本发明专利技术提供一种自供能应力检测装置，包括：感知应力的弹性片、与所述弹性片的一端接触设置的摩擦部件，该摩擦部件包含一个摩擦层，及与所述摩擦层接触的电极层；所述弹性片与所述摩擦层面对面设置并且一端固定于所述摩擦层上方，另一端远离所述摩擦层；在所述弹性片与所述电极层间形成电连接，用于连接测量仪器；或者，在所述电极层与地之间或者在所诉弹性片与地之间形成电连接，用于连接测量仪器。利用了当弹性片发生形变时，改变整体上与摩擦部件的接触面积和分离距离，从而自发产生的摩擦电效应测量弹性片应力，不需要外部提供电源，实现了自供能测量。并且，根据弹性片受应力的方式不同，可以实现整体结构的多功能应用。
Self powered stress detection device, method and Application
【技术实现步骤摘要】
自供能的应力检测装置、检测方法和应用
本专利技术涉及检测
，特别是涉及能够自主进行应力检测的自供能应力检测装置、检测方法和应用。
技术介绍
弹性片是一类简单但十分重要的仪器元件，小到机械钟表的发条，大到汽车的减震器件都被广泛的采用。这类器件最明显的特征在于当受到应力时能够产生形变，一旦取消应力能够恢复原状。而当施加的应力的方式不同，间接的可以反应出其他物理信息，比如：质量、加速度等。通常检测应力的方式有弹簧测力计、光学测力计、扭矩传感器等，这些方法都是间接的通过外部仪器来测量，通常需要将弹性片拆卸下来，这极大地影响了测量的便利性。另外一方面，这些仪器通常需要外部供能，比如电池、电容器、甚至直接的市电电源，这限制了测量的使用范围，增加了测量成本。而且外部电源本身也不够环保，比如电池不仅体积较大、质量较重，而且含有的有毒化学物质对环境和人体存在潜在的危害。并且，由于外部测量方法通常只能测量静应力，而对于施加的高速变化应力很难被检测，这极大地限制了同一个弹性片器件的多功能应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于摩擦纳米发电机的自供能应力检测装置。为实现上述目的，本专利技术提供一种，包括：感知应力的弹性片、与所述弹性片的一端接触设置的摩擦部件，该摩擦部件包含一个摩擦层，及与所述摩擦层接触的电极层；所述弹性片与所述摩擦层面对面设置并且一端固定于所述摩擦层上方，另一端远离所述摩擦层；在所述弹性片与所述电极层间形成电连接，用于连接测量仪器；或者，在所述电极层与地之间形成电连接，用于连接测量仪器。一种自供能应力检测装置，包括：感知应力的弹性片、与所述弹性片的一端接触设置的摩擦部件，该摩擦部件包含一个摩擦层，所述弹性片与所述摩擦层面对面设置并且一端固定于所述摩擦层上方，另一端远离所述摩擦层；在所述弹性片与地之间形成电连接，用于连接测量仪器。优选的，所述弹性片的结构为：在所述弹性片的弹性形变方向的截面为直线形、圆弧形、椭圆形、抛物线形、指数线形或波浪形结构。优选的，所述摩擦层面向所述弹性片的表面结构的结构为：在所述弹性片的弹性形变方向的截面为直线形、圆弧形、椭圆形、抛物线形、指数线形或波浪形结构。优选的，所述弹性片的材料为导体或半导体。优选的，所述弹性片的材料为不锈钢薄片。优选的，所述摩擦层为绝缘材料。优选的，还包括载物台，用于承载整个结构。优选的，所述测量仪器用于测量电压、电流或电荷量。上述任一项所述自供能应力检测装置的应用。优选的，所述自供能应力检测装置作为灵敏称、向心加速度传感器或振动传感器。本专利技术还提供一种键盘，包括多个上述任一项所述自供能应力检测装置，每个所述自供能应力检测装置设置在一个按键位置，其输出的电信号代表一个按键被按压。相应的，本专利技术还提供一种自供能应力检测方法，应用上述任一项所述的自供能应力检测装置，建立上述所述的自供能应力检测装置输出电学参量与弹性片所受应力之间的数学传递关系，通过测量该电学参量求得弹性片所受应力的大小。优选的，所述弹性片所受应力为静态应力、动态应力、接触式应力、非接触式应力中的一种或者几种。优选的，施加于所述弹性片的应力的方式为：按压、放置重物、旋转、振动、平动加速、旋转加速、扭动、击打或摆动。与现有技术相比，本专利技术具有下列有益效果：本专利技术利用了当弹性片发生形变时，改变整体上与摩擦部件的接触面积和分离距离，从而自发产生的摩擦电效应测量弹性片应力，不需要外部提供电源，实现了自供能测量。本专利技术结构简单、节能、环保、高效、成本低廉，易于推广。本专利技术当外部应力以不同方式施加于弹性片时，可把弹性片使用为多功能传感器，拓展了弹性片的功能。附图说明通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术自供能应力检测装置的典型结构示意图；图2为实施例一具体例子中在不同应力下对应的电压信号；图3为实施例二的自供能应力检测装置的结构示意图；图4为实施例三的自供能应力检测装置的结构示意图；图5为实施例四的自供能应力检测装置的结构示意图；图6至图9为本专利技术自供能应力检测装置的应用示意图；图10和图11为本专利技术自供能应力检测装置作为键盘的应用示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施示例中的附图，对本专利技术实施示例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施示例仅是本专利技术一部分实施示例，而不是全部的实施示例。