一种陀螺仪角度传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种陀螺仪角度传感器。该传感器包括摩擦纳米发电机、电阻式电位计、旋转支架及角度确定器；摩擦纳米发电机在外力作用力下，第一电极与第二电极之间产生电势差；电阻式电位计包括基板、环形电极、多个电阻以及滑片；各电阻首尾连接构成串联电路，各电阻环绕环形电极；串联电路两端分别与第一和第二电极电连接；滑片的一端通过环形电极与第一电极电连接，其另一端与一电阻电连接；旋转支架包括固定框和旋转框；滑片固定于两框架中的一个上，基板固定于两框架中的另一个上；固定框固定设置；旋转框可旋转设置，以使滑片和基板相对运动，控制接入串联电路中电阻数量；角度确定器用于根据串联电路两端的电压，确定角度变化。

【技术实现步骤摘要】
一种陀螺仪角度传感器
本专利技术实施例涉及纳米能源
，尤其涉及一种陀螺仪角度传感器。
技术介绍
目前，加速度传感器，倾斜传感器，振动传感器和旋转传感器等运动传感器广泛应用于医疗保健，军事管理，民防，工业生产和家庭安全。陀螺仪是使用最广泛的运动传感器之一，它依赖于惯性来使陀螺仪转子的旋转轴在高速旋转运动下保持固定方向并同时测量角运动。陀螺仪加入集成信号处理电路后，不仅可以实现人工智能的健康监测，例如评估患者的治疗后运动能力，分析和测试运动员的训练能力，还可以应用于军事自动控制系统，例如，监视无人机的飞行姿势，检测航天飞机、火车和轮船的轨迹，确定矿井隧道、导弹发射井和油库的精确位置等。陀螺仪传感器可以监测有关运动变量(例如加速度，角度，倾斜度和角速度)的信息。通常陀螺仪传感器需要外部电源驱动其工作，由于外部电源的续航能力较弱，外部电源必须经常更换或充电，尤其在极端天气条件和特殊环境下更换电池很困难，这样陀螺仪传感器将无法连续运行。摩擦电纳米发电机(TENG)的诞生是一种革命创新性技术，它能够将机械能转换为电能，因此基于TENG的具有不同检测技术的自驱动运动传感器应用而生。现有技术中的大多数自驱动运动传感器还需要一个外部监视电路，以对应检测运动传感器运动变量的电压信息，由于外部监视电路是有源电路，使得自驱动运动传感器不能完全实现自驱动能力；另外增加外部监视电路还大大增加了传感系统的体积。同时，现有技术中的大多数自驱动运动传感器系统的信噪比，灵敏度和稳定性也较低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种陀螺仪角度传感器，以实现完全自驱动的陀螺仪角度传感器的设计，还提升了角度传感器的灵敏度，信噪比及稳定性。本专利技术实施例提供了一种陀螺仪角度传感器，该陀螺仪角度传感器包括：摩擦纳米发电机、电阻式电位计、旋转支架及角度确定器；所述摩擦纳米发电机包括第一电极和第二电极；在外力作用力下，所述第一电极与所述第二电极之间产生电势差；所述电阻式电位计包括基板、以及设置于所述基板上的环形电极和多个电阻；各所述电阻首尾连接构成串联电路，且各所述电阻环绕所述环形电极设置；所述串联电路的一端与所述第一电极电连接，所述串联电路的另一端与所述第二电极电连接；所述电阻式电位计还包括滑片；所述滑片的一端通过所述环形电极与所述第一电极电连接，所述滑片的另一端与所述多个电阻中的一个电阻的一端电连接；所述旋转支架包括固定框和旋转框；所述滑片固定于所述固定框和所述旋转框中的一个上，所述基板固定于所固定框和所述旋转框中的另一个上；所述固定框固定设置；所述旋转框根据角度变化进行旋转，以使所述滑片和所述基板相对运动，控制接入至所述第一电极与所述第二电极之间的所述串联电路中电阻的数量；所述角度确定器的第一供电端和所述第二供电端分别与所述串联电路的两端电连接；所述角度确定器用于根据所述串联电路两端的电压，确定当前的角度变化情况。可选的，所述摩擦纳米发电机包括轮盘式摩擦纳米发电机；所述轮盘式摩擦纳米发电机包括转子和定子；所述转子包括负摩擦层；所述定子包括正摩擦层及电极层；所述正摩擦层设置于所述负摩擦层及所述电极层之间；所述电极层包括所述第一电极和所述第二电极；所述转子用于在外力作用下，发生转动，以使所述负摩擦层与所述正摩擦层之间产生电势差，并分别耦合至所述第一电极和所述第二电极。可选的，所述轮盘式摩擦纳米发电机还包括：旋转轴；所述轮盘式摩擦纳米发电机通过所述旋转轴与所述固定框机械连接；所述转子以所述旋转轴为轴进行转动。