CN114070123A - 自供能三维轨迹传感地板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自供能三维轨迹传感地板，包括若干个自供能三维轨迹传感地板单元，自供能三维轨迹传感地板单元包括地板上膜、下基板以及设于地板上膜与下基板之间的若干个圆台型发电单元，圆台型发电单元包括外杯、内杯以及安装在内杯上的屈曲弹簧，屈曲弹簧设于外杯与内杯之间，外杯/内杯经踩压后相对于内杯/外杯进行上下运动，外杯内表面设置有铜电极，内杯外表面设置有得电子膜，外杯内表面铜电极与内杯外表面得电子膜在外杯/内杯进行上下运动时可发生接触分离，铜电极与得电子膜接触分离因静电感应产生电压；本发明同现有技术相比，采用接触分离式摩擦发电机制，有效提高了功能材料接触程度及输出功率，实现了自供能轨迹传感。
Description
[技术领域]
本发明涉及能量采集功能器件技术领域，具体地说是一种自供能三维轨迹传感地板。
[背景技术]
目前，智能路面和地板是最常用的交互界面之一，可以广泛应用于智慧家居、智慧建筑、智慧交通等。通过在路面或地板中安装嵌入式传感器，可以获得丰富的传感信息，包括位置、运动状态、个体身份等。并且，无需担心摄像头监控和识别造成的人们隐私泄露问题。然而，目前大部分路面识别准确性低、实施成本高、功耗大、设备配置复杂，稳定性差，并且需要外接电源或电池供电等缺点，难以满足智能地板技术的实际需求。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种自供能三维轨迹传感地板，采用接触分离式摩擦发电机制，有效提高了功能材料接触程度及输出功率，实现了自供能轨迹传感。
为实现上述目的设计一种自供能三维轨迹传感地板，包括自供能三维轨迹传感地板单元1，若干个自供能三维轨迹传感地板单元1阵列拼接形成自供能三维轨迹传感地板，所述自供能三维轨迹传感地板单元1包括地板上膜3、下基板4以及设于地板上膜3与下基板4之间的若干个圆台型发电单元2，所述地板上膜3设置于若干个圆台型发电单元2上，所述圆台型发电单元2包括外杯5、内杯6以及安装在内杯6上的屈曲弹簧9，所述屈曲弹簧9设于外杯5与内杯6之间，所述外杯5/内杯6经踩压后相对于内杯6/外杯5进行上下运动，所述外杯5内表面设置有铜电极8，所述内杯6外表面设置有得电子膜7，所述外杯5内表面铜电极8与内杯6外表面得电子膜7在外杯5/内杯6进行上下运动时发生接触分离，所述铜电极8与得电子膜7接触分离因静电感应产生电压。
进一步地，所述内杯6为圆台状，所述外杯5罩设于内杯6外围，所述内杯6外表面与外杯5内表面相适配且均为锥面。
进一步地，所述圆台型发电单元2为外杯5置于内杯6上的正位放置方式，或者为内杯6置于外杯5上的反位放置方式，若干个圆台型发电单元2按照正反两种放置方式搭配再进行阵列安装在下基板4上。
进一步地，所述外杯5上设置有圆台，所述内杯6上开设有圆槽，所述外杯5的圆台伸入内杯6的圆槽内，所述外杯5与内杯6通过圆台与圆槽相配合以进行径向限位，所述屈曲弹簧9设于外杯5的圆台与内杯6的圆槽之间。
进一步地，所述屈曲弹簧9下方设置有压电片10，所述压电片10均匀布置在屈曲弹簧9下表面，所述屈曲弹簧9在外杯5/内杯6进行上下运动时产生形变，所述压电片10随屈曲弹簧9产生形变且由于压电效应而发电。
进一步地，所述得电子膜7采用聚四氟乙烯或全氟乙烯丙烯共聚物易得电子材料，所述得电子膜7背后镀有金属电极。
进一步地，所述地板上膜3采用硅胶板，以使受力圆台型发电单元2与未受力圆台型发电单元2相互独立运动。
进一步地，所述圆台型发电单元2安装下基板4的间隙中安装有整流模块、超级电容和无线发射模块，所述圆台型发电单元2产生的电能经整流模块处理后为与圆台型发电单元2相连的超级电容充电，超级电容为无线发射模块供电。
进一步地，所述圆台型发电单元2按照二维坐标位置进行编号，所述圆台型发电单元2发出的电压信息包含编号信息。
进一步地，还包括信息接收和处理系统，所述圆台型发电单元2将包含编号和电压值的信息无线传输至信息接收和处理系统，所述信息接收和处理系统将接收到的圆台型发电单元2电压信息按照编号在电脑界面上的对应坐标位置显示，并通过颜色深浅表示电压高低。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明通过能量采集单元采集踩压信息，既是传感单元又是供电单元，实现了自供能轨迹传感；
