CN207281088U - 一种新型自供能风速传感器及风速测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型自供能风速传感器，其特征在于，至少包括：位于入风口的加压段及连接在其后端的平直的检测段；所述加压段的入风口直径大于与尾部连接在所述检测段的直径；所述检测段内设置有内部腔室；所述内部腔室的中心的设有摩擦纳米发电机TENG。本实用新型能够良好的避免使用蓄电池，通过采集自然环境中的风能，为其本身充能。并且能将测得的风速数据保存下来，并能很好传输给计算机，通过后台软件操作系统对数据进行分析处理，从而构成自供能风速传感器。同时，纳米摩擦发电机具有结构简单，发电电压高、成本低、寿命长等优点。在遥控器中加入TENG后，可有效的缓解全球能源危机和全球环境污染等问题，因此也利于改善人类生态环境。

Description

一种新型自供能风速传感器及风速测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种新型自供能风速传感器及风速测量装置，属于风速传感器领域。

背景技术

摩擦纳米发电机(TENG)是美国佐治亚理工学院的王中林教授研究组在 2012年研制出的一种新型发电机。TENG是一种利用纳米材料摩擦起电和静电感应耦合效应将机械能转换成电能的装置。这项技术利用铝膜和聚酰亚胺 (PTFE)表面上的纳米结构发生接触摩擦，两接触表面分别带异种电荷，电荷的转移形成电流。

随着现代工业和信息行业的迅速发展，新技术革命的到来，对于环境内各种数据的测量、获取及研究变得尤为重要。但就风速测量领域往往依赖于大型传感器设备，外部供能且安装复杂。其不仅消耗大量的能源，造成资源上的浪费；电池废弃物也对环境造成了破坏。为了提高能源及空间利用率，缓解能源危机，改变能源利用途径迫在眉睫。

目前，中国风速传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。工业及信息化部的数据统计显示，我国的传感器市场呈现出逆势增长的态势。而最近几年，中国的传感器年度销售平均增长也达到了39％。目随着市场的逐渐开放和中国投资环境的改善及全球化经济的进程加快，各国的传感器厂家纷纷进入中国市场，这就加剧了市场的竞争。中国传感器市场将重新进行份额的分配。目前传感器的市场正处于一个激烈竞争的时期，因此如何开辟新的应用领域将成为许多传感器厂商需要慎重考虑的问题，而绿色能源等市场将为传感器乃至整个自动化行业带来的巨大商机。将摩擦纳米发电机 (TENG)应用于风速传感器内，测得数据。它既可以利用风能为摩擦纳米发电机提供动力，又可以为传感器供能，达到环保节能的要求。除此外，利用摩擦纳米发电机制作的风速传感器体积小，便于携带或安装，测量风速的精度理论较高，符合绿色环保的要求，其市场十分开阔。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题的提出，提出一种新型自供能风速传感器，其特征在于，至少包括：位于入风口的加压段及连接在其后端的平直的检测段；所述加压段的入风口直径大于与尾部连接在所述检测段的直径；所述检测段内设置有内部腔室；所述内部腔室中心的摩擦纳米发电机TENG；

进一步的，空气流动/吹动时，所述柔性PTFE膜会拍打TENG上板/TENG 下板，所述柔性PTFE膜与TENG上板/TENG下板摩擦产生电荷，摩擦后柔性PTFE膜上负电荷积累，当接触所述TENG上板/TENG下板时，该板电极薄膜上电子通过外电路转移至另一板电极薄膜上，电荷每发生一次转移，向外部发出一次电信号；

当所述柔性PTFE膜根据烧结的线性关系周期地接触所述TENG上/下板，在所述柔性PTFE膜和TENG上/下板间会产生电位差和交流电，则TENG获得周期电信号。

进一步的，所述TENG装置包括：平行设置的TENG上板、TENG下板、固定在TENG上板下侧的TENG上板铜板、固定在TENG下板上侧的TENG上板铜板以及由固定轴固定在所述风速传感器出风口处的柔性PTFE膜。

进一步的本还提出了，一种自供能风速测量装置，其特征在于包括：所述的风速传感器、位于传感器底部的隔离装置以及位于顶部的风向标；所述隔离装置内部设有放置电路模块的空槽；

