一端通过点焊方式连接；5-扇形铝-PTFE薄膜2背面具有一定的粘附能力，将5-扇形铝-PTFE薄膜2均匀的贴在6-带扇叶的圆形曲面板的上表面，形成第二电极单元，贴有5-扇形铝-PTFE薄膜2的6-带扇叶的圆形曲面板的结构如图5所示；
4-磁力球是滚动体，放在6-带扇叶的圆形曲面板粘附有5-扇形铝-PTFE薄膜2的上表面的圆心位置；2-铝-PTFE薄膜1的背面同样具有一定的粘附能力，如图6所示，将2-铝-PTFE薄膜1均匀的贴在6-带扇叶的圆形曲面板的扇叶101的内表面上，形成第一电极单元；
在其他一些实施例中，圆形曲面板上的扇叶至少有2个，形状包括但不限于扇形，如矩形、椭圆形等，且扇叶围绕圆形曲面板并与圆形曲面板呈一定角度沿周向均匀排布，如90°、120°；
本实施例中3-铝箔背面同样具有一定的粘附能力，如图3所示，将3-铝箔均匀的贴在与6-带扇叶的圆形曲面板的扇叶部分相对应位置的1-浮标外壳内表面上作为电荷感应层，铝箔3和圆形曲面板6上的扇叶中间可用海绵等作为缓冲体；前述电极单元中的5-扇形铝-PTFE薄膜2通过导线将各个铝箔相连。
所述传感器的工作原理为：贴在6-带扇叶的圆形曲面板上表面的5-扇形铝-PTFE薄膜2通过导线把各个铝箔相连，形成摩擦纳米发电装置，当4-磁力球随着海浪在6-带扇叶的圆形曲面板上滚动时，将会引发3种反应：一是滚动使得弹簧连接的6-带扇叶的圆形曲面板上的扇叶发生晃动，如图7所示，晃动使得2-铝-PTFE薄膜1与3-铝箔发生接触分离，根据摩擦纳米发电机的原理得知，2-铝-PTFE薄膜1与3-铝箔的接触分离会产生电流，收集储存该部分电流为数据采集器供电；二是当4-磁力球滚动时根据电磁感应定律，8-线圈切割磁感线产生电动势，收集存储该电动势为数据采集器供电；三是当4-磁力球在6-带扇叶的圆形曲面板上滚动时，将5-扇形铝-PTFE薄膜2分成4个区域，这4个区域的铝箔分别连接在单片机的4个端口上，当4-磁力球在5-扇形铝-PTFE薄膜的正中心时便不产生电信号，当4-磁力球随着波浪滚动时，根据摩擦纳米发电原理可知，5-扇形铝-PTFE薄膜2将产生电信号，当4-磁力球再次回到原点时电信号消失，由此可以得知当第一次出现电信号到最后电信号消失这一段时间差便是波浪的周期参数。
在另一些实施例中，还可利用单片机将测得的电信号转为数字信号，在经过编写程序得知具体的电信号来自于5-扇形铝-PTFE薄膜2的4个区域中的那个区域便知道波浪的波向，5-扇形铝-PTFE薄膜2上将产生电信号，用数据采集器将电信号处理就能得到波浪的参数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所做的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (9)
1.一种用于测量波浪参数的自供电传感器，其特征在于：包括壳体和发电组件，所述发电组件置于所述壳体内部，且所述发电组件包含依次连接的弹性连接件、第二电极单元和第一电极单元，电感器，磁性球和电荷感应层，其中：
所述弹性连接件一端固定于所述壳体上，所述弹性连接件另一端固定于所述第二电极单元的表面；
所述电感器上有一圆形通孔，并套设于所述弹性连接件上；
所述第一电极单元与所述第二电极单元相连，且所述第一电极单元和所述弹性连接件位于所述第二电极单元的两侧；
所述磁性球可滚动地设置于所述第二电极单元表面；
所述电荷感应层位于所述壳体和所述第一电极单元之间，其中，所述电荷感应层与所述第二电极单元相连，并与所述第一电极单元构成发电结构；
所述磁性球与所述电感器构成磁感应发电结构。
2.如权利要求1所述的一种用于测量波浪参数的自供电传感器，其特征在于：所述第一电极单元为两条同心弧和两条直线组成的扇形叶片，所述扇形叶片的短弧边与所述第二电极单元相连。
3.如权利要求2所述的一种用于测量波浪参数的自供电传感器，其特征在于：所述扇形叶片的数量≥2，且所述扇形叶片朝向所述壳体中空位置的一面粘附有第二铝－聚四氟乙烯薄膜。
4.如权利要求1所述的一种用于测量波浪参数的自供电传感器，其特征在于：所述第二电极单元上放置所述磁性球的表面粘附有第一铝－聚四氟乙烯薄膜。
5.如权利要求1所述的一种用于测量波浪参数的自供电传感器，其特征在于：所述电荷感应层粘附于所述壳体内表面上。
6.如权利要求5所述的一种用于测量波浪参数的自供电传感器，其特征在于：所述第一电极单元在所述壳体上的正投影与所述电荷感应层重合。
7.如权利要求6所述的一种用于测量波浪参数的自供电传感器，其特征在于：所述电荷感应层为铝箔。
8.如权利要求1所述的一种用于测量波浪参数的自供电传感器，其特征在于：所述第二电极单元与所述电荷感应层通过导线相连。
9.如权利要求1所述的一种用于测量波浪参数的自供电传感器，其特征在于：所述电荷感应层与所述第一电极单元之间设置有缓冲体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110260956.5A CN113124837B (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 一种用于测量波浪参数的自供电传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110260956.5A CN113124837B (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 一种用于测量波浪参数的自供电传感器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113124837A CN113124837A (zh) | 2021-07-16 |
| CN113124837B true CN113124837B (zh) | 2022-03-29 |
Family
