一种增量式摩擦电纳米发电机位移传感器制造技术

本发明专利技术属于位移测量设备制造技术领域，提供了一种增量式摩擦电纳米发电机位移传感器，包括套筒和内筒，内筒外表面分布有金属电极，套筒内表面分布有摩擦电极，内筒自由端插入套筒的空腔中，套筒移动与内筒产生轴向相对位移，金属电极和摩擦电极摩擦产生电信号。本发明专利技术同时具有测量功能和整流功能，不仅可以根据构件移动产生的电势，得到构件的位移量，同时能将电极摩擦产生的电能收集，达到自供能的效果；并通过设置长度不相等的金属电极条，根据金属电极条与摩擦电极条产生的不同电压信号，区分构件的移动方向。而且本发明专利技术结构简单、操作方便、无需额外提供电源，能与测量构件紧密结合，空间利用率高。空间利用率高。空间利用率高。

【技术实现步骤摘要】
一种增量式摩擦电纳米发电机位移传感器


[0001]本专利技术属于位移测量设备制造
，特别涉及一种增量式摩擦电纳米发电机位移传感器。

技术介绍

[0002]摩擦纳米发电机(TENG)是基于摩擦起电效应和静电感应效应的耦合的一种机械换能器件，TENG有四种基本模式:垂直接触
‑
分离模式、水平滑动模式、单电极模式和独立层模式。在器件本身参数特征一定的情况下，TENG能接受外界机械的刺激输出电能，包括位移、速度、力度、频率等。在微纳发电、自驱动传感、环境处理、器件性能调控等方面具有显著优势,是现代电子器件的理想能源供给方式。并且TENG结构简单，器件轻便。因此摩擦纳米发电机本身非常适合用来作为自驱动的机械传感器件。
[0003]根据传感器的变换原理，常用的位移传感器有电阻式、电感式、电容式、气动式、差动变压器式、感应同步、磁栅、光栅和激光等位移计以及电动千分表等。公开号为CN 115451799 A的中国专利文献公开了一种位移传感器，包括主体、伸缩杆、端头和骑缝连接件，通过骑缝连接件连接端头和主体，使端头和主体便于拆装；公开号为CN 109974595 B的中国专利文献也公开了一种位移传感器，包括传感器本体结构件、感应单元和检测单元，通过设置感应单元，提高位移传感器线性度好。
[0004]然而以上位移传感器除了本身检测装置本身，还需要额外空间放置电源进行供能，增大了设备的体积，降低了空间利用率，而摩擦纳米发电机可以满足进行检测的同时向自身供电，在一定程度上提高的空间利用率。
专利
技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术提供了一种增量式摩擦电纳米发电机位移传感器，通过将电极摩擦产生的电能收集，达到自供能的效果，不需要额外的供电设备，可以自适应测量待测物的相对位移。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]一种增量式摩擦电纳米发电机位移传感器，包括套筒和内筒，内筒外表面分布有金属电极，套筒内表面分布有摩擦电极，内筒自由端插入套筒的空腔中，套筒移动与内筒产生轴向相对位移，金属电极和摩擦电极摩擦产生电信号。
[0008]进一步设置，所述的套筒包括第一刚性圆柱筒体、第一弹性层，第一弹性层粘贴于第一刚性圆柱筒体的内壁，所述的摩擦电极贴附于第一弹性层。
[0009]进一步设置，所述摩擦电极包括摩擦电极条和摩擦电极片，摩擦电极条和摩擦电极片的形状为相对的两个弧形，多条摩擦电极条沿所述套筒的轴向等间距排列。
[0010]进一步设置，所述的摩擦电极片包括第一齿状电极片与第二齿状电极片，第一齿状电极片与第二齿状电极片的齿牙宽度相等，且相互啮合。
[0011]进一步设置，所述的内筒包括第二刚性圆柱筒体、第二弹性层，第二弹性层粘贴于
第二刚性圆柱筒体的外壁，所述的金属电极贴附于第二弹性层。
[0012]进一步设置，所述金属电极包括金属电极条和金属电极片，金属电极条和金属电极片的形状都为弧形，金属电极条沿所述内筒的轴向相邻紧密排列，金属电极条相邻边界涂有绝缘材料。
[0013]进一步设置，所述的第一弹性层包括第一弹性片、第二弹性片，第一弹性片与第二弹性片均呈弧形，第一弹性片与第二弹性片相互连接，呈圆筒状；所述的第二弹性层包括第三弹性片、第四弹性片，第三弹性片与第四弹性片均呈弧形，第三弹性片与第四弹性片相互连接，呈圆筒状。
[0014]通过采用上述技术方案，第一弹性层与第二弹性层能够起到绝缘的作用，防止与刚性材料误触短路，还能够用于埋藏引线，使电极接触面更加平整，提高电荷转换效率，还能够调整接触面的接触距离，使电极接触紧密，受力均衡。
[0015]进一步设置，所述的摩擦电极条和金属电极条展平后均为矩形，且二者的宽度相等；摩擦电极条的排列间距为金属电极条的数量与宽度之积；所述的金属电极片宽度与所述的第一齿状电极片、第二齿状电极片的齿牙宽度相等。
[0016]进一步设置，所述的金属电极条为三根长度不等的电极条，三根电极条的长度比为6∶4∶3。