(2)本发明结构新颖，采用锥面接触分离式摩擦发电机制，有效提高了功能材料接触程度及输出功率；
(3)本发明复位机构采用屈曲弹簧，既能提供复位功能，又可使用压电片采集屈曲弹簧形变能量，充分利用了有限的工作空间，提高功率密度，兼具摩擦发电和压电发电的电学特性，灵活地满足不同用电需求；
(4)本发明圆台型发电单元有正反两种放置方式，两两交叉再进行阵列安装在下基板上，使圆台型发电单元排列更加紧密，有效利用空间，并且提高了轨迹显示的准确性；
(5)本发明集成度高，装置包括超级电容、整流模块、无线发射模块，实现自供能并且将三维轨迹信息输出，值得推广应用。
[附图说明]
图1是本发明的应用示意图；
图2是本发明的工作示意图；
图3是本发明圆台型发电单元放置方式一的结构示意图；
图4是本发明圆台型发电单元放置方式二的结构示意图；
图5是本发明圆台型发电单元初始状态的结构示意图；
图6是图5中A处的局部放大图；
图7是图5中B处的局部放大图；
图8是本发明压电片布置位置示意图；
图9是本发明踩压时圆台型发电单元的结构示意图；
图中：1、自供能三维轨迹传感地板单元 2、圆台型发电单元 3、地板上膜 4、下基板 5、外杯 6、内杯 7、得电子板 8、铜电极 9、屈曲弹簧 10、压电片。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
本发明提供了一种自供能三维轨迹传感地板，包括自供能三维轨迹传感地板单元1，若干个自供能三维轨迹传感地板单元1阵列拼接形成自供能三维轨迹传感地板，自供能三维轨迹传感地板单元1包括地板上膜3、下基板4以及设于地板上膜3与下基板4之间的若干个圆台型发电单元2，地板上膜3设置于若干个圆台型发电单元2上，圆台型发电单元2包括外杯5、内杯6以及安装在内杯6上的屈曲弹簧9，屈曲弹簧9设于外杯5与内杯6之间，外杯5/内杯6经踩压后相对于内杯6/外杯5进行上下运动，外杯5内表面设置有铜电极8，内杯6外表面设置有得电子膜7，外杯5内表面铜电极8与内杯6外表面得电子膜7在外杯5/内杯6进行上下运动时可发生接触分离，铜电极8与得电子膜7接触分离因静电感应产生电压，圆台型发电单元2按照二维坐标位置进行编号。
其中，内杯6为圆台状，外杯5罩设于内杯6外围，内杯6外表面与外杯5内表面相适配且均为锥面。若干个圆台型发电单元2按照正反两种放置方式搭配再进行阵列安装在下基板4上；如附图3所示，圆台型发电单元2为外杯5置于内杯6上的正位放置方式；如附图4所示，为内杯6置于外杯5上的反位放置方式；外杯5上设置有圆台，内杯6上开设有圆槽，外杯5的圆台伸入内杯6的圆槽内，外杯5与内杯6通过圆台与圆槽相配合以对外杯5进行径向限位，屈曲弹簧9设于外杯5的圆台与内杯6的圆槽之间，外杯5相对于内杯6进行上下运动；屈曲弹簧9下方设置有压电片10，压电片10均匀布置在屈曲弹簧9下表面，屈曲弹簧9在外杯5/内杯6进行上下运动时产生形变，压电片10随屈曲弹簧9产生形变且因为压电效应而发电。
本发明中，得电子膜7可使用聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物等容易得电子材料，得电子膜7背后镀有金属电极；地板上膜3可采用硅胶板，以使受力圆台型发电单元2与未受力圆台型发电单元2可相互独立运动。圆台型发电单元2安装下基板4的间隙中安装有整流模块、超级电容和无线发射模块，圆台型发电单元2产生的电能经整流模块处理后为与圆台型发电单元2相连的超级电容充电，超级电容为无线发射模块供电；圆台型发电单元2按照二维坐标位置进行编号，圆台型发电单元2发出的电压信息包含编号信息。
本发明还包括信息接收和处理系统，信息接收和处理系统设置在自供能三维轨迹传感地板附近，圆台型发电单元2将包含编号和电压值的信息无线传输至信息接收和处理系统，信息接收和处理系统可以将接收到的圆台型发电单元2电压信息按照编号在电脑界面上的对应坐标位置显示，并且通过颜色深浅表示电压高低。
本发明的工作原理为：
