CN208208327U - 一种触发器、电子打击乐器、触发开关及加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种触发器、电子打击乐器、触发开关及加速度传感器，包括：由上至下依次设置的衬底本体、中空支架、第一摩擦层及第一电极层，以及包裹在上述各部件外表面的电极复合屏蔽层；衬底本体和第一摩擦层分别密封固定在中空支架的顶部和底部，与中空支架构成密闭空腔；衬底本体与第一摩擦层构成摩擦界面，以用于在外力作用下衬底本体发生形变与第一摩擦层接触摩擦产生感应电信号；第一电极层贴合设置在第一摩擦层的外表面，电极复合屏蔽层中层叠设置有绝缘层及屏蔽层，第一电极层与屏蔽层分别构成触发器的信号输出端，用于输出感应电信号。本实用新型提供的触发器不仅响应速度快、灵敏度高，而且结构简单、成本低廉，适合大规模生产。

Description

一种触发器、电子打击乐器、触发开关及加速度传感器

技术领域

本实用新型涉及一种摩擦发电装置，具体涉及一种触发器、电子打击乐器、触发开关及加速度传感器。

背景技术

目前，随着各类电子设备诸如电子打击乐器、触发开关及加速度传感器等的应用和普及，作为电子设备中用以感应外部作用力的感应装置的触发器的制作要求也越来越高。

实际情况中，上述触发器一方面需要较高的响应速度以及灵敏度，以保证其输出感应电信号的灵敏性和准确性；另一方面又需要简单的结构以及较低的生产成本，保证电子设备具备更小的体积和重量以方便电子设备的安装和使用，同时也方便将电子设备向用户推广和普及。然而，现有技术中，目前的触发器往往不能同时满足上述两种特性，给各类电子设备的制作和使用都带来诸多不便。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种触发器，用以在提升触发器响应速度以及灵敏度的同时简化触发器的结构并降低生产成本。

依据本实用新型的一个方面，提供了一种触发器，包括：由上至下依次设置的：衬底本体、中空支架、第一摩擦层以及第一电极层，以及包裹在衬底本体、中空支架以及第一电极层外表面的电极复合屏蔽层；衬底本体密封固定在中空支架的顶部，第一摩擦层密封固定在中空支架的底部，衬底本体、与第一摩擦层以及中空支架之间构成密闭空腔；衬底本体与第一摩擦层构成摩擦界面，在外力作用下衬底本体发生形变与第一摩擦层之间接触摩擦产生感应电信号；第一电极层贴合设置在第一摩擦层的外表面，电极复合屏蔽层包括由上至下层叠设置的绝缘层及屏蔽层，第一电极层与屏蔽层分别构成触发器的信号输出端，用于输出感应电信号。

