【技术实现步骤摘要】
本申请涉及不规则表面的测量的，更具体地，涉及一种基于摩擦纳米发电机的自供能式位移测量装置和位移测量方法。
技术介绍
1、随着工业水平的提高和技术的不断发展，越来越多的机械运动需要有传感器进行实时检测，以保证相关设备的正常运行，尤其是有关位移测量的需求量非常大。
2、现有的位移测量装置，如传感器，主要基于有源电子器件设计，需要能源供给才能正常工作，这限制了位移测量装置的工作环境和可用范围，缩短了位移测量装置的工作寿命，且废弃电源的处理对于环境有害，其中蕴含的有毒化学物对于人类及其它生物存在潜在危害。
3、因此，现有的位移测量装置存在无法在无电源供给的环境下工作的缺陷。
技术实现思路
1、为了解决上述的问题，本专利技术提供了一种基于摩擦纳米发电机的自供能式位移测量装置和位移测量方法，将能够在无电源供给的情况下测量运动的被测物体的位移，提高机械运动的位移检测的准确性。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供了一种基于摩擦纳米发电机的自供能式位移测量装置，与被测部分连接，被测部分包括被测物体、驱动单元和齿条，被测物体由驱动单元驱动做旋转运动，齿条的底部和被测物体连接，以使得被测物体的旋转运动带动齿条平动；该装置包括：
3、传动部分，包括机架、机架板、齿轮和传动轴，机架分别与驱动单元和机架板连接，传动轴穿过机架板上的传动轴孔、并且传动轴的第一端固定于机架板，齿轮和传动轴的第一端连接，齿轮和齿条啮合，以使得齿条的平动带动齿轮转动，齿
4、摩擦部分，包括摩擦内层和摩擦外层，摩擦内层和传动轴的第二端连接，以使得传动轴的转动带动摩擦内层转动；摩擦外层与机架连接；摩擦内层设有内摩擦电极，摩擦外层设有外摩擦电极，内摩擦电极和外摩擦电极接触、并且设置在外摩擦电极内侧，当被测物体做旋转运动时，内摩擦电极和外摩擦电极之间产生电流信号或电压信号。
5、进一步地，摩擦内层包括转子摩擦层，转子摩擦层为扇面结构，扇面结构外侧粘贴有内摩擦电极；摩擦外层包括定子摩擦层，定子摩擦层为顶部开槽的圆环结构，圆环结构内侧粘贴有外摩擦电极，圆环结构的内侧半径和转子摩擦层的半径相等。
6、进一步地，摩擦内层还包括轴连接孔，轴连接孔和转子摩擦层通过杆状刚性结构固定连接，轴连接孔为通孔结构，轴连接孔与传动轴的第二端连接，以使得摩擦内层的转动速度和传动轴的转动速度相同。
7、进一步地，传动部分还包括轴承座和轴承，轴承由轴承座固定，传动轴穿过轴承和机架板上的传动轴孔，传动轴的第一端通过螺钉与齿轮连接，以使得传动轴的转动速度和齿轮的转动速度相同。
8、进一步地，摩擦部分还包括圆柱销；摩擦外层还包括配合滑块，配合滑块与机架连接以固定摩擦外层；配合滑块上设置有两个圆柱通孔，圆柱通孔和圆柱销连接以固定轴承座。
9、进一步地，机架、机架板、摩擦内层和摩擦外层均由3d打印成型。
10、进一步地，内摩擦电极从内到外依次粘贴有双面胶、负电极材料和聚四氟乙烯，外摩擦电极从外到内依次粘贴有海绵垫和正电极材料；当被测物体做旋转运动时，内摩擦电极和外摩擦电极的重叠面积发生变化，使得内摩擦电极和外摩擦电极之间产生电流信号或电压信号。
11、进一步地，机架板上设有方形长孔结构，用于约束齿条在竖直方向上运动。
12、按照本专利技术的第二个方面，还提供了一种位移测量方法，应用于上述的基于摩擦纳米发电机的自供能式位移测量装置，被测物体为偏心轮，驱动单元为直流电机，被测物体的位移为偏心轮的工作长度，偏心轮的工作长度为偏心轮旋转中心与其外表面的距离；该方法包括：
13、获取通过上述的基于摩擦纳米发电机的自供能式位移测量装置测量得到的电流信号或电压信号；
14、基于电流信号或电压信号，计算偏心轮的工作长度。
15、进一步地，基于电流信号或电压信号，计算偏心轮的工作长度，包括：
16、根据以下公式，计算偏心轮的工作长度：
17、，
18、其中， i为t时刻的电流信号，为t时刻的偏心轮的工作长度， m为齿轮和齿条的模数， z为齿轮齿数， k为摩擦发电常数，为转子摩擦层的半径， h为转子摩擦层的宽度，为偏心轮的半径，为偏心距；
19、或者，根据以下公式，计算偏心轮的工作长度：
20、，
21、其中， u为t时刻的电压信号， r为内摩擦电极和外摩擦电极共同形成的电阻。
22、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
23、（1）本专利技术提供的一种基于摩擦纳米发电机的自供能式位移测量装置，能够在无电源供给的情况下测量运动的被测物体的位移，提高机械运动的位移检测的准确性，并且结构简单、便于布置、使用寿命长、价格低廉。
24、（2）本专利技术提供的一种位移测量方法中，通过测量摩擦部分所产生的电流或电压，进行数据分析，可得到被测物体的位移，位移的导数即物体速度，从而还可以得到被测物体的速度、加速度等物理量，具有实时性强的优点，便于进行动力控制，扩大了位移测量装置的应用场景，适用性广。
