带有身份信息的自供电摩擦纳米发电机无线传感发射系统技术方案

本发明专利技术公开了带有身份信息的自供电摩擦纳米发电机无线传感发射系统。现有摩擦纳米发电机的无线传感和发射系统，需外部有源电路充电，不是真正意义的自供电传感发射系统。本发明专利技术包括带机械开关结构的摩擦纳米发电机和射频身份识别信号产生与发射电路；带机械开关结构的摩擦纳米发电机产生传感信号，通过射频身份识别信号产生与发射电路在无需外置电源的情况下发射出自带射频身份识别信息。本发明专利技术在外部待测参量变化时，无线接收到的激光信号的幅值改变，但是无线接收到的激光信号的谐振频率不变，射频身份识别信息稳定，不会产生误判。

Wireless sensing transmitter system of self powered friction nano generator with identity information

The invention discloses a wireless sensing and transmitting system of self powered friction nano generator with identity information. The existing wireless sensing and transmitting systems of friction nano-generators need to be charged by an external active circuit, which is not really a self-powered sensing and transmitting system. The invention comprises a friction nano-generator with a mechanical switch structure and a radio frequency identification signal generating and transmitting circuit; a friction nano-generator with a mechanical switch structure generates a sensing signal, and a radio frequency identification signal is generated and transmitted by a radio frequency identification signal generating and transmitting circuit without external power supply. Interest. When the external parameters are changed, the amplitude of the laser signal received by wireless is changed, but the resonant frequency of the laser signal received by wireless is unchanged, the radio frequency identification information is stable, and no misjudgment is produced.