可选地，触发器还包括设置在衬底本体上的第二摩擦层，第二摩擦层与第一摩擦层构成摩擦界面。

可选地，衬底本体与第二摩擦层为弹性材料。

可选地，第一摩擦层与第二摩擦层为聚合物绝缘材料。

可选地，第一摩擦层为正极性材料；第二摩擦层为负极性材料。

可选地，第一摩擦层与第二摩擦层的摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设置有凸起阵列结构。

可选地，第二摩擦层贴合设置在衬底本体的内表面的全部区域；或者，第二摩擦层贴合设置在衬底本体的内表面的中央部分区域。

可选地，触发器进一步包括：与信号输出端连接的导线，用于将感应电信号输出至外部连接设备。

依据本实用新型的另一个方面，提供了一种电子打击乐器，包括上述任一种触发器、处理电路以及扬声器；其中，

触发器用于感应外部作用力并生成感应电信号；

处理电路与触发器电相连，用于接收感应电信号并对其进行处理，生成对应的处理电信号；

扬声器与处理电路电相连，用于接收处理电信号并输出与处理电信号对应强度的声音。

可选地，电子打击乐器还包括：乐器棒，用于敲击触发器以向触发器施加作用力。

依据本实用新型的又一个方面，提供了一种触发开关，包括上述任一种触发器。

依据本实用新型的再一个方面，提供了一种加速度传感器，包括上述任一种触发器。

本实用新型提供的触发器包括由上至下依次设置的：衬底本体、中空支架、第一摩擦层以及第一电极层，以及包裹在衬底本体、中空支架以及第一电极层外表面的电极复合屏蔽层；衬底本体密封固定在中空支架的顶部，第一摩擦层密封固定在中空支架的底部，衬底本体、与第一摩擦层以及中空支架之间构成密闭空腔；衬底本体与第一摩擦层构成摩擦界面，在外力作用下衬底本体发生形变与第一摩擦层之间接触摩擦产生感应电信号；第一电极层贴合设置在第一摩擦层的外表面，电极复合屏蔽层包括层叠设置的绝缘层及屏蔽层，所述第一电极层与屏蔽层分别构成触发器的信号输出端，用于输出感应电信号。由此可见，本实用新型提供的触发器能够根据摩擦发电原理来感应外部作用力并输出对应的感应电信号。本实用新型的触发器不仅响应速度快、灵敏度高，而且结构简单、成本低廉，适合大规模生产。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的触发器的剖面结构示意图；

图2a为本实用新型一实施例提供的另一触发器的剖面结构示意图；

图2b为本实用新型一实施例提供的另一触发器的剖面结构示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的触发器的工作过程示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的触发器的输出电压的波形图；

图5为本实用新型一实施例提供的电子打击乐器的功能结构示意图；

图6a为本实用新型一实施例提供的另一电子打击乐器的结构示意图；

图6b为本实用新型一实施例提供的另一电子打击乐器的使用过程示意图；

图7为本实用新型一实施例提供的触发开关的功能结构示意图；

图8为本实用新型一实施例提供的加速度传感器的功能结构示意图。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。

图1为本实用新型一实施例提供的触发器100的剖面结构示意图。如图1所示，触发器100包括：由上至下依次设置的：衬底本体111、中空支架112、第一摩擦层113以及第一电极层114，以及包裹在衬底本体111、中空支架112以及第一电极层114外表面的电极复合屏蔽层115。

具体地，如图1所示，衬底本体111密封固定在中空支架112的顶部，第一摩擦层113密封固定在中空支架112的底部，衬底本体111、中空支架112、以及第一摩擦层113之间构成密闭空腔。衬底本体111与第一摩擦层113构成摩擦界面，在外力作用下衬底本体111发生形变与第一摩擦层113触摩擦产生感应电信号。第一电极层114贴合设置在第一摩擦层113的外表面以构成触发器100的一个信号输出端；电极复合屏蔽层115包括由上至下层叠设置的绝缘层及屏蔽层，并且绝缘层位于第一电极层114和屏蔽层之间，其中，屏蔽层构成触发器100的另一信号输出端，与第一电极层114共同用于输出感应电信号。

其中，电极复合屏蔽层115包裹在衬底本体111、中空支架112以及第一电极层114的全部外表面，以用于屏蔽外界环境中的电磁信号等干扰信号，保证触发器100工作的灵敏度及准确性；同时电极复合屏蔽层115还可以进一步保护触发器100的内部结构，防止触发器100的内部结构因受潮或者其它外界环境因素的影响而遭到腐蚀和破坏，延长触发器100的使用寿命。

衬底本体111、第一摩擦层113以及中空支架112之间构成的密闭空腔的内部填充有干燥气体，以使密闭空腔内形成一定气压，该气压能够使衬底本体111与第一摩擦层113之间形成摩擦间隙，从而使衬底本体111在受到外力作用发生形变时能够与第一摩擦层113接触分离产生摩擦，并在第一电极层114以及屏蔽层上产生感应电荷以生成感应电信号。具体实施中，上述密闭空腔内填充的气体类型以及气压大小可以由本领域技术人员根据实际情况进行设置，本实用新型对此不作限定。