[0017]通过采用上述技术方案，采用长度比为6∶4∶3的电极条，在套筒移动的过程中，由于金属电极条长度不相等，电极对摩擦会产生不同电压峰值，可根据不同峰值电压的出现顺序来区分方向。
[0018]进一步设置，所述的摩擦电极片与摩擦电极条相对设置，二者相邻处形成凹槽；所述的内筒设有凸起，凹槽与凸起适配，限制内筒在移动过程中产生旋转运动，防止整流电极对和测量电极对出现滑移。
[0019]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]1、本专利技术同时具有测量功能和整流功能，不仅可以根据构件移动产生的电势，得到构件的位移量，同时能将电极摩擦产生的电能收集，达到自供能的效果。
[0021]2、本专利技术通过设置长度不相等的金属电极条，根据金属电极条与摩擦电极条产生的不同电压信号，区分构件的移动方向。
[0022]3、本专利技术通过对测量电极对摩擦过程中的有效电信号计数，再经过简单计算得到构件的位移。
[0023]4、本专利技术结构简单、操作方便、无需额外提供电源，本专利技术与测量构件紧密结合，空间利用率高。
附图说明
[0024]图1是优选实施例增量式摩擦电纳米发电机位移传感器的装配示意图；
[0025]图2是优选实施例增量式摩擦电纳米发电机位移传感器的整体结构示意图；
[0026]图3是优选实施例增量式摩擦电纳米发电机位移传感器的内部结构示意图；
[0027]图4是优选实施例增量式摩擦电纳米发电机位移传感器的齿状电极啮合示意图；
[0028]图5是摩擦电极片的结构示意图；
[0029]图6是摩擦电极条的结构示意图；
[0030]图7是金属电极条的结构示意图；
[0031]图8是优选实施例增量式摩擦电纳米发电机位移传感器测量构件位移效果图；
[0032]图9是优选实施例增量式摩擦电纳米发电机位移传感器的工作流程示意图。
[0033]附图标记，1、套筒；11、第一刚性圆柱筒体；12、第一弹性层；121、第一弹性片；122、第二弹性片；13、摩擦电极；131、摩擦电极片；1311、第一齿状电极片；1312、第二齿状电极片；132、摩擦电极条；
[0034]2、内筒；21、金属电极；211、金属电极块；212、金属电极条；22、第二弹性层；221、第三弹性片；222、第四弹性片；23、第二刚性圆柱筒体。
具体实施方式
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。
[0036]以下结合附图对本专利技术优选实施例作详细说明。
[0037]如图1所示，优选实施例增量式摩擦电纳米发电机位移传感器包括套筒1和内筒2，内筒2外表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增量式摩擦电纳米发电机位移传感器，包括套筒(1)和内筒(2)，其特征在于，内筒(2)外表面分布有金属电极(21)，套筒(1)内表面分布有摩擦电极(13)，内筒(2)自由端插入套筒(1)的空腔中，套筒(1)移动与内筒(2)产生轴向相对位移，金属电极(21)和摩擦电极(13)摩擦产生电信号。2.根据权利要求1所述的增量式摩擦电纳米发电机位移传感器，其特征在于，所述的套筒(1)包括第一刚性圆柱筒体(11)、第一弹性层(12)，第一弹性层(12)粘贴于第一刚性圆柱筒体(11)的内壁，所述的摩擦电极(13)贴附于第一弹性层(12)。3.根据权利要求2所述的增量式摩擦电纳米发电机位移传感器，其特征在于，所述摩擦电极(13)包括摩擦电极条(132)和摩擦电极片(131)，摩擦电极条(132)和摩擦电极片(131)的形状为相对的两个弧形，多条摩擦电极条(132)沿所述套筒(1)的轴向等间距排列。4.根据权利要求3所述的增量式摩擦电纳米发电机位移传感器，其特征在于，所述的摩擦电极片(131)包括第一齿状电极片(1311)与第二齿状电极片(1312)，第一齿状电极片(1311)与第二齿状电极片(1312)的齿牙宽度相等，且相互啮合。5.根据权利要求1所述的增量式摩擦电纳米发电机位移传感器，其特征在于，所述的内筒(2)包括第二刚性圆柱筒体(23)、第二弹性层(22)，第二弹性层(22)粘贴于第二刚性圆柱筒体(23)的外壁，所述的金属电极(21)贴附于第二弹性层(22)。6.根据权利要求5所述的增量式摩擦电纳米发电机位移传感器，其特征在于，所述金属电极(21)包...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟爱华，金孙洋洋，李明范，徐振龙，陈宇，刘海山，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：