ID=76773005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110260956.5A Expired - Fee Related CN113124837B (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 一种用于测量波浪参数的自供电传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113124837B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114017244B (zh) * | 2021-09-23 | 2023-03-28 | 中国地质大学（武汉） | 用于测量海洋表面波浪的自供电传感器 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN206590076U (zh) * | 2017-01-12 | 2017-10-27 | 广东海洋大学 | 动磁式波浪能发电浮标 |
| CN208989589U (zh) * | 2018-02-12 | 2019-06-18 | 苏州艾菲斯电子科技有限公司 | 颈椎按摩仪 |
| CN111082697A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-04-28 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器 |
| CN111103052A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-05 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于摩擦纳米发电机与电磁感应的三维振动传感器 |
| CN111193430B (zh) * | 2020-01-10 | 2023-01-10 | 重庆大学 | 全方位收集微振动能量的摩擦电磁杂化发电机 |
| CN111682794B (zh) * | 2020-06-20 | 2022-05-31 | 上海交通大学 | 适应复杂激励的无接触传动摩擦-电磁复合波浪能量采集器 |
-
2021
- 2021-03-10 CN CN202110260956.5A patent/CN113124837B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113124837A (zh) | 2021-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Promoting smart cities into the 5G era with multi-field Internet of Things (IoT) applications powered with advanced mechanical energy harvesters | |
| CN106646557B (zh) | 一种基于北斗星基增强系统和短报文功能的海洋监测浮标 | |
| US7239038B1 (en) | Apparatus for electrical signal generation based upon movement and associated methods | |
| Panda et al. | Hybrid nanogenerators for ocean energy harvesting: mechanisms, designs, and applications | |
| CN207860394U (zh) | 一种海洋环境监测用浮标 | |
| CN208842581U (zh) | 一种海洋环境数据监测浮标 | |
| CN113124837B (zh) | 一种用于测量波浪参数的自供电传感器 | |
| CN207931932U (zh) | 一种基于无线传感器网络的海洋环境监测用浮标 | |
| CN112814829B (zh) | 一种点吸收式波浪能发电装置 | |
| CN109713932A (zh) | 水面漂浮发电装置 | |
| CN109625213A (zh) | 水面自供电信号发射装置 | |
| CN109546885A (zh) | 水面浮动摩擦发电、电能存储、存电供应水面信号源电量的方法 | |
| CN112758252A (zh) | 一种长续航自供能海洋监测浮标 | |
| CN113433343A (zh) | 一种面向环境感知的摩擦电-电磁复合流速检测装置 | |
| CN101870348B (zh) | 波浪发电的gps定位救生圈 | |
| CN209486331U (zh) | 一种海洋气象与水文观测系统 | |
| CN111268035A (zh) | 一种摇荡式波浪能海洋综合检测浮标 | |
| CN113676077A (zh) | 一种基于摩擦纳米发电机的波浪板形波浪能采集装置 | |
| CN109501965A (zh) | 一种笼式波浪能浮标 | |
| CN211918937U (zh) | 一种海洋信息采集装置 | |
| CN208813459U (zh) | 一种新型海洋波浪观测浮标 | |
| CN207747984U (zh) | 一种基于压电效应的海洋波浪能发电浮标 | |
| CN102566586A (zh) | 非机械式浮潜标浮沉控制系统 | |
| CN211893564U (zh) | 一种海洋智能监测浮标传感器 | |
| CN206766284U (zh) | 一种航道专用浮标 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220329 |