基于摩擦发电的压力传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于摩擦发电的压力传感器，该压力传感器包括承压部件（1）和底座（2），承压部件（1）和底座（2）之间设置有摩擦发电部件（3），摩擦发电部件（3）与外电路相连，当压力作用于承压部件（1）并使承压部件（1）和底座（2）之间的距离改变时，摩擦发电部件（3）能够在外电路中产生用于显示压力变化的电量。本实用新型专利技术的一种基于摩擦发电的压力传感器精度高、测量范围广、结构简单、抗干扰性能好。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
基于摩擦发电的压力传感器
本技术涉及传感器
，具体的说，涉及一种基于摩擦发电的压力传感器，该压力传感器可以很方便的应用在各种工业自控环境中。
技术介绍
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。目前常用的压力传感器主要为电容式压力传感器和电阻应变式压力传感器。常见的电容式压力传感器主要是静电容量型，例如将玻璃的固定极和硅的可动极相对设置而形成电容，并将通过外力(压力)使可动极变形所产生的静电容量的变化转换成电气信号。但是，这种压力传感器存在输出阻抗高，负载能力差，易受外界干扰产生不稳定现象，严重时甚至无法工作、输出特性非线性、寄生电容影响大的缺点。而电阻应变式压力传感器是利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理进行工作，它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱。众所周知，采用摩擦技术构建的能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用。并且，由于其环保、节能、自驱动性质，受到了广泛关注。随着王中林教授研究组研发的压电摩擦发电部件首次将机械能转换为电能以来，以压电和摩擦电为基础的不同结构和材料的摩擦发电部件相继问世。目前，将摩擦发电部件应用于压力传感器的报道还没有出现。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种精度高、测量范围广、结构简单、抗干扰性能好的基于摩擦发电的压力传感器。为实现上述目的，本技术的一种基于摩擦发电的压力传感器的具体技术方案为:—种基于摩擦发电的压力传感器，包括承压部件和底座，其中，承压部件和底座之间设置有摩擦发电部件，摩擦发电部件与外电路相连，当压力作用于承压部件并使承压部件和底座之间的距离改变时，摩擦发电部件能够在外电路中产生用于显示压力变化的电量。进一步，摩擦发电部件包括第一发电部和第二发电部，第一发电部和第二发电部相互接触并形成摩擦面，当承压部件和底座之间的距离改变时，该接触形成的摩擦面的面积能够改变，进而产生显示压力变化的电量。一种压力检测装置，包括基于摩擦发电的压力传感器和外电路，外电路包括:电容器，与摩擦发电部件相连，用于收集摩擦发电部件产生的电量；模数转换器，用于将电容器中的模拟电压值转换为数字电压值；单片机，与显示屏和输出接口相连，用于接收模数转换器输出的电压值，并通过输出接口输出，以及控制显示屏进行显示。本技术的基于摩擦发电的压力传感器利用摩擦发电的原理，通过载荷的变化，将载荷的重量变化转换为摩擦发电部件的接触面积变化，利用摩擦接触面积与输出电压的线性关系，可以直观的表征出载荷的重量。克服了传统压力电容器的易受静电、电磁场干扰的缺点，并且具有精度高，测量范围广，使用环境广泛的优点。并且基于摩擦发电的压力传感器具有自供电的特性，从而制备的压力传感器无需外部电源即可正常工作。另外，本技术的基于摩擦发电的压力传感器中的摩擦发电机具有制作工艺简单、成本低、易于大规模工业化生产的特点，故使其整体也具有制作工艺简单、成本低、易于大规模工业化生产的特点。【附图说明】图1为本技术的基于摩擦发电的压力传感器的第一实施例的立体结构图；图2为图1中的基于摩擦发电的压力传感器的剖视图；图3为图2中的摩擦发电部件的替代实施例的结构示意图；图4为图1中的承压部件的替代实施例的结构示意图；图5为图1中的承压部件的另一替代实施例的结构示意图；图6为本技术的基于摩擦发电的压力传感器的第二实施例的内部结构图；图7为图6中的基于摩擦发电的压力传感器的剖视图；图8为图7中的基于摩擦发电的压力传感器沿A-A向的剖视图；图9为图6中的基于摩擦发电的压力传感器中的摩擦发电部件的结构放大图；图10为本技术的基于摩擦发电的压力传感器的第三实施例的内部结构图；图11为图10中的基于摩擦发电的压力传感器的剖视图；图12为图11中的基于摩擦发电的压力传感器沿A-A向的剖视图；图13为图10中的基于摩擦发电的压力传感器中的摩擦发电部件的结构放大图；图14为本技术的基于摩擦发电的压力传感器的电路结构示意图；图15为本技术的基于摩擦发电的压力传感器的测试线条图。【具体实施方式】为了更好的了解本技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本技术的一种基于摩擦发电的压力传感器做进一步详细的描述。如图1和图2所示，其描述了本技术的基于摩擦发电的压力传感器的第一实施例。其中，本实施例的压力传感器包括正对设置的承压部件I和底座2，承压部件I和底座2之间通过多根导向杆5相连，且导向杆5上套设有弹性部件4，具体来说，弹性部件4为套设在承压部件I和底座2之间的导向杆5上的弹簧，由此，当对承压部件I施加外力时，承压部件I可相对底座2移动，从而改变承压部件I与底座2之间的距离。应注意的是，本实施例中的承压部件I和底座2的材料可为但不仅限于铝合金、合金钢、304不锈钢、316不锈钢。进一步，承压部件I和底座2之间还设置有摩擦发电部件3，摩擦发电部件3包括第一发电部31和第二发电部32，第一发电部31和第二发电部32相互接触并形成摩擦面，该接触形成的摩擦面的面积可以改变。具体为，本实施例中摩擦发电部件3的第一发电部31平铺在底座2上，第二发电部32的一端与第一发电部31固定连接，另一端则可活动地连接在承压部件I的底面上，使得第二发电部32整体呈现弧形状态。由此，当承压部件I与底座2之间的距离改变时，第一发电部31和第二发电部32的接触面积会相应的发生变化。