【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线传感，特别是涉及一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统。
技术介绍
1、随着人类活动的扩展，桥梁和道路等交通基础设施已经深入山脉、河流等自然环境，这对建立一个连续、全面和无线的环境检测系统又提出了新的要求。目前，基于物联网(iot)的快速发展，通过部署大量的分布式传感器节点来构建无线传感网络已经成为主流方案，并且已经广泛应用在环境监测、智慧城市以及医疗等众多领域。通常分布式传感器被广泛安置在不同的区域以满足各自具体的检测需求，并且仅需要完成特定功能的检测任务。
2、然而，目前的无线传感器网络大都是由电池直接供电，其工作时间和使用寿命会受到电池状况的制约。考虑到大量的分布式传感器经常会被部署在诸如山脉、河流甚至是极端自然环境中，这无疑增加了对电池进行维护和更换的成本。
3、为了解决电池成本问题，近年来提出了新的能量收集技术，如电磁、压电和摩擦电机制，通过从周围环境中捕获能量来实现无线传感器自供电。摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator,teng)在环境能源收集方面取得了显著进展，展现出制造材料选择灵活，成本低廉且易加工等显著优势，可以利用不同结构的teng有效地收集来自风、河流、雨滴和振动的可再生能源以用作传感器设备自供电。
4、但是，现有的基于摩擦纳米发电机的无线传感系统，其通常只使用单一的平板结构摩擦纳米发电机进行自供能。平面结构在同等条件下增加了摩擦纳米发电机的水平占用空间。此外，摩擦纳米发电机与谐振电路匹配结合只能实现单一特定功
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，通过柱状摩擦纳米发电机实现系统自供电，柱状摩擦纳米发电机占用水平位置小，在有限空间内可扩展性好高，且任意两个柱状摩擦纳米发电机可拼接，摩擦纳米发电机组的可集成度高。
2、本专利技术提供了一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，包括：
3、多个自供能模块，自供能模块设置有旋转开关摩擦纳米发电机；
4、与自供能模块数量相等的多个用于发射不同功能无线信号的发射模块，发射模块与自供能模块电连接；
5、接收模块，用于接收多个发射模块发射的无线信号，接收模块与发射模块信号连接；
6、信号处理模块，用于接收并处理无线信号以获得目标测量参数，信号处理模块与接收模块信号连接或者电连接；
7、其中，旋转开关摩擦纳米发电机包括支撑座和固定装配于支撑座的摩擦发电组件；
8、支撑座设置有基板、固定筒和连接件，固定筒固定连接于基板的一侧，连接件固定连接于固定筒远离基板的一端；
9、基板设置有可以与连接件匹配安装的连接孔，多个自供能模块的多个旋转开关摩擦纳米发电机通过连接孔和连接件集成装配；
10、摩擦发电组件包括旋转机构、fep薄膜套层以及两片发电铜电极，fep薄膜套层套接于固定筒外侧，两片发电铜电极均贴合固定于固定筒靠近基板的外侧，旋转机构滑动套接于fep薄膜套层；
11、旋转机构设置有旋转主体和手柄，旋转主体为侧面具有开口的筒状结构，手柄固定连接于旋转主体开口相对的外侧，旋转主体内部设置有泡棉层和铜箔层，泡棉层与旋转主体贴合固定，铜箔层与贴合固定于泡棉层远离旋转主体的一侧。
12、在其中一个实施例中，发射模块包括发射谐振电路和尖端结构；
13、发射谐振电路包括依次串联的等效电阻r0、传感器单元和等效电感l0，旋转开关摩擦纳米发电机和尖端结构均串联于发射谐振电路；
14、传感器单元为具有不同功能的电感传感器单元或电容传感器单元，电感传感器单元包括一个电感传感器ls，电容传感器单元包括一个电容传感器cs和一个具有固定值的与电容传感器并联的电感传感器ls。
15、在其中一个实施例中，尖端结构包括底板以及固定在底板上的两个三角形铜箔片，两个三角形铜箔片的尖端位于同一条直线上且距离为0.5mm；
16、三角形铜箔片的厚度为500μm。
17、在其中一个实施例中，接收模块包括串联的铜线圈和示波器，信号处理模块为计算机终端，示波器与计算机终端电连接或者信号连接；
18、计算机终端用于将示波器发送的时域波形经过fft变换得到频域波形，然后利用深度学习算法提取时域波形和频域波形的不同特征以确定目标测量参数。
19、在其中一个实施例中，固定筒靠近基板的一端沿轴线对称设置有两个导线孔，用于两片发电铜电极分别与等效电感和等效电阻的连线穿线。
20、在其中一个实施例中，发电铜电极的厚度为50μm，fep薄膜套层的厚度为200μm，泡棉层的厚度为300μm。
21、在其中一个实施例中，还设置有密封板，密封板设置有凹槽，多个旋转开关摩擦纳米发电机集成装配为旋转开关摩擦纳米发电机组后，密封板固定装配于旋转开关摩擦纳米发电机组暴露的连接上。
22、在其中一个实施例中，铜线圈的电感值为20μh，直径为80mm。
23、本专利技术的有益效果：
24、(1)本专利技术的基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统采用摩擦纳米发电机进行自供电，无需电池，降低了系统的维护成本。
25、(2)本专利技术的摩擦纳米发电机为柱状结构，柱状结构占用水平位置小，在有限空间内可扩展性好高。
26、(3)本专利技术中任意两个柱状摩擦纳米发电机可通过连接件和连接孔拼接，则相邻的两个柱状摩擦纳米发电机可相互拼接起来，则摩擦纳米发电机组的可集成度高。
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1.一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，所述发射模块包括发射谐振电路(200)和尖端结构(300)；
3.根据权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，所述尖端结构(300)包括底板以及固定在所述底板上的两个三角形铜箔片，两个三角形铜箔片的尖端位于同一条直线上且距离为0.5mm；
4.根据权利要求3所述的一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，所述接收模块包括串联的铜线圈(400)和示波器(500)，所述信号处理模块为计算机终端，所述示波器(500)与所述计算机终端电连接或者信号连接；
5.根据权利要求4所述的一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，所述固定筒(112)靠近所述基板(111)的一端沿轴线对称设置有两个导线孔(115)，用于两片发电铜电极(123)分别与等效电感和等效电阻的连线穿线。
6.根据权利要求5所述的一
7.根据权利要求6所述的一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，还设置有密封板(600)，所述密封板(600)设置有凹槽，多个旋转开关摩擦纳米发电机(100)集成装配为旋转开关摩擦纳米发电机(100)组后，所述密封板(600)固定装配于所述旋转开关摩擦纳米发电机(100)组暴露的连接上。
8.根据权利要求4所述的一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，所述铜线圈(400)的电感值为20μH，直径为80mm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，所述发射模块包括发射谐振电路(200)和尖端结构(300)；
3.根据权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，所述尖端结构(300)包括底板以及固定在所述底板上的两个三角形铜箔片，两个三角形铜箔片的尖端位于同一条直线上且距离为0.5mm；
4.根据权利要求3所述的一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，所述接收模块包括串联的铜线圈(400)和示波器(500)，所述信号处理模块为计算机终端，所述示波器(500)与所述计算机终端电连接或者信号连接；
5.根据权利要求4所述的一种基于摩擦纳米发电机的自供电多功能无线传感系统，其特征在于，所述固定筒(112)靠近所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵欣懋，刘龙，胡桐，苏一峰，尹德智，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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