CN114608698A - 一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及振动传感器技术领域，具体是指一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，包括两个壳体，两个所述壳体之间从上到下依次设有上极板、弹簧钢片和下极板，所述上极板下侧设有第一电极，所述下极板上侧设有第二电极，所述弹簧钢片的上侧设有第一介电薄膜，所述弹簧钢片的下侧设有第二介电薄膜。本发明的自驱动振动传感器将振动能转化为电能，不需再搭载辅助电源，使用更加方便，并且同时还能监测机械设备的振动状态，稳定性更好。
Description
技术领域
本发明涉及振动传感器技术领域，具体是指一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器。
背景技术
摩擦纳米发电机是一种全新的机械能发电方式，其基于麦克斯韦位移电流原理，结合摩擦起电和静电感应，可将环境中的机械能高效转化为电能。
振动是一种能够反映物体状态的信号，结构物和机械设备的状态监测都采用振动信号检测，当前振动传感器普遍是电力驱动型，供能方式一般为导线直连式供能或自身携带蓄电池；随着振动传感器数量的增多及分布范围的扩展，这种能源补给方式将不能满足需求，且存有如下问题：采用导线直连方式易使传感器摆放位置受限；蓄电池方式在电池耗尽后必须人工更换，维护成本较高，甚至可能出现漏液、腐蚀等安全问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述技术的缺陷，提供一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器。
一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，包括两个壳体，两个所述壳体之间从上到下依次设有上极板、弹簧钢片和下极板，所述上极板下侧设有第一电极，所述下极板上侧设有第二电极，所述弹簧钢片的上侧设有第一介电薄膜，所述弹簧钢片的下侧设有第二介电薄膜。
进一步地，所述上极板、下极板和弹簧钢片均为矩形，所述第一电极、第二电极、第一介电薄膜和第二介电薄膜的形状亦为矩形。
进一步地，所述第一介电薄膜和第二介电薄膜的面积相同，且均小于弹簧钢片的面积。
进一步地，所述弹簧钢片、上极板距离和下极板相互平行安装，所述弹簧钢片到上极板距离与到下极板距离相同。
进一步地，所述弹簧钢片为淬火钢材。
进一步地，所述第一介电薄膜和第二介电薄膜均采用FEP材料。
进一步地，所述第一电极和第二电极均为铝材质。
进一步地，所述第一电极、第二电极、第一介电薄膜和第二介电薄膜上均设有纳米级至微米级的微凸起结构。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1本发明将采用摩擦纳米发电技术感知机械设备的运转状况并收集能量为电子器件提供驱动电能；
2利用摩擦纳米发电机技术得出的电信号便能测得设备振动的频率和振幅，可以直接向外部传输电信号，在外部配备处理单元分析系统后，其可以实现长期实时测量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明发电原理示意图；
图3是本发明一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器的使用示意图；
图4是本发明一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器的使用流程示意图；
图5是本发明使用中判断振动量的判断示意图。
如图所示：1、上极板；2、第一电极；3、弹簧钢片；4、第二电极；5、壳体；6、下极板；7、第一介电薄膜；8、第二介电薄膜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，包括两个壳体5，两个所述壳体5之间从上到下依次设有上极板1、弹簧钢片3和下极板6，所述上极板1下侧设有第一电极2，所述下极板6上侧设有第二电极4，所述弹簧钢片3的上侧设有第一介电薄膜7，所述弹簧钢片3的下侧设有第二介电薄膜8。
所述上极板1、下极板6和弹簧钢片3均为矩形，所述第一电极2、第二电极4、第一介电薄膜7和第二介电薄膜8的形状亦为矩形。
所述第一介电薄膜7和第二介电薄膜8的面积相同，且均小于弹簧钢片3的面积。
所述弹簧钢片3、上极板1距离和下极板6相互平行安装，所述弹簧钢片3到上极板1距离与到下极板6距离相同。
所述弹簧钢片3为淬火钢材。
所述第一介电薄膜7和第二介电薄膜8均采用FEP材料。
所述第一电极2和第二电极4均为铝材质。
所述第一电极2、第二电极4、第一介电薄膜7和第二介电薄膜8上均设有纳米级至微米级的微凸起结构。
本发明的基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器垂向安装于被测对象之上，当无振动时，内部的弹簧钢片由于两端固定于壳体，此时壳体内部保持静电平衡；而当外部振动时，弹簧钢片同时由于受到惯性力作用发生形变，介电薄膜与电极发生接触和分离动作过程，由于介电薄膜的材质与极板上的电极材料具有不同的电极序，而且由于接触起电作用，在介电薄膜和电极材料的表面会分别带上异种电荷，在弹簧钢片的运动过程中，使镀在极板的电极材料之间产生不同的电势差，这时相向连接在电极材料上的外电路中便会产生电流和电压，由于谐振原理，在不同振动状态下会输出不同的电信号，以此为传感信号进行分析可判断外部振动状态，从而了解到器械的振动情况，在不需再搭载辅助电源的情况下，还能同时监测器械的振动状态，使用更加方便，实用性更好。
更具体的原理，如图2所示，由于发电原理相同，以其中两个相向面为例阐述电信号产生的原理，当没有振动时，弹簧钢片3到上极板1和下极板6距离相同；当发生振动时，弹簧钢片3开始发生形变，当弹簧钢片3靠近上极板1时，第一电极2感应出正电势，当弹簧钢片3从上向下摆动时，此时在外部电路上电子从下侧电极流向上侧电极；同理，当弹簧钢片3靠近下极板6时，第二电极4感应出正电荷，当弹簧钢片3从下向上摆动时，外部电路上电子从上侧电极流向下侧电极，所以便能产生交流的电信号。