可选的，所述电极层包括多个第一扇形铜电极块和多个第二扇形铜电极块；所述第一扇形铜电极块与所述第二扇形铜电极块交替设置，且各所述第一扇形铜电极块和所述第二扇形铜电极块环绕所述旋转轴设置；所述第一扇形铜电极块构成所述第一电极；所述第二扇形铜电极块构成所述第二电极；所述正摩擦层包括整面状的有机介电层；所述负摩擦层包括多个扇形铜摩擦块；所述扇形铜摩擦块环绕所述旋转轴设置。可选的，还包括：连接轴；当所述滑片固定于所述固定框时，所述滑片通过所述连接轴与所述固定框固定连接；当所述滑片固定于所述旋转框时，所述滑片通过所述连接轴与所述旋转框固定连接。可选的，所述基板上还设置有与多个所述电阻一一对应设置的多个连接块、以及与多个所述电阻一一对应设置的多个接触端子；多个所述连接块和多个所述接触端子均环绕所述环形电极设置，且所述连接块位于所述接触端子靠近所述环形电极的一侧；所述电阻位于所述连接块和所述接触端子之间，且所述电阻的两端分别与所述连接块和所述接触端子电连接；所述滑片与多个所述接触端子中的一个所述接触端子接触。可选的，依次串联连接的多个所述电阻分别为第一电阻、第二电阻、…、第i-1电阻、第i电阻、第i+1电阻、…、第N电阻；其中，i≤N，且i和N均为大于或等于2的整数；所述第i-1电阻对应的所述接触端子与所述第i电阻对应的接触端子电连接；所述第i电阻对应的所述连接块与所述第i+1电阻对应的连接块电连接；所述第一电阻对应的连接块与所述第一电极电连接；当N为偶数时，所述第N电阻对应的所述接触端子与所述第二电极电连接；当N为奇数时，所述第N电阻对应的所述连接块与所述第二电极电连接。可选的，所述电阻的数量N大于或等于20；所述串联电路的阻值R的取值范围为：0≤R≤10MΩ。可选的，所述电阻为贴片电阻。可选的，所述角度确定器包括多个LED灯串、以及与多个所述LED灯串一一对应电连接的多个开关单元；所述LED灯串的一端通过所述开关单元与所述第一供电端电连接，所述LED灯串的另一端与所述第二供电端电连接；其中，每个所述LED灯串包括至少一个LED灯珠，且各所述LED灯串的灯珠数量不同。本专利技术实施例中，通过摩擦纳米发电机摩擦起电，使得其第一电极与第二电极间产生电动势，并提供至电阻式电位计内的串联电路；当旋转框旋转时，电阻式电位计的滑片与基板相对滑动，使得接入串联电路中的电阻的数量发生变化，这样角度确定器检测到的串联电路两端的电压不同，从而根据串联电路两端的电压确定旋转框的旋转角度，实现了陀螺仪角度传感器的完全自驱动设计，解决了现有技术中角度传感器通过外部有源监视电路检测角度信息对应的电压信息，使得自驱动运动传感器不能完全实现自驱动能力等问题；同时，通过电阻式电位计中多电阻串联设置，提升角度传感器的灵敏度、信噪比及稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种陀螺仪角度传感器的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种陀螺仪角度传感器的电气连接示意图；图3是本专利技术实施例提供的摩擦纳米发电机的电极层、正摩擦层及负摩擦层实物图；图4是本专利技术实施例提供的电阻式电位计的实物图；图5是本专利技术实施例提供的旋转架的角度变化和串联电路两端输出的电压的关系图；图6是本专利技术实施例提供的另一种陀螺仪角度传感器的电气连接示意图。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种陀螺仪角度传感器，其特征在于，包括：摩擦纳米发电机、电阻式电位计、旋转支架及角度确定器；/n所述摩擦纳米发电机包括第一电极和第二电极；在外力作用力下，所述第一电极与所述第二电极之间产生电势差；/n所述电阻式电位计包括基板、以及设置于所述基板上的环形电极和多个电阻；各所述电阻首尾连接构成串联电路，且各所述电阻环绕所述环形电极设置；所述串联电路的一端与所述第一电极电连接，所述串联电路的另一端与所述第二电极电连接；所述电阻式电位计还包括滑片；所述滑片的一端通过所述环形电极与所述第一电极电连接，所述滑片的另一端与所述多个电阻中的一个电阻的一端电连接；/n所述旋转支架包括固定框和旋转框；所述滑片固定于所述固定框和所述旋转框中的一个上，所述基板固定于所固定框和所述旋转框中的另一个上；所述固定框固定设置；所述旋转框根据角度变化进行旋转，以使所述滑片和所述基板相对运动，控制接入至所述第一电极与所述第二电极之间的所述串联电路中电阻的数量；/n所述角度确定器的第一供电端和第二供电端分别与所述串联电路的两端电连接；所述角度确定器用于根据所述串联电路两端的电压，确定当前的角度变化情况。/n