下面结合附图对本实施例中的触发器100的工作原理进行说明：当外部作用力作用在衬底本体111时，衬底本体111发生形变，衬底本体111的形变导致衬底本体111的部分内表面与第一摩擦层113之间接触分离产生摩擦，从而在第一电极层114以及屏蔽层上产生感应电荷，第一电极层114与屏蔽层之间出现电势差。其中，当将第一电极层114与屏蔽层接入外电路时，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路中形成电流。其中，上述电势差与外部作用力的力度大小相关。具体地，当外部作用力的力度大小增大时，衬底本体111的形变也对应增大，此时衬底本体111与第一摩擦层113之间的接触面积对应增大，第一电极层114以及屏蔽层上的感应电荷数量对应增多，第一电极层114与屏蔽层之间的电势差增大，感应电信号的信号强度对应增强；当外部作用力的作用频率增大时，例如对衬底本体111由慢速敲击转变为快速敲击，则衬底本体111与第一摩擦层113之间的接触分离速度变快，第一电极层114以及屏蔽层上的感应电荷数量对应地增多，感应电信号的信号强度对应增强。经实际测量发现，外部作用力的力度或作用频率越大，则输出的感应电信号(感应电信号具体包括电压、电流等电信号参数)的信号值也对应越大，并且外部作用力的力度大小及作用频率与输出的感应电信号的信号值成正比。

其中，本实施例中的衬底本体111为高弹性材质的材料，例如，可选择动物皮革，人造皮革、硅橡胶等类似的高弹性材质的材料，以用于在受到外部作用力时产生对应形变；第一摩擦层113的材料选自聚酰胺(尼龙)、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯等，优选尼龙6.6；第一电极层114采用金属电极材料，例如铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金中的任意一种，其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、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；中空支架112优选采用绝缘材料；电极复合屏蔽层115具体可以采用带电极的复合膜材料，其中，屏蔽层材料可以采用编织铜网、铜屏蔽带、铝塑复合带或者铜塑复合带等来制作，屏蔽层具体材料可参考第一电极层114的材料进行选择，此处不再赘述；电极复合屏蔽层115中绝缘层具体可采用固态绝缘材料，例如绝缘纸等。

图2a示出了本实用新型另一实施例提供的触发器200的剖面结构示意图。如图2a所示，其中，与图1所示触发器不同的是，图2a所示的触发器200还包括：设置在衬底本体111内表面上的第二摩擦层116。其中，第二摩擦层116与第一摩擦层113构成摩擦界面。

具体地，第二摩擦层116贴合设置在衬底本体111的内表面，与第一摩擦层113相对设置并与第一摩擦层113构成摩擦界面。其中，第二摩擦层116可以密封贴合设置在衬底本体111的内表面的全部区域，如图2a所示，则此时第二摩擦层116、中空支架112以及第一摩擦层113之间构成密闭空腔；或者，在另一种可选的设置方式中，第二摩擦层116也可以贴合设置在衬底本体111的内表面的中央部分区域(如图2b所示的触发器200＇)，则此时衬底本体111、中空支架112以及第一摩擦层113之间构成密闭空腔。其中，上述中央部分区域的面积大小和形状可以由本领域技术人员根据实际情况进行设置，本实用新型对此不作限定。另外，优选地，第一摩擦层113与第二摩擦层116的摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上还可以进一步设置凸起阵列结构，以有效增大第一摩擦层113与第二摩擦层116在外力作用下接触摩擦产生的感应电信号的强度，同时也对应提升触发器的感应灵敏度。

其中，在材料选择上，第二摩擦层116优选具有高弹性材质的聚合物绝缘材料，以用于在受到外部作用力时产生对应形变；同时，为了使触发器具有较高的灵敏度以及响应速度，第二摩擦层116优选采用与第一摩擦层113电极性差异较大的材料。具体实施中，第一摩擦层113优选采用正极性材料，例如，第一摩擦层113的材料可选自聚酰胺(尼龙)、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯等，优选尼龙6.6；则第二摩擦层116优选采用负极性材料，例如，第二摩擦层116的材料可选自聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维(再生)海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚丙烯酸酯聚合物薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐中的任一种,或掺杂氧化锌纳米线且具有微孔结构的聚偏氟乙烯中的任一种，其中，第二摩擦层116的材料优选聚四氟乙烯。

关于衬底本体、第一摩擦层、第一电极层、屏蔽层以及绝缘层材料的选择可以参考上一实施例中的对应描述，此处不再赘述。

下面结合图3对本实施例触发器200的工作原理进行说明：如图3所示，当外部作用力作用在衬底本体111时，衬底本体111与第二摩擦层116发生形变，上述形变导致第二摩擦层116的部分内表面与第一摩擦层113之间接触分离产生摩擦，从而在第一电极层114与屏蔽层上产生感应电荷，使第一电极层114与屏蔽层之间出现电势差。其中，当将第一电极层114与屏蔽层接入外电路时，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路中形成电流。其中，上述电势差与外部作用力的力度大小和外部作用力的作用频率相关，具体可参照上一实施例中的对应描述，此处不再赘述。