【技术实现步骤摘要】
带有身份信息的自供电摩擦纳米发电机无线传感发射系统
本专利技术属于摩擦纳米发电机传感器
，具体涉及一种带有身份信息的自供电摩擦纳米发电机无线传感发射系统。
技术介绍
目前，传感器网络技术获得了长足的发展，应用于各行各业；传感器网络还是物联网的基础和核心。用于传感器网络和物联网的传感器数目巨大，且与控制和信息处理系统和设备的连接复杂繁琐；而为这些巨量独立传感器供能是一个亟待解决的问题。传统的电池技术由于其成本高、需要大量人力来维护等缺点，已经难以满足巨量传感器的应用。解决传感器网络供能问题最有前景的方法之一就是使用自供能器件或能量收集器。摩擦纳米发电机(TriboelectricNanogenerator，TENG)作为输出电信号功率最高的自供能器件，可以通过将传感器所在环境周围的难以收集的机械能(雨滴滴落、风吹和振动等)转化为电能，用于解决传感器网络的供能问题。除了利用TENG作为能量源给传感器供电外，TENG的电能输出大小还与摩擦情况(摩擦接触力、频率等)和环境条件(温度、湿度和气压等)有关，所以还可以通过将TENG设计成不同传感结构，使其成为自供能传感器，直接应用于传感器网络中替代传统传感器，来感知压力(力)、碰撞、振动、应力(应变)、位移、湿度和温度等物理量。为了解决传感器网络和可穿戴设备的供电问题，低成本和高电能输出的摩擦纳米发电机被广泛研究。2014年3月27日公开的美国专利US20140084748A1“Triboelectricnanogeneratorforpoweringportableelectronics”首次提出了一种用于可穿戴式设备供电的摩擦纳米发电机结构。由于无线传感发射需要较大能量，在不使用功率管理电路的情况下，直接利用TENG进行无线实时传感一般较难实现。同时由于TENG的输出阻抗极大，GangCheng等人2013年6月24号发表的文章“PulsedNanogeneratorwithHugeInstantaneousOutputPowerDensity”提出了一种利用机械开关结构提高TENG瞬间电信号输出的方法，最大瞬时电流密度和输出功率密度分别可达104A/m2和3.6×105W/m2。另外，由于TENG的输入阻抗高达几十到几百兆欧姆，而一般电路的输入阻抗较低，使得它与后端电路阻抗无法匹配，导致电信号实际输出衰减巨大。PareshVasandani等人于2017年9月23日发表的文章“Usingasynchronousswitchtoenhanceoutputperformanceoftriboelectricnanogenerators”利用了一种同步开关的结构，将TENG的输入阻抗从兆欧姆量级降低到了欧姆至几十欧姆量级，使得TENG可以与后端电路有效匹配和连接。另外，传感器网络中拥有大量的接入传感器，由于TENG的输出信号携带信息量不够，无法区别出传感器网络中不同TENG传感器信号的来源，限制了TENG在传感器网络中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种带有身份信息的自供电摩擦纳米发电机无线传感发射系统。本专利技术包括带机械开关结构的摩擦纳米发电机和射频身份识别信号产生与发射电路。所述的射频身份识别信号产生与发射电路包括电容C、电阻R、变压器T和无线信号产生器；变压器T的输入线圈一端与电容C一端连接，另一端与电阻R一端连接，电容C另一端与电阻R另一端连接；变压器T的输出线圈两端与无线信号产生器两端分别连接；带机械开关结构的摩擦纳米发电机的电压信号输出端连接在电容C两端；所述的电容C、电阻R和变压器T中的输入线圈和输出线圈组成RLC电路。带机械开关结构的摩擦纳米发电机输出的电压信号在RLC电路中产生谐振信号，谐振信号经过变压器T输入到无线信号产生器中，使无线信号产生器在谐振信号的驱动下闪烁、发射激光信号或发射电磁波信号，闪烁频率、激光信号频率或电磁波信号频率作为射频身份识别信号产生与发射电路中谐振信号的谐振频率，该谐振信号的谐振频率即为带机械开关结构的摩擦纳米发电机输出电压信号的射频身份识别信息。作为优选，所述电阻的阻值范围在0欧姆到1000欧姆。作为优选，所述输入线圈和输出线圈的电感值范围为1微亨到100毫亨。作为优选，所述电容的电容值范围为0法到10微法。作为优选，所述射频身份识别信号产生与发射电路所产生的谐振信号谐振频率通过电容C、变压器T中的输入线圈或输出线圈电感其中一个的变化，或者它们的组合变化来控制。作为优选，所述变压器的输入线圈与输出线圈的匝数比为1：1。作为优选，所述的无线信号产生器为发光二极管或激光二极管；作为优选，所述的无线信号产生器为两个感应线圈、两个谐振型线圈、谐振器或微带天线；无线信号产生器为两个感应线圈或两个谐振型线圈时，其中一个感应线圈或谐振型线圈两端接入变压器的输出线圈两端，另一个感应线圈或谐振型线圈作为输出；无线信号产生器为谐振器或微带天线时，谐振器或微带天线的输入端接入变压器的输出线圈两端；两个感应线圈、两个谐振型线圈、谐振器或微带天线发射电磁波信号。作为优选，所述带机械开关结构的摩擦纳米发电机是检测压力、振动、应力、应变、位移、湿度或温度的带机械开关结构的摩擦纳米传感器。本专利技术具有的有益效果：现阶段大部分基于摩擦纳米发电机的无线传感和发射系统，都需要外部有源的能量管理电路来对电池进行充电和后续的用电，使其不是真正意义上的自供电传感发射系统。本专利技术可以在无需外部有源的能量管理电路和电池的情况下，实时响应外部待测参量(比如压力、振动等)的激发，发射出可以传播至少3米的光信号、激光信号或电磁波信号。另外，传统的基于摩擦纳米发电机的无线传感和发射系统，发射的无线信号不带有身份识别信息，而本专利技术通过无需电源的身份识别信息产生电路对来自带有机械开关的摩擦纳米发电机的电压信号进行调制，使其带有不同的身份标签，十分适合于组建真正自供电的基于摩擦纳米发电机的无线传感网络。本专利技术在外部待测参量变化时，无线接收到的激光信号的谐振频率不变，射频身份识别信息稳定，不会产生误判。本专利技术通过改变电容C的电容值来改变RLC电路的谐振频率(且电容C确定后，该RLC电路的谐振频率就是固定的)，达到获得不同射频身份识别信号的目的。本专利技术可以用于生产工艺，设备的无线无源检测和监控，压力、位移等引起的自动启动装置，入口人员计数、战场监控，防盗等。附图说明图1是本专利技术实施例在射频身份识别信号产生与发射电路中采用激光二极管作为无线信号发射源时的电路原理示意图。图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)、图2(e)分别是本专利技术实施例在电容的电容值为0皮法、112皮法、195皮法、336皮法及451皮法时射频身份识别信号产生与发射电路发射的带有不同射频身份识别信息的无线传感发射信号的电压测试时域图。图3是本专利技术实施例在电容的电容值为0皮法、112皮法、195皮法、336皮法、451皮法时射频身份识别信号产生与发射电路发射的带有不同射频身份识别信息的无线传感发射信号的电压测试频域图。图4是本专利技术实施例中带机械开关结构的摩擦纳米发电机在不同受力下射频身份识别信号产生与发射电路发射的带有不同射频身份识别信息的无线传感发射信号的电压测试时域图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.带有身份信息的自供电摩擦纳米发电机无线传感发射系统，其特征在于：包括带机械开关结构的摩擦纳米发电机和射频身份识别信号产生与发射电路；所述的射频身份识别信号产生与发射电路包括电容C、电阻R、变压器T和无线信号产生器；变压器T的输入线圈一端与电容C一端连接，另一端与电阻R一端连接，电容C另一端与电阻R另一端连接；变压器T的输出线圈两端与无线信号产生器两端分别连接；带机械开关结构的摩擦纳米发电机的电压信号输出端连接在电容C两端；所述的电容C、电阻R和变压器T中的输入线圈和输出线圈组成RLC电路；带机械开关结构的摩擦纳米发电机输出的电压信号在RLC电路中产生谐振信号，谐振信号经过变压器T输入到无线信号产生器中，使无线信号产生器在谐振信号的驱动下闪烁、发射激光信号或发射电磁波信号，闪烁频率、激光信号频率或电磁波信号频率作为射频身份识别信号产生与发射电路中谐振信号的谐振频率，该谐振信号的谐振频率即为带机械开关结构的摩擦纳米发电机输出电压信号的射频身份识别信息。