【技术特征摘要】
1.一种陀螺仪角度传感器，其特征在于，包括：摩擦纳米发电机、电阻式电位计、旋转支架及角度确定器；
所述摩擦纳米发电机包括第一电极和第二电极；在外力作用力下，所述第一电极与所述第二电极之间产生电势差；
所述电阻式电位计包括基板、以及设置于所述基板上的环形电极和多个电阻；各所述电阻首尾连接构成串联电路，且各所述电阻环绕所述环形电极设置；所述串联电路的一端与所述第一电极电连接，所述串联电路的另一端与所述第二电极电连接；所述电阻式电位计还包括滑片；所述滑片的一端通过所述环形电极与所述第一电极电连接，所述滑片的另一端与所述多个电阻中的一个电阻的一端电连接；
所述旋转支架包括固定框和旋转框；所述滑片固定于所述固定框和所述旋转框中的一个上，所述基板固定于所固定框和所述旋转框中的另一个上；所述固定框固定设置；所述旋转框根据角度变化进行旋转，以使所述滑片和所述基板相对运动，控制接入至所述第一电极与所述第二电极之间的所述串联电路中电阻的数量；
所述角度确定器的第一供电端和第二供电端分别与所述串联电路的两端电连接；所述角度确定器用于根据所述串联电路两端的电压，确定当前的角度变化情况。


2.根据权利要求1所述的陀螺仪角度传感器，其特征在于，所述摩擦纳米发电机包括轮盘式摩擦纳米发电机；所述轮盘式摩擦纳米发电机包括转子和定子；所述转子包括负摩擦层；所述定子包括正摩擦层及电极层；所述正摩擦层设置于所述负摩擦层及所述电极层之间；所述电极层包括所述第一电极和所述第二电极；
所述转子用于在外力作用下，发生转动，以使所述负摩擦层与所述正摩擦层之间产生电势差，并分别耦合至所述第一电极和所述第二电极。


3.根据权利要求2所述的陀螺仪角度传感器，其特征在于，所述轮盘式摩擦纳米发电机还包括：旋转轴；所述轮盘式摩擦纳米发电机通过所述旋转轴与所述固定框机械连接；所述转子以所述旋转轴为轴进行转动。


4.根据权利要求3所述的陀螺仪角度传感器，其特征在于，所述电极层包括多个第一扇形铜电极块和多个第二扇形铜电极块；所述第一扇形铜电极块与所述第二扇形铜电极块交替设置，且各所述第一扇形铜电极块和所述第二扇形铜电极块环绕所述旋转轴设置；所述第一扇形铜电极块构成所述第一电极；所述第二扇形铜电极块构成所述第二电极；
所述正摩擦层包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢欣凯，赵春，文震，刘伊娜，赵策洲，
申请(专利权)人：西交利物浦大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32