其中，本实施例中触发器进一步设置第二摩擦层116与第一摩擦层113接触摩擦产生感应电信号，并且由于第二摩擦层116与第一摩擦层113分别采用极性相反的正负两种极性材料，因此第二摩擦层116与第一摩擦层113之间接触摩擦的产生感应电信号的效果优于衬底本体111与第一摩擦层113之间接触摩擦的产生感应电信号的效果，因此本实施例在电信号的感应强度、灵敏性以及准确性上均能够取得比上一实施例更优的效果。

具体实施中，如图4所示，图4示出了在设置第二摩擦层116的情况下，当对衬底本体111施加外部作用力的力度大小不断递增时触发器对应输出电压的波形图。从图4中可以看出，随着外部作用力的作用力度的增大，触发器的输出电压也对应明显增大。

其中，为了将上述感应电信号输出，可以在第一电极层114及屏蔽层上设置外接导线，以用于将感应电信号通过上述导线输出至外部连接设备。

另外，除了可以将屏蔽层作为一个信号输出端之外，还可以在第二摩擦层116的周边且不影响其发生形变的地方设置第二电极层使其与第一电极层共同构成触发器的信号输出端。

由此可见，本实用新型提供的触发器能够根据摩擦发电原理来感应外部作用力，并能够根据外部作用力的力度大小以及作用频率的变化生成对应大小的感应电信号。本实用新型的触发器不仅响应速度快、灵敏度高，而且结构简单、成本低廉，适合大规模生产。

图5为本实用新型一实施例提供的电子打击乐器500的功能结构示意图。如图5所示，电子打击乐器500包括，触发器510、处理电路520以及扬声器530。

其中，触发器510用于感应外部作用力并生成对应的感应电信号。触发器510可采用上述实施例中的触发器100、触发器200、或触发器200＇中的任一种，其具体结构以及工作方式可参照上述对触发器100、触发器200、或触发器200＇的对应描述，此处不再赘述。

处理电路520与触发器510电相连，用于接收触发器510输出的感应电信号并对其进行处理，生成对应的处理电信号。

具体实施中，处理电路520可以包括整流模块、滤波模块、放大模块、模数转换模块以及信号处理模块。其中，整流模块与用于对接收到的感应电信号进行整流处理；滤波模块与整流模块电连接，用于对经整流处理后的电信号进行滤波处理，滤除干扰杂波；放大模块与滤波模块电连接，用于对经滤波处理后的电信号进行放大处理；模数转换模块与放大模块电连接，用于将放大模块输出的电信号转换为数字电信号，并将转换后的数字电信号输出至信号处理模块，信号处理模块用于根据预设的控制参数(例如预设的音符参数、音色参数、以及音调参数等控制参数)对上述数字电信号进行处理以生成对应的处理电信号，并将上述处理电信号发送给扬声器。应当注意的是，上述各模块(整流模块、滤波模块、放大模块和模数转换模块)可以根据本领域技术人员的需求进行选择，此处不作限定。例如，若无需对感应电信号进行整流处理，则可以省去整流模块。

扬声器530用于根据接收到的处理电信号输出与处理电信号对应的不同强度的固有声音。

另外，可选地，本实用新型提供的电子打击乐器还可以包括：乐器棒540，用于敲击触发器510以向触发器510施加作用力。具体地，以触发器200为例，如图6a所示，当乐器棒540未敲击触发器200时，此时触发器200上各部件未发生形变；当使用乐器棒540敲击触发器200的衬底本体111以向触发器200施加作用力时，如图6b所示，衬底本体111和第二摩擦层116发生形变，第一摩擦层113与第二摩擦层116之间接触分离产生感应电荷并生成对应的感应电信号，感应电信号通过信号输出端第一电极层114以及电极复合屏蔽层115中的屏蔽层输出。

