基于摩擦发电的压力传感器及压力传感系统技术方案
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器
，更具体地说，涉及一种基于摩擦发电的压力传感器及压力传感系统。
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。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而形成电容，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，易受外界干扰影响产生不稳定现象，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。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。所以目前需要一种精度高，测量范围广，结构简单，抗干扰性能好的压力传感器。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机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机相继问世。但目前，将摩擦发电机应用于压力传感器的报道还没有出现。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对现有技术的缺陷，提出一种精度...
【技术保护点】
一种基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，包括：承压部件；设置在所述承压部件的第一侧表面上的第一弹性基体，所述第一弹性基体具有规则的凸起结构；覆盖在所述第一弹性基体上、与所述第一弹性基体的凸起结构相匹配而形成对应的结构的第一结构层；底座；以及设置在所述底座的第一侧表面上的第二结构层，所述第二结构层与所述第一结构层相对设置；其中，所述压力传感器具有摩擦界面，当压力作用在所述承压部件上时，所述第一弹性基体和所述第一结构层发生形变使得所述摩擦界面的接触面积随着压力的增大而增大，所述第一结构层和/或所述第二结构层形成所述压力传感器的信号输出端。
【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，包括：
承压部件；
设置在所述承压部件的第一侧表面上的第一弹性基体，所述第一弹性基
体具有规则的凸起结构；
覆盖在所述第一弹性基体上、与所述第一弹性基体的凸起结构相匹配而
形成对应的结构的第一结构层；
底座；
以及设置在所述底座的第一侧表面上的第二结构层，所述第二结构层与
所述第一结构层相对设置；
其中，所述压力传感器具有摩擦界面，当压力作用在所述承压部件上时，
所述第一弹性基体和所述第一结构层发生形变使得所述摩擦界面的接触面
积随着压力的增大而增大，所述第一结构层和/或所述第二结构层形成所述压
力传感器的信号输出端。
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，
所述第一结构层包括依次层叠覆盖在所述第一弹性基体上的第一电极层和
第一高分子聚合物绝缘层，所述第二结构层为第二电极层；所述第一高分子
聚合物绝缘层与所述第二电极层之间形成摩擦界面，所述第一电极层和所述
第二电极层形成所述压力传感器的信号输出端。
3.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，
所述第一结构层为第一电极层，所述第二结构层包括依次层叠设置在所述底
座的第一侧表面上的第二电极层和第二高分子聚合物绝缘层；所述第一电极
层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间形成摩擦界面，所述第一电极层和所
述第二电极层形成所述压力传感器的信号输出端。
4.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，
所述第一结构层包括依次层叠覆盖在所述第一弹性基体上的第一电极层和
第一高分子聚合物绝缘层，所述第二结构层包括依次层叠设置在所述底座的
第一侧表面上的第二电极层和第二高分子聚合物绝缘层；所述第一高分子聚
\t合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层之间形成摩擦界面，所述第一电
极层和所述第二电极层形成所述压力传感器的信号输出端。
5.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，
还包括：设置在所述第一结构层与所述第二结构层之间的居间层；
所述第一结构层包括依次层叠覆盖在所述第一弹性基体上的第一电极
层和第一高分子聚合物绝缘层，所述居间层与所述第一高分子聚合物绝缘层
之间形成摩擦界面。
6.根据权利要求5所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，
所述第二结构层包括依次层叠设置在所述底座的第一侧表面的第二电极层
和第二高分子聚合物绝缘层；
在没有压力作用时所述居间层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间具
有一定空隙，所述居间层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间也形成摩擦界
面；或者，所述居间层直接固设在所述第二高分子聚合物绝缘层上。
7.根据权利要求5所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，
还包括：设置在所述底座的第一侧表面上的第二弹性基体，所述第二弹性基
体具有规则的凸起结构，所述第二结构层覆盖在所述第二弹性基体上，与所
述第二弹性基体的凸起结构相匹配而形成对应的结构；
所述第二结构层包括依次层叠覆盖在所述第二弹性基体上的第二电极
层和第二高分子聚合物绝缘层，所述居间层与所述第二高分子聚合物绝缘层
之间也形成摩擦界面。
8.根据权利要求6或7所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在
于，所述居间层为高分子聚合物薄膜层，所述第一电极层和所述第二电极层
形成所述压力传感器的信号输出端；或者，所述居间层为电极层，所述第一
电极层、所述第二电极层和所述居间层中的任两者或三者形成所述压力传感
器的信号输出端。
9.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，
所述第一弹性基体包括一体成型的弹性基层和在所述弹性基层上形成的所
述凸起结构。
10.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，
还包括：设置在所述承压部件的第二侧表面的第一绝缘层以及设置在所述底
座的第二侧表面的第二绝缘层。
11.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，
还包括：设置在所述承压部件和所述第一弹性基体之间的第一绝缘层以及设
置在所述第二结构层和所述底座之间的第二绝缘层。
12.根据权利要求1-11任一项所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特
征在于，所述凸起结构由多个凸起单元形成；每个凸起单元的凸起高度为
1mm-1m，凸起宽度为1mm-1m；凸起单元之间的间距为1mm-1m。
13.根据权利要求12所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，
所述多个凸起单元呈条状分布，所述凸起单元的横截面为三角形、半圆形、
梯形或半椭圆形；或者，所述多个凸起单元呈矩阵分布，所述凸起单元为半
球体、圆锥体、半圆锥体、正四面体、水珠型结构或墨西哥金字塔型结构。
14.根据权利要求1-11任一项所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特
征在于，所述承压部件的材料为铝合金、合金钢或不锈钢；所述底座的材料
为铝合金、合金钢或不锈钢。
15.根据权利要求1-11任一项所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特
征在于，所述第一弹性基体的材料为软质PVC、发泡聚氨酯、热塑性弹性体、
硅橡胶、氟橡胶或聚二甲基硅氧烷。
16.根据权利要求1-11任一项所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特
征在于，还包括：与所述信号输出端连接的电容器，用于收集电量。
17.根据权利要求16所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，
还包括：
与所述电容器的输出端连接的模数转换器，用于将所述电容器输出的模
拟电信号转换为数字电信号；
与所述模数转换器的输出端连接的微处理器，用于对所述模数转换器输
出的数字电信号进行处理得到电压输出值和压力输出值；
与所述微处理器连接的输出接口，用于将所述电压输出值和压力输出值
\t输出给外部设备。
18.根据权利要求17所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，
还包括：与所述微处理器连接的显示设备，用于显示所述电压输出值和压力
输出值。
19.根据权利要求17所述的基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，
所述输出接口包括各种电压档位的接口电路、和/或各种电流档位的接口电
路、和/或数字信号接口、和/或无线接口。
20.一种基于摩擦发电的压力传感器，其特征在于，包括：
承压部件；
设置在所述承压部件的第一侧表面上的第一结构层；
底座；
设置在所述底座的第一侧表面上的第二结构层；
位于所述第一结构层和所述第二结构层之间的居间层；
所述居间层包括：居间衬底层、设置在所述居间衬底层的第一侧表面上
的第一弹性基体以及覆盖在所述第一弹性基体上...
【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：发明
国别省市：河北;13
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