当然，本实施例中也可以将摩擦发电部件3颠倒设置，也即，将摩擦发电部件3的第一发电部31平铺设置在承压部件I的底面上，而将第二发电部32的一端固定于第一发电部31上，另一端则可活动地连接在底座2上。应注意的是，本实施例中第二发电部32的一端与承压部件I底面的活动连接具体是指滑动连接，也即，当承压部件I不受载荷压力时，承压部件I相对底座2静止，第二发电部32的滑动连接端与承压部件I的底面也是相对静止地接触；而当承压部件I受到载荷压力时，承压部件I会朝向底座2移动，同时第二发电部32的滑动连接端也会沿着承压部件I的底面滑动，直至第二发电部32与第一发电部31达到平行状态。[0031 ] 由此，当压力作用于承压部件I时，第二发电部32的滑动连接端会沿着承压部件I的底面滑动，从而使第一发电部31和第二发电部32的接触面积发生变化，也即形成了更大的摩擦面。而当本实施例中的第一发电部31和第二发电部32相互接触形成摩擦面时，第一发电部31和第二发电部32上会产生静电荷,进而在第一发电部31和第二发电部32之间产生电势差，并最终在与摩擦发电部件3连接的外电路中产生电流，该电压和/或电流可用于检测施加到压力传感器上(具体为承压部件I)的外力。由于本技术中电流、电压都可以用于检测施加到压力传感器上(具体为承压部件I)的外力，故本技术中的电量指代电流和电压。具体参照图2，本实施例中的第一发电部31包括依次层叠设置的第一电极层311和第一高分子聚合物绝缘层312，第二发电部32包括依次层叠设置的第二高分子聚合物绝缘层321、第二电极层322和第二基层323。其中，第一发电部31中的第一高分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于摩擦发电的压力传感器，包括承压部件（1）和底座（2），其特征在于，承压部件（1）和底座（2）之间设置有摩擦发电部件（3），摩擦发电部件（3）与外电路相连，当压力作用于承压部件（1）并使承压部件（1）和底座（2）之间的距离改变时，摩擦发电部件（3）能够在外电路中产生用于显示压力变化的电量。

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦发电的压力传感器，包括承压部件(I)和底座(2)，其特征在于，承压部件(I)和底座(2)之间设置有摩擦发电部件(3)，摩擦发电部件(3)与外电路相连，当压力作用于承压部件(I)并使承压部件(I)和底座(2)之间的距离改变时，摩擦发电部件(3)能够在外电路中产生用于显示压力变化的电量。2.根据权利要求1所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，摩擦发电部件(3)包括第一发电部(31)和第二发电部(32)，第一发电部(31)和第二发电部(32)相互接触并形成摩擦面，当承压部件(I)和底座(2)之间的距离改变时，该接触形成的摩擦面的面积能够改变，进而产生显示压力变化的电量。3.根据权利要求2所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，承压部件(I)和底座(2 )正对设置，摩擦发电部件(3 )的第一发电部(31)平铺在底座(2 )上，第二发电部(32 )的一端与第一发电部(31)固定连接，另一端活动连接在承压部件(I)的底面上，当承压部件(I)与底座(2)之间的距离改变时，第一发电部(31)和第二发电部(32)的接触面积发生变化。4.根据权利要求3所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，承压部件(I)和底座(2)之间通过多根导向杆(5)相连，导向杆(5)上套设有弹性部件(4)。5.根据权利要求3或4所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，承压部件(I)上设置有平板状的承压面(13)，承压面(13)与承压部件(I)之间设置有多根支撑件(14)。6.根据权利要求2所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，承压部件(I)为T字型结构，包括水平部分(11)和竖直部分(12 )，底座(2 )上设置有壁板(6 )，壁板(6 )中间形成有容置承压部件(I)的竖直部分(12)的空腔(61 )，承压部件(I)的竖直部分(12)与壁板(6)的空腔(61)的侧壁之间设置有摩擦发电部件(3)。7.根据权利要求6`所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，摩擦发电部件(3)的第一发电部(31)平铺在壁板(6)中的空腔(61)的内侧壁上，第二发电部(32)的整体呈弧形状态，一端与第一发电部(31)固定连接，另一端活动置放在壁板(6)的空腔(61)中，当承压部件(I)的竖直部分(12)在壁板(6)的空腔(61)中纵向移动时，第一发电部(31)和第二发电部(32)的接触面积发生变化。8.根据权利要求7所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，承压部件(I)的水平部分(11)上纵向设置有多根导向杆(5)，导向杆(5)上套设有弹性部件(4)，底座(2)上的壁板(6)中形成有容置导向杆(5)的导向孔(63)，导向杆(5)能够在壁板(6)上的导向孔(63)中纵向移动。9.根据权利要求7或8所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，承压部件Cl)的竖直部分(12)上设置有第一轨道(121)，壁板(6)上设置有第二轨道(62)，第一轨道(121)和第二轨道(62)滑动配合，使得承压部件(I)的竖直部分(12)能够在壁板(6)的空腔(61)内纵向滑动。10.根据权利要求2所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于， 第一发电部(31)包括第一电极层(311)； 第二发电部(32)包括依次层叠设置的第二高分子聚合物绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宝荣，张涛，梁宏增，邱霄，马志海，程驰，
申请(专利权)人：纳米新能源唐山有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：