由此可见，本发明提供的电子打击乐器通过采用响应速度快、灵敏度高的触发器510作为电子打击乐器的触发器，不仅有效提升了电子打击乐器的响应速度以及灵敏度，还进一步简化了电子打击乐器的制作工艺和结构，使电子打击乐器在保证较小体积以及较轻重量的同时，降低了电子打击乐器的生产成本，为电子打击乐器的生产和使用带来诸多便利。

图7为本实用新型一实施例提供的触发开关700的功能结构示意图。如图7所示，触发开关700至少包括：触发器710，用于感应外部作用力并生成感应电信号。具体地，触发器710可采用上述实施例中的触发器100、触发器200、或触发器200＇中的任一种，其具体结构以及工作方式可参照上述对触发器100、触发器200、或触发器200＇的对应描述，此处不再赘述。

图8为本实用新型一实施例提供的加速度传感器800的功能结构示意图。如图8所示，加速度传感器800至少包括：触发器810，用于感应外部作用力并生成感应电信号。具体地，触发器810可采用上述实施例中的触发器100、触发器200、或触发器200＇中的任一种，其具体结构以及工作方式可参照上述对触发器100、触发器200、或触发器200＇的对应描述，此处不再赘述。

综上所述，本实用新型提供的触发器不仅响应速度快、灵敏度高，同时还具备结构简单、成本低廉且使用广泛的特点，能够给各类电子设备的制作和使用都带来诸多便利。

本实用新型中所提到的各种模块、电路均为由硬件实现的电路，虽然其中某些模块、电路集成了软件，但本实用新型所要保护的是集成软件对应的功能的硬件电路，而不仅仅是软件本身。

本领域技术人员应该理解，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种触发器，其特征在于，包括：由上至下依次设置的：衬底本体、中空支架、第一摩擦层以及第一电极层，以及包裹在所述衬底本体、中空支架以及第一电极层外表面的电极复合屏蔽层；

所述衬底本体密封固定在所述中空支架的顶部，所述第一摩擦层密封固定在所述中空支架的底部，所述衬底本体、与所述第一摩擦层以及所述中空支架之间构成密闭空腔；

所述衬底本体与所述第一摩擦层构成摩擦界面，在外力作用下所述衬底本体发生形变与所述第一摩擦层之间接触摩擦产生感应电信号；

所述第一电极层贴合设置在所述第一摩擦层的外表面，所述电极复合屏蔽层包括由上至下层叠设置的绝缘层及屏蔽层，所述第一电极层与所述屏蔽层分别构成所述触发器的信号输出端，用于输出所述感应电信号。

2.根据权利要求1所述的触发器，其特征在于，所述触发器还包括设置在所述衬底本体上的第二摩擦层，所述第二摩擦层与所述第一摩擦层构成摩擦界面。

3.根据权利要求2所述的触发器，其特征在于，所述衬底本体与所述第二摩擦层为弹性材料。

4.根据权利要求2所述的触发器，其特征在于，所述第一摩擦层与所述第二摩擦层为聚合物绝缘材料。

5.根据权利要求2-4任一所述的触发器，其特征在于，所述第一摩擦层为正极性材料；所述第二摩擦层为负极性材料。

6.根据权利要求4所述的触发器，其特征在于，所述第一摩擦层与所述第二摩擦层的摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设置有凸起阵列结构。

7.根据权利要求2所述的触发器，其特征在于，所述第二摩擦层贴合设置在所述衬底本体的内表面的全部区域；或者，所述第二摩擦层贴合设置在所述衬底本体的内表面的中央部分区域。

8.根据权利要求1所述的触发器，其特征在于，所述触发器进一步包括：与所述信号输出端连接的导线，用于将所述感应电信号输出至外部连接设备。

9.一种电子打击乐器，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的触发器、处理电路以及扬声器；其中，

所述触发器用于感应外部作用力并生成感应电信号；

所述处理电路与所述触发器电相连，用于接收所述感应电信号并对其进行处理，生成对应的处理电信号；

所述扬声器与所述处理电路电相连，用于接收所述处理电信号并输出与所述处理电信号对应强度的声音。

10.根据权利要求9所述的电子打击乐器，其特征在于，所述电子打击乐器还包括：乐器棒，用于敲击所述触发器以向所述触发器施加作用力。

11.一种触发开关，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的触发器。

12.一种加速度传感器，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的触发器。