电信号产生单元、阵列、地毯及产生直流电信号的方法技术

本发明专利技术涉及摩擦发电技术领域，公开了一种电信号产生单元、阵列以及产生直流电信号的方法，所述电信号产生单元包括：发电部件，用于在与运动部件相对运动过程中，所述发电部件上产生电荷，并形成对应的感应电势，且所述感应电势随着运动情况变化；以及至少两个单向导通部件，所述发电部件连接在一个所述单向导通部件的正端和另一个所述单向导通部件的负端之间，用于在连接外电路形成回路时，随着所述感应电势的变化，在回路中产生单向流动的直流电信号。本发明专利技术电信号产生单元的发电部件可以采用任意的摩擦发电机，可以将摩擦产生的交流电信号输出单向直流信号。

Electric signal generating unit, array, carpet and method for generating DC electrical signal

The present invention relates to a friction power technology field and discloses a method for signal generation unit, array and produce DC signal, the signal generating unit comprises: generating components, and the relative movement of the parts used in motion process, the power components produce electric charge, and the formation of the corresponding induction potential, and the EMF with the movement of change; and at least two one-way conduction components, between negative ends of the generator parts is connected in a terminal of the one-way conduction components and another one of the one-way conduction components, to form a loop in the connection circuit, with the change of the induction the potential to produce DC signal unidirectional flow in the loop. The power generation part of the electric signal generating unit of the invention can adopt any friction generator, and the alternating current signal generated by the friction can be output to a unidirectional DC signal.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及摩擦发电
，具体地，涉及一种电信号产生单元、阵列、地毯及产生直流电信号的方法。
技术介绍
目前，摩擦发电机输出都是交流脉冲，如果想得到直流脉冲必须要使用整流桥进行整流，但是整流桥体积比较大，无法真正集成到器件上，例如栅格结构的摩擦发动机，当要求每条栅格结构输出都是直流脉冲时，需要每条栅格都接上整流桥，如果是上百条、上千条栅格时，需要的整流电路就非常大，致使器件结构复杂，不适用于大面积的制备和大规模的并网。此外，因为每个部分的摩擦发电机输出都是交流脉冲，而且周期性不固定，导致集成更加困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电信号产生单元、阵列、地毯、以及产生直流电信号的方法，可通过摩擦电荷所产生的变化电场调控单向导通部件的偏置和开闭，输出单向直流信号。为了实现上述目的，本专利技术提供一种电信号产生单元，所述电信号产生单元包括：发电部件，用于在与运动部件相对运动过程中，所述发电部件上产生电荷，并形成对应的感应电势，且所述感应电势随着运动情况变化；以及至少两个单向导通部件，所述发电部件连接在一个所述单向导通部件的正端和另一个所述单向导通部件的负端之间，用于在连接外电路形成回路时，随着所述感应电势的变化，在回路中产生单向流动的直流电信号。本专利技术电信号产生单元在运动部件与发电部件相对运动改变所述发电部件上的感应电势时，通过设置在发电部件的两端反向连接的单向导通部件，使得输出单向直流电信号，结构简单。本专利技术提供的电信号产生单元，既可以在运动部件与发电部件相对运动时作为发电单元使用，可以收集运动部件的运动机械能；也可以作为对运动部件运动的传感单元使用，作为一种自驱动的无源传感器件。本专利技术的电信号产生单元中的发电部件可以为现有的任意结构的摩擦发电机，例如接触分离模式、滑动模式、单电极模式等摩擦发电机。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术电信号产生单元的结构实施例一；图2是本专利技术电信号产生单元的立体结构示意图；图3是电极层与PN结的连接图；图4是本专利技术电信号产生单元的工作原理图；图5是运动部件与发电部件相对垂直运动时的输出信号示意图；图6是运动部件与发电部件相对水平运动时的输出信号示意图；图7是单向导通部件的工作特性曲线图；图8是电极层与多个二极管的连接示意图；图9a-图9e是多个电信号产生单元之间的并联和/或串联的连接示意图；图10是本专利技术二维阵列地毯的结构示意图；图11是对图10所示二维阵列地毯的测试图。附图标记说明1运动部件2发电部件21电极层22摩擦层23基底层31二极管32PN结321N区322P区4导线具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术的电信号产生单元包括发电部件2，用于在与运动部件1相对运动过程中，所述发电部件2上产生电荷，并形成对应的感应电势，且所述感应电势随着运动情况变化；以及至少两个单向导通部件3，所述发电部件1连接在一个所述单向导通部件3的正端和另一个所述单向导通部件3的负端之间，用于在连接外电路形成回路时，随着所述感应电势的变化，在回路中产生单向流动的直流电信号。本专利技术电信号产生单元在运动部件与发电部件相对运动改变所述发电部件上的感应电势时，通过设置在发电部件的两端反向连接的单向导通部件，使得输出单向直流电信号，结构简单，集成方便，使用范围广。其中，所述运动部件1与发电部件2的接触面具有摩擦电极序差异。为提高输出信号的性能，所述运动部件1和/或发电部件2的接触面可以具有微纳米结构层。如图7所示，所述单向导通部件3的工作特性为：正向导通，反向关断。其中，所述单向导通部件3包括二极管31(如图1所示)、PN结32(如图3所示)、肖特基结及MOS管等中至少一者，但并不以此为限。所述发电部件2包括电极层21(如图3所示)，连接在两个所述单向导通部件3之间，用于在与所述运动部件1相对运动过程中，所述电极层21上产生摩擦电荷。本专利技术可通过镀膜工艺在电极层21上制备PN结32或肖特基结。如图3所示，可在电极层21的两端分别制备一层N区321或P区322，然后在覆盖一层对应的P区322或N区321，进而可通过导线4与外电路连接形成回路。其中，所述导线4可为导电布、导电胶或导电镀层等，PN结与导电镀层或电极层21之间均有欧姆接触层(实现半导体材料和金属间的小电阻连接)，此处没有画出表示。这样的设计可以将单向导通部件与发电单元集成在一起，互相共用电极层。此外，本电信号产生单元中的单向导通部件3的数量并不仅限于两个，可设置为N(N≥2)个，只要其中至少两个的连接方向相反即可，如图8所示，在本实施例中，共设置有5个二极管。进一步的，所述发电部件还包括：摩擦层22(如图2所示)，设置在所述电极层21的表面，用于在与所述运动部件1相对运动过程中，所述摩擦层22上产生摩擦电荷，且所述电极层21上产生感应电荷。所述摩擦层22可由高分子薄膜制成。此外，所述发电部件2还包括基底层23(如图3所示)，所述基底层23上设置有所述电极层21，用于支撑所述电极层21。其中，所述基底层23优选为柔性材料。本专利技术电信号产生单元中运动部件1和发电部件2的相对运动可为以下至少一者：所述运动部件1与发电部件2在水平方向上相对滑动，且接触面积改变(如图6所示)；所述运动部件1与发电部件2在垂直方向上相对运动，且垂直距离改变和/或不断地接触和分离(如图5所示)。且根据图5中c部分和图6中的c部分所示，在一个运动周期内，有两个直流脉冲。下面以图4所示，详细介绍本专利技术电信号产生单元的工作原理。在本实施例中，所述摩擦层22为容易带负电荷的PTFE(Polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯)，但并不以此为限。如图4中a部分所示，当运动部件1与摩擦层22接触时，运动部件1带正电荷，摩擦层22带负电荷，此时电极层21的表面没有感生电势，因此也没有电势加在PN结32的两端(如图4中b部分所示)。如图4中c部分所示，当运动部件1远离摩擦层22时，此时电极层21上的电势较小，且电极层21相对于外界为负电势，假设电信号产生单元外面的电势为零，因此左侧的PN结32是正向偏置状态，而右侧PN结32是反向偏置状态。因此左侧PN结32的P区能带下降，N区能带上升，而右侧PN结32的P区能带上升，N区能带下降，这就像一个“电子闸”，使得电极层21上的电子可以流过左侧的PN结32，而右侧的PN结32起阻挡的作用，左侧的PN结32是“开闸”，而右侧的PN结32是“关闸”，“电子流”的驱动力来自于电极层21上的感生电势以及左侧PN结32的P区322和右侧PN结32的N区321的电势差，电子从电极层21通过左侧的PN结32流出；当运动部件1逐步远离摩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电信号产生单元，其特征在于，所述电信号产生单元包括：发电部件，用于在与运动部件相对运动过程中，所述发电部件上产生电荷，并形成对应的感应电势，且所述感应电势随着运动情况变化；以及至少两个单向导通部件，所述发电部件连接在一个所述单向导通部件的正端和另一个所述单向导通部件的负端之间，用于在连接外电路形成回路时，随着所述感应电势的变化，在回路中产生单向流动的直流电信号。