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1.一种基于摩擦纳米发电机的自供能式位移测量装置，其特征在于，与被测部分连接，所述被测部分包括被测物体、驱动单元和齿条，所述被测物体由所述驱动单元驱动做旋转运动，所述齿条的底部和所述被测物体连接，以使得所述被测物体的旋转运动带动所述齿条平动；所述装置包括：
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摩擦内层包括转子摩擦层，所述转子摩擦层为扇面结构，所述扇面结构外侧粘贴有所述内摩擦电极；所述摩擦外层包括定子摩擦层，所述定子摩擦层为顶部开槽的圆环结构，所述圆环结构内侧粘贴有所述外摩擦电极，所述圆环结构的内侧半径和所述转子摩擦层的半径相等。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述摩擦内层还包括轴连接孔，所述轴连接孔和所述转子摩擦层通过杆状刚性结构固定连接，所述轴连接孔为通孔结构，所述轴连接孔与所述传动轴的第二端连接，以使得所述摩擦内层的转动速度和所述传动轴的转动速度相同。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述传动部分还包括轴承座和轴承，所述轴承由所述轴承座固定，所述传动轴穿过轴承和所述机架板上的传动轴孔，所述传动轴的第一端
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述摩擦部分还包括圆柱销；所述摩擦外层还包括配合滑块，所述配合滑块与所述机架连接以固定所述摩擦外层；所述配合滑块上设置有两个圆柱通孔，所述圆柱通孔和所述圆柱销连接以固定所述轴承座。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机架、所述机架板、所述摩擦内层和所述摩擦外层均由3D打印成型。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内摩擦电极从内到外依次粘贴有双面胶、负电极材料和聚四氟乙烯，所述外摩擦电极从外到内依次粘贴有海绵垫和正电极材料；当所述被测物体做旋转运动时，所述内摩擦电极和所述外摩擦电极的重叠面积发生变化，使得所述内摩擦电极和所述外摩擦电极之间产生电流信号或电压信号。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机架板上设有方形长孔结构，用于约束所述齿条在竖直方向上运动。
9.一种位移测量方法，其特征在于，应用于权利要求2-5中任一项所述的基于摩擦纳米发电机的自供能式位移测量装置，所述被测物体为偏心轮，所述驱动单元为直流电机，所述被测物体的位移为偏心轮的工作长度，所述偏心轮的工作长度为偏心轮旋转中心与其外表面的距离；所述方法包括：
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于所述电流信号或所述电压信号，计算偏心轮的工作长度，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦纳米发电机的自供能式位移测量装置，其特征在于，与被测部分连接，所述被测部分包括被测物体、驱动单元和齿条，所述被测物体由所述驱动单元驱动做旋转运动，所述齿条的底部和所述被测物体连接，以使得所述被测物体的旋转运动带动所述齿条平动；所述装置包括：
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摩擦内层包括转子摩擦层，所述转子摩擦层为扇面结构，所述扇面结构外侧粘贴有所述内摩擦电极；所述摩擦外层包括定子摩擦层，所述定子摩擦层为顶部开槽的圆环结构，所述圆环结构内侧粘贴有所述外摩擦电极，所述圆环结构的内侧半径和所述转子摩擦层的半径相等。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述摩擦内层还包括轴连接孔，所述轴连接孔和所述转子摩擦层通过杆状刚性结构固定连接，所述轴连接孔为通孔结构，所述轴连接孔与所述传动轴的第二端连接，以使得所述摩擦内层的转动速度和所述传动轴的转动速度相同。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述传动部分还包括轴承座和轴承，所述轴承由所述轴承座固定，所述传动轴穿过轴承和所述机架板上的传动轴孔，所述传动轴的第一端通过螺钉与所述齿轮连接，以使得所述传动轴的转动速度和所述齿轮的转动速度相同。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，...
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