当脚落地时，被脚踩压的外杯5或者内杯6向下挤压内杯6或者外杯5，外杯5内表面的铜电极8与内杯6外表面的得电子膜7发生接触，使得铜电极8的电子转移到得电子膜7，从而使得得电子膜7带负电，铜电极带正电；当脚抬起时，外杯5或者内杯6因为屈曲弹簧9复位，外杯5内表面的铜电极8与内杯6外表面的得电子膜7发生分离，带电的铜电极8与得电子膜7接触分离因为静电感应产生电压，并且产生电压高低与踩压程度有关。在此过程中，屈曲弹簧9产生形变，压电片10会随之产生形变且因为压电效应而发电。圆台型发电单元2产生电能，经整流模块处理后为与圆台型发电单元2相连的超级电容充电，超级电容为无线发射模块供电。圆台型发电单元2将包含编号和电压值的信息无线传输到附近的信息接收和处理系统，信息接收和处理系统可以将接收到圆台型发电单元2电压信息按照编号在电脑界面上的对应坐标位置显示，并且通过颜色深浅表示电压高低，电脑界面显示的图像即为踩压地板的轨迹。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自供能三维轨迹传感地板，其特征在于：包括自供能三维轨迹传感地板单元(1)，若干个自供能三维轨迹传感地板单元(1)阵列拼接形成自供能三维轨迹传感地板，所述自供能三维轨迹传感地板单元(1)包括地板上膜(3)、下基板(4)以及设于地板上膜(3)与下基板(4)之间的若干个圆台型发电单元(2)，所述地板上膜(3)设置于若干个圆台型发电单元(2)上，所述圆台型发电单元(2)包括外杯(5)、内杯(6)以及安装在内杯(6)上的屈曲弹簧(9)，所述屈曲弹簧(9)设于外杯(5)与内杯(6)之间，所述外杯(5)/内杯(6)经踩压后相对于内杯(6)/外杯(5)进行上下运动，所述外杯(5)内表面设置有铜电极(8)，所述内杯(6)外表面设置有得电子膜(7)，所述外杯(5)内表面铜电极(8)与内杯(6)外表面得电子膜(7)在外杯(5)/内杯(6)进行上下运动时发生接触分离，所述铜电极(8)与得电子膜(7)接触分离因静电感应产生电压。
2.如权利要求1所述的自供能三维轨迹传感地板，其特征在于：所述内杯(6)为圆台状，所述外杯(5)罩设于内杯(6)外围，所述内杯(6)外表面与外杯(5)内表面相适配且均为锥面。
3.如权利要求1或2所述的自供能三维轨迹传感地板，其特征在于：所述圆台型发电单元(2)为外杯(5)置于内杯(6)上的正位放置方式，或者为内杯(6)置于外杯(5)上的反位放置方式，若干个圆台型发电单元(2)按照正反两种放置方式搭配再进行阵列安装在下基板(4)上。
4.如权利要求3所述的自供能三维轨迹传感地板，其特征在于：所述外杯(5)上设置有圆台，所述内杯(6)上开设有圆槽，所述外杯(5)的圆台伸入内杯(6)的圆槽内，所述外杯(5)与内杯(6)通过圆台与圆槽相配合以进行径向限位，所述屈曲弹簧(9)设于外杯(5)的圆台与内杯(6)的圆槽之间。
5.如权利要求1所述的自供能三维轨迹传感地板，其特征在于：所述屈曲弹簧(9)下方设置有压电片(10)，所述压电片(10)均匀布置在屈曲弹簧(9)下表面，所述屈曲弹簧(9)在外杯(5)/内杯(6)进行上下运动时产生形变，所述压电片(10)随屈曲弹簧(9)产生形变且由于压电效应而发电。
6.如权利要求1所述的自供能三维轨迹传感地板，其特征在于：所述得电子膜(7)采用聚四氟乙烯或全氟乙烯丙烯共聚物易得电子材料，所述得电子膜(7)背后镀有金属电极。
7.如权利要求1所述的自供能三维轨迹传感地板，其特征在于：所述地板上膜(3)采用硅胶板，以使受力圆台型发电单元(2)与未受力圆台型发电单元(2)相互独立运动。
8.如权利要求1所述的自供能三维轨迹传感地板，其特征在于：所述圆台型发电单元(2)安装下基板(4)的间隙中安装有整流模块、超级电容和无线发射模块，所述圆台型发电单元(2)产生的电能经整流模块处理后为与圆台型发电单元(2)相连的超级电容充电，超级电容为无线发射模块供电。
9.如权利要求1所述的自供能三维轨迹传感地板，其特征在于：所述圆台型发电单元(2)按照二维坐标位置进行编号，所述圆台型发电单元(2)发出的电压信息包含编号信息。
10.如权利要求9所述的自供能三维轨迹传感地板，其特征在于：还包括信息接收和处理系统，所述圆台型发电单元(2)将包含编号和电压值的信息无线传输至信息接收和处理系统，所述信息接收和处理系统将接收到的圆台型发电单元(2)电压信息按照编号在电脑界面上的对应坐标位置显示，并通过颜色深浅表示电压高低。
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