实施例、本发明应用于电机振动传感装置测试系统，用来判断电机振动量，是否达到危险值
将本发明安装于电机上，本发明通过电缆连接有信号采集处理器，信号采集处理器连接有计算机，信号采集处理器对本发明产生的电信号进行采集处理，并将处理后的信号在计算机的显示屏上显示，如图3所示。
整个测试流程如图4所示，电机运行振动对本发明产生振动作用，本发明产生交流的电信号，信号采集处理器采集本发明产生的电信号，并对其进行处理，处理结果发送到计算机，计算机预先设定好电机振动量故障警报的判断程序，根据输入经处理的电信号进行判断即可完成对电机的振动测试，其警报判断如图5所示，横线代表警报值，波浪线代表振动量，波浪线的波峰在横线以下表示电机振动正常，当波浪线的波峰到达横线或超过横线则危险发出警报。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，其特征在于：包括两个壳体(5)，两个所述壳体(5)之间从上到下依次设有上极板(1)、弹簧钢片(3)和下极板(6)，所述上极板(1)下侧设有第一电极(2)，所述下极板(6)上侧设有第二电极(4)，所述弹簧钢片(3)的上侧设有第一介电薄膜(7)，所述弹簧钢片(3)的下侧设有第二介电薄膜(8)。
2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，其特征在于：所述上极板(1)、下极板(6)和弹簧钢片(3)均为矩形，所述第一电极(2)、第二电极(4)、第一介电薄膜(7)和第二介电薄膜(8)的形状亦为矩形。
3.根据权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，其特征在于：所述第一介电薄膜(7)和第二介电薄膜(8)的面积相同，且均小于弹簧钢片(3)的面积。
4.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，其特征在于：所述弹簧钢片(3)、上极板(1)距离和下极板(6)相互平行安装，所述弹簧钢片(3)到上极板(1)距离与到下极板(6)距离相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，其特征在于：所述弹簧钢片(3)为淬火钢材。
6.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，其特征在于：所述第一介电薄膜(7)和第二介电薄膜(8)均采用FEP材料。
7.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，其特征在于：所述第一电极(2)和第二电极(4)均为铝材质。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于摩擦纳米发电机的自驱动振动传感器，其特征在于：所述第一电极(2)、第二电极(4)、第一介电薄膜(7)和第二介电薄膜(8)上均设有纳米级至微米级的微凸起结构。
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|---|---|---|---|---|
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| US20140338458A1 (en) * | 2012-09-21 | 2014-11-20 | Georgia Tech Research Corporation | Triboelectric Generators and Sensors |
| CN111486940A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-08-04 | 广东海洋大学 | 一种用于监测海洋立管振动的自供能传感器 |
| CN113162456A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-23 | 北京纳米能源与系统研究所 | 摩擦纳米发电机、振动频率监测系统、振动频率监测方法 |
| US20210249972A1 (en) * | 2018-11-05 | 2021-08-12 | Zhejiang University | Rhomboid structured triboelectric nanogenerator based on built-in u-shaped support |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013170651A1 (zh) * | 2012-05-15 | 2013-11-21 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 一种摩擦发电机及摩擦发电机组 |
| US20140338458A1 (en) * | 2012-09-21 | 2014-11-20 | Georgia Tech Research Corporation | Triboelectric Generators and Sensors |
| US20210249972A1 (en) * | 2018-11-05 | 2021-08-12 | Zhejiang University | Rhomboid structured triboelectric nanogenerator based on built-in u-shaped support |
| CN111486940A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-08-04 | 广东海洋大学 | 一种用于监测海洋立管振动的自供能传感器 |
| CN113162456A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-23 | 北京纳米能源与系统研究所 | 摩擦纳米发电机、振动频率监测系统、振动频率监测方法 |
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