基于本专利技术中的实施示例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施示例，都属于本专利技术保护的范围。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施示例时，为便于说明，所述示意图只是示例，不应限制本专利技术保护的范围。实施例一：图1为本实施例的自供能应力检测装置的典型结构示意图，包括：感知应力的弹性片10、与弹性片10的一端接触设置的摩擦部件，该摩擦部件包含一个摩擦层20，及与摩擦层20接触的电极层21；弹性片10与摩擦层20面对面设置并且一端固定于摩擦层20上方，另一端远离摩擦层20；在弹性片10与电极层21间形成电连接，用于连接测量仪器。还可以在电极层21下方设置承载整个结构的载物台30。弹性片10用于实时感应外界应力，材料可以为导电、半导体材料制成，导电不锈钢片等导电弹性材料。弹性片10与摩擦层20的得失电荷能力不同，摩擦层20通常为绝缘材料，如苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺11、聚酰胺6-6、羊毛及其编织物、蚕丝及其织物、纸、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、棉及其织物、聚氨酯弹性体、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木头、硬橡胶、醋酸酯、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯(涤纶)、异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚双酚A碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚(2,6-二甲基聚亚苯基氧化物)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯中的一种或者几种。在外力作用下，当弹性片10发生形变，改变弹性片10整体与摩擦层20接触的面积和分离的距离。所述弹性片与摩擦层的材料不同，接触的表面存在得失电荷能力的差异，在弹性片10与电极层21间形成电信号输出，弹性片10、摩擦层20和电极层21形成一个双电极结构的摩擦纳米发电机。因此可以根据测量弹性片10与电极层21间的电学参量，如：电压、电流、电量等获取弹性片的形变应力。进一步，根据弹性片受应力的方式不同，可以实现整体结构的多功能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自供能应力检测装置，其特征在于，包括：感知应力的弹性片、与所述弹性片的一端接触设置的摩擦部件，该摩擦部件包含一个摩擦层，及与所述摩擦层接触的电极层；所述弹性片与所述摩擦层面对面设置并且一端固定于所述摩擦层上方，另一端远离所述摩擦层；/n在所述弹性片与所述电极层间形成电连接，用于连接测量仪器；/n或者，在所述电极层与地之间形成电连接，用于连接测量仪器。/n
【技术特征摘要】
1.一种自供能应力检测装置，其特征在于，包括：感知应力的弹性片、与所述弹性片的一端接触设置的摩擦部件，该摩擦部件包含一个摩擦层，及与所述摩擦层接触的电极层；所述弹性片与所述摩擦层面对面设置并且一端固定于所述摩擦层上方，另一端远离所述摩擦层；
在所述弹性片与所述电极层间形成电连接，用于连接测量仪器；
或者，在所述电极层与地之间形成电连接，用于连接测量仪器。
2.一种自供能应力检测装置，其特征在于，包括：感知应力的弹性片、与所述弹性片的一端接触设置的摩擦部件，该摩擦部件包含一个摩擦层，所述弹性片与所述摩擦层面对面设置并且一端固定于所述摩擦层上方，另一端远离所述摩擦层；在所述弹性片与地之间形成电连接，用于连接测量仪器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述弹性片的结构为：
在所述弹性片的弹性形变方向的截面为直线形、圆弧形、椭圆形、抛物线形、指数线形或波浪形结构。
4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述摩擦层面向所述弹性片的表面结构的结构为：
在所述弹性片的弹性形变方向的截面为直线形、圆弧形、椭圆形、抛物线形、指数线形或波浪形结构。
5.根据权利要求1、3或4所述的装置，其特征在于，所述弹性片的材料为导体或半导体。
6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述弹性片的材料为不锈钢薄片。
【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇粮，张颖，其他发明人请求不公开姓名，
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
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