进一步的，所述电路模块通过固定杆中心连接到所述TENG装置的引出导线；所述电路模块，包括：降压处理单元、整流单元、滤波单元以及稳压单元；所述降压处理单元，加入整流变压器，将交流电电压降为符合整流需要的电压；所述桥式整流器，将从所述降压处理单元输出的交流电压变换为单向脉冲直流电压，再经过所述滤波单元，通过电容进行滤波处理，减少整流电压的脉冲程度，适应负载需要；所述稳压单元改变调整管的集电极电流和管压降。

进一步的，风向标受到风力作用所述风向标顺风力方向将所述传感器调整为正对风向位置；所述固定杆下部连接的变阻器阻值相应改变，所述电路模块中产生电流信号，所述电流信号的表示此时的风向，并将风向信号传输到显示屏上。

更进一步的，所述变阻器为环形电阻，顺时针旋转时电阻增大，初始位置的电阻为0，每个阻值，对应一个风向值。

本实用新型的优点在于：能够良好的避免使用蓄电池，通过采集自然环境中的风能，为其本身充能。基于摩擦纳米发电机的自供能风速传感器内部有采集器，能将测得的风速数据保存下来，并能很好传输给计算机，通过后台软件操作系统对数据进行分析处理，从而构成自供能风速传感器。解决了以上技术问题，其受到较小风速也会产生电压的变化，具有体积小，便于携带或安装，精度高的优点。

同时，纳米摩擦发电机具有结构简单，发电电压高、成本低、寿命长等优点。在遥控器中加入TENG后，可有效的缓解全球能源危机和全球环境污染等问题，因此也利于改善人类生态环境。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种新型自供能风速传感器的整体结构示意图；

图2为本发明一种新型自供能风速传感器的TENG装置结构示意图；

图3(a)-(f)为本实用新型一种新型自供能风速传感器的TENG装置具体工作情况示意图；

图4为本实用新型一种新型自供能风速传感器的TENG装置电压输出频率与风速关系的图；

图5为本实用新型一种新型自供能风速传感器的电路模块内部连接示意图；

图6为本实用新型一种新型自供能风速传感器显示单元连接示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1-6所示的图为本实用新型一种新型自供能风速传感器，作为优选的实施方式，一种新型自供能风速传感器，其特征在于，至少包括：位于入风口的加压段及连接在其后端的平直的检测段；所述加压段的入风口直径大于与尾部连接在所述检测段的直径。在本实施方式中，加压段的入风口直径大于与尾部连接在所述检测段的直径，可以理解为，在其它实施方式中，所述加压段内可以安放多种加压装置，只要能够满足进入检测段的风压满足检测的条件即可。在本实施方式中，所述检测段内设置有内部腔室；所述内部腔室中心的摩擦纳米发电机TENG。可以理解为，在其它实施方式中，所述摩擦纳米发电机的位置可以按照实际情况进行设定，只要能够满足进入装置的风能够良好的使柔性 PTFE膜随风摆动，摩擦发电即可。

在本实施方式中，当空气流动/吹动时，所述柔性PTFE膜会拍打TENG上板/TENG下板，所述柔性PTFE膜与TENG上板/TENG下板摩擦产生电荷，摩擦后柔性PTFE膜上负电荷积累，当接触所述TENG上板/TENG下板时，该板电极薄膜上电子通过外电路转移至另一板电极薄膜上，电荷每发生一次转移，向外部发出一次电信号。当所述柔性PTFE膜根据烧结的线性关系周期地接触所述TENG上/下板，在所述柔性PTFE膜和TENG上/下板间会产生电位差和交流电，则TENG获得周期电信号。如图4所示，图中表述的为风速与频率的实验结果，输出频率f随着风速V增大而增大，经过数据分析计算，在本实施方式中，所述的风速传感器风速与输出频率的线性关系式为：V＝0.3*f+0.88。可以理解为，在其它实施方式中，所述传感器的风速与输出频率之间的线性关系可以按照实际情况发生改变。

作为优选的实施方式，所述TENG装置包括：平行设置的TENG上板、TENG 下板、固定在TENG上板下侧的TENG上板铜板、固定在TENG下板上侧的 TENG上板铜板以及由固定轴固定在所述风速传感器出风口处的柔性PTFE膜。在本实施方式中，出风口设置的为柔性PTFE膜，可以理解为在其它实施方式中，所述柔性PTFE膜可用表面氧化处理过的铜膜等金属膜替换，绝缘膜可用聚酰亚胺薄(Kapton)膜、尼龙或全氟乙烯丙烯共聚物薄(FEP)膜等替换。只要能够满足保证能够进行摩擦发电的任何材质的薄膜均可。