【技术特征摘要】
1.一种电信号产生单元，其特征在于，所述电信号产生单元包括：发电部件，用于在与运动部件相对运动过程中，所述发电部件上产生电荷，并形成对应的感应电势，且所述感应电势随着运动情况变化；以及至少两个单向导通部件，所述发电部件连接在一个所述单向导通部件的正端和另一个所述单向导通部件的负端之间，用于在连接外电路形成回路时，随着所述感应电势的变化，在回路中产生单向流动的直流电信号。2.根据权利要求1所述的电信号产生单元，其特征在于，所述发电部件包括：电极层，连接在两个所述单向导通部件之间，用于在与所述运动部件相对运动过程中，所述电极层上产生摩擦电荷。3.根据权利要求2所述的电信号产生单元，其特征在于，所述发电部件还包括：摩擦层，设置在所述电极层的表面，用于在与所述运动部件相对运动过程中，所述摩擦层上产生摩擦电荷，且所述电极层上产生对应的感应电荷。4.根据权利要求2或3所述的电信号产生单元，其特征在于，所述发电部件还包括：基底层，所述基底层上设置有所述电极层，用于支撑所述电极层。5.根据权利要求1-4中任一项所述的电信号产生单元，其特征在于，所述发电部件与运动部件的接触面具有摩擦电极序差异。6.根据权利要求1-5中任一项所述的电信号产生单元，其特征在于，
\t所述相对运动包括以下至少一者：所述运动部件与发电部件在水平方向上相对滑动，且接触面积改变；所述运动部件与发电部件在垂直方向上相对运动，且垂直距离改变和/或不断地接触和分离；以及所述运动部件与发电部件相对转动，且不断地接触和分离。7.根据权利要求1所述的电信号产生单元，其特征在于，所述发电部件为摩擦发电机，所述摩擦发电机的一个输出端连接在一个所述单向导通部件的正端，另一个输出端连接在另一个所述单向导通部件的负端之间；所述摩擦发电机为接触分离摸式摩擦发电机或者滑动模式摩擦发电机。8.根据权利要求1-7中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光，孟宪松，王中林，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11