【技术特征摘要】
1.带有身份信息的自供电摩擦纳米发电机无线传感发射系统，其特征在于：包括带机械开关结构的摩擦纳米发电机和射频身份识别信号产生与发射电路；所述的射频身份识别信号产生与发射电路包括电容C、电阻R、变压器T和无线信号产生器；变压器T的输入线圈一端与电容C一端连接，另一端与电阻R一端连接，电容C另一端与电阻R另一端连接；变压器T的输出线圈两端与无线信号产生器两端分别连接；带机械开关结构的摩擦纳米发电机的电压信号输出端连接在电容C两端；所述的电容C、电阻R和变压器T中的输入线圈和输出线圈组成RLC电路；带机械开关结构的摩擦纳米发电机输出的电压信号在RLC电路中产生谐振信号，谐振信号经过变压器T输入到无线信号产生器中，使无线信号产生器在谐振信号的驱动下闪烁、发射激光信号或发射电磁波信号，闪烁频率、激光信号频率或电磁波信号频率作为射频身份识别信号产生与发射电路中谐振信号的谐振频率，该谐振信号的谐振频率即为带机械开关结构的摩擦纳米发电机输出电压信号的射频身份识别信息。2.根据权利要求1所述的带有身份信息的自供电摩擦纳米发电机无线传感发射系统，其特征在于：所述电阻的阻值范围在0欧姆到1000欧姆。3.根据权利要求1所述的带有身份信息的自供电摩擦纳米发电机无线传感发射系统，其特征在于：所述输入线圈和输出线圈的电感值范围为1微亨到100毫亨。4.根据权利要求1所述的带有身份信息的自供电摩擦纳米发电机无线传感发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金凯，轩伟鹏，骆季奎，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33