作为优选的实施方式，一种自供能风速测量装置，其特征在于包括：所述的风速传感器、位于传感器底部的隔离装置以及位于顶部的风向标；所述隔离装置内部设有放置电路模块的空槽。可以理解为，在其他实施方式中，所述电路模块可能设置在装置外部，只要能够满足能够为电流稳压、滤波即可。

作为优选的实施方式，所述电路模块通过固定杆中心连接到所述TENG装置的引出导线，所述电路模块，包括：降压处理单元、整流单元、滤波单元以及稳压单元。在本实施方式中，如图5所示，降压处理单元，加入整流变压器，将交流电电压降为符合整流需要的电压；所述桥式整流器，将从所述降压处理单元输出的交流电压变换为单向脉冲直流电压，再经过所述滤波单元，通过电容进行滤波处理，减少整流电压的脉冲程度，适应负载需要；所述稳压单元改变调整管的集电极电流和管压降。

作为优选的实施方式，如图6所示，当风向标受到风力作用时，风向标能将传感器调整为正对风向位置，从而控制传感器的方向。固定杆下部连接的变阻器阻值会发生相应的改变，在电路模块中会有一个电流信号，在本实施方式中，所述电信号的大小表示风的方向，并将风向信号传输到显示屏上。可以理解为在其它实施方式中，电流信号的所表示的含义可以按照实际情况需求进行选择，同时候，在本实施方式中，采用表示风向，可以理解为，在其它实施方式中，可以采用电流信号的大小或正负来判断风向。

作为优选的实施方式，采用的变阻器为环形电阻，顺时针旋转时电阻增大，初始位置的电阻为0，每个阻值，对应一个风向值。可以理解为在其他实施方式中，采用的变阻器可以按照实际需要或者测量地点的平均风值进行相应的选择，只要能够满足每个阻值分别对应一个值均可。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新型自供能风速传感器，其特征在于，至少包括：

位于入风口的加压段及连接在其后端的平直的检测段；所述加压段的入风口直径大于与尾部连接在所述检测段的直径；所述检测段内设置有内部腔室；所述内部腔室的中心的设有摩擦纳米发电机TENG；

空气流动/吹动时，柔性PTFE膜会拍打TENG上板/TENG下板，所述柔性PTFE膜与TENG上板/TENG下板摩擦产生电荷，摩擦后柔性PTFE膜上负电荷积累，当接触所述TENG上板/TENG下板时，该板电极薄膜上电子通过外电路转移至另一板电极薄膜上，电荷每发生一次转移，向外部发出一次电信号；

当所述柔性PTFE膜根据烧结的线性关系以周期T地接触所述TENG上/下板，在所述柔性PTFE膜和TENG上/下板间会产生电位差和交流电，则TENG获得周期电信号。

2.根据权利要求1所述的一种新型自供能风速传感器，其特征还在于：

TENG装置包括：平行设置的TENG上板、TENG下板、固定在TENG上板下侧的TENG上板铜板、固定在TENG下板上侧的TENG上板铜板以及由固定轴固定在风速传感器出风口处的柔性PTFE膜。

3.一种新型自供能风速测量装置，其特征在于包括：

如权利要求1-2任意一项权利要求所述的新型自供能风速传感器、位于传感器底部的隔离装置以及位于顶部的风向标；

所述隔离装置内部设有放置电路模块的空槽；

所述电路模块通过固定杆中心连接到TENG装置的引出导线；所述电路模块，包括：降压处理单元、整流单元、滤波单元以及稳压单元；所述降压处理单元，加入整流变压器，将交流电电压降为符合整流需要的电压；桥式整流器，将从所述降压处理单元输出的交流电压变换为单向脉冲直流电压，再经过所述滤波单元，通过电容进行滤波处理，减少整流电压的脉冲程度，适应负载需要；所述稳压单元改变调整管的集电极电流和管压降。

4.根据权利要求3所述的一种新型自供能风速测量装置，其特征还在于：

风向标受到风力作用所述风向标顺风力方向将所述传感器调整为正对风向位置；所述固定杆下部连接的变阻器阻值相应改变，所述电路模块中产生电流信号，所述电流信号的大小表示此时的风向，并将风向信号传输到显示屏上。

5.根据权利要求4所述的一种新型自供能风速测量装置，其特征还在于：

所述变阻器为环形电阻，顺时针旋转时电阻增大，初始位置的电阻为0，每个阻值，对应一个风向值。