一种基于电磁‑摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于电磁‑摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器，包括：集成为一体的电磁发电机和摩擦纳米发电机、无线发射装置和接收装置。利用电源管理电路将电磁发电机和摩擦纳米发电机的电信号输出汇聚在一起为无线发射装置供电，车辆经过产生的风能会带动发电机的旋转，从而产生脉冲电流，无线发射装置将电信号发射到接收装置，接收装置进行一次计数。本发明专利技术可以实现在偏远地区隧道和公路等长期有效的车流量检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车流量检测器，特别是涉及将车辆经过产生的风能转化为电能的不需外加电源的自驱动车流量检测器。
技术介绍
随着全国经济的发展，交通拥堵已经成为大中城市交通中的普遍现象，并且城市基础设施建设速度落后于车辆增长速度，截至2013年，全国汽车保有量为1.37亿辆，近十年汽车年均增加1100多万辆，增长量是2003年汽车数量的5.7倍，而城市道路每年仅增长3-5％，交通安全形势严峻，每年由于交通事故的发生造成巨大的经济损失。智能交通系统将先进的信息技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术以及计算机技术等有效地综合运用于整个交通运输管理体系，从而建立起一种大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理系统，可以有效地综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造，加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，减少交通事故的发生，降低能源消耗，减轻环境污染。智能交通系统的有效运行与车流量的实时准确监测有密不可分的联系，目前的车流量检测器都需要直接的电源供给，这产生了不必要的能源消耗以及环境污染，并且在安装和维护上也存在较大的困难。
技术实现思路
本专利技术涉及一种可以将车辆通过所产生的风能转化为电能的基于电磁-摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器，能够在不需要电源的情况下实现对车流量的实时检测。为实现上述目的，本专利技术采用的技术手段是：一种基于电磁-摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器，由发电底座100和风力转盘200构成；风力转盘200上的中轴220作为枢轴将风力转盘200插接在发电底座100之上，且风力转盘200的底端与发电底座100的塑料下板104固连；即：在风力带动下，风力转盘200带动塑料上板105以中轴220为枢轴作相对于塑料下板104转动；发电底座100由集成为一体的电磁发电机和摩擦纳米发电机构成；摩擦纳米发电机的构成为：覆置在塑料下板104上的第一电极层103为摩擦纳米发电机的固定部，覆置在塑料上板105上的第二电极层101和摩擦层102构成了摩擦纳米发电机的活动部；电磁发电机的构成为：覆置在塑料下板104上的线圈108和覆置在塑料上板105上的磁铁107构成了电磁发电机；摩擦纳米发电机和电磁发电机的电能由引出线引出供发射装置109供电，并通过发射装置109无线发射车流状况电信号；所述摩擦层102以及电极层103表面设置有微结构阵列修饰；所述检测器在车辆经过产生气流的作用下，叶片210带动下，风力转盘带动摩擦纳米发电机的活动部旋转产生的电能和脉冲信号经发射器传输到接收装置，实现对车流量的实时检测。这样，车辆通过时，风力转盘210带动塑料上板105旋转，线圈108中的磁通量由于磁铁107的转动发生变化，在线圈108中产生变化的电流，同时，由于第一电极层103和摩擦层102的摩擦，在第一电极层103和第二电极层101之间有脉冲电信号输出，所述摩擦层102为接触电极，第二电极层101充当背电极，产生的脉冲电信号经过整流电路和发射装置109进行无线发射，接收装置110进行接收，并且对车辆进行计数，实现车流量的实时监测。与现有技术相比，本专利技术具有下列有益效果：1、本专利技术提供的基于电磁-摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器采用最新的纳米摩擦发电技术以及电磁感应技术，相对于传统造价昂贵，体积及质量庞大的涡轮式风能发电机，它在增强发电适用性，大大的降低成本的同时仍然能保持非常有益的功率的输出。2、本专利技术提供的基于电磁-摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器采用电源管理电路，将摩擦纳米发电机和电磁发电机的电信号输出进行整合。3、采用具有一定机械强度、绝缘性能的高分子塑料作为基于电磁-摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器主要框架，成本低廉。4、对于采用纳米线阵列以及纳米孔阵列作为摩擦纳米发电机的接触面，不但可以增加接触面积，而且纳米线外壁与导电面的滑动增强发电机的摩擦起 电效果，杂化了接触起电效应和摩擦起电效应，从而大大地提高了发电机的输出功率。5、本专利技术的发电机结构简单，制备方法简单，对材料无特殊要求，可以实现在没有电源的情况下对车流量的实时监测。附图说明通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术车流量检测器的结构示意图。图2为实施例二在柔性塑料薄膜表面设置微结构阵列修饰层的表面形貌经50000倍放大后的扫描电子显微镜图谱。图3为实施例二在金属电极层表面设置微结构阵列修饰层的表面形貌经50000倍放大后的扫描电子显微镜图谱。图4为电源管理的简易电路示意图。图5、图6和图7分别为摩擦纳米发电机部分、电磁感应发电机部分和电源管理整流后的开路电压测量结果。图8、图9和图10分别为摩擦纳米发电机部分、电磁感应发电机部分和电源管理整流后的短路电流测量结果。具体实施方式下面结合附图和实施例详细介绍本专利技术基于电磁-摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器的具体实施方式。实施例一：参见图1，基于电磁-摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器包括覆置在塑料下板104上的第一电极层103和覆置在塑料上板105上的第二电极层101和摩擦层102，覆置在塑料下板104上的线圈108和覆置在塑料上板105上的磁铁107，带动转子的旋转的风力转盘210，无线发射装置109和接收装置110。塑料板105和104具有一定机械强度和厚度，车辆经过时，风力转盘210带动塑料上板105旋转，线圈108中的磁通量由于磁铁107的转动发生变化，在线圈108中产生变化的电流，同时，由于第一电极层103和摩擦层102的摩擦，在第一电极层103和第二电极层101之间有脉冲电信号输出，所述摩擦层102为接触电极，第二电极层101充当背电极，产生的脉冲电信号经过电源管理电路和发射装置109进行无线发射，接收装置110进行接收，并且对车辆进行计数，实现车流量的实时监测。本专利技术的基于电磁-摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器中，摩擦层102与第一电极层103可以完全接触及滑动后完全分开，也可以部分接触及滑动后分开，也就使其接触面积发生不断的变化。本专利技术的基于电磁-摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器利用了具有不同摩擦电极序的摩擦层材料接触时发生表面电荷转移的原理。本专利技术中所述的“摩擦电极序”，是指根据材料对电荷的吸引程度将其进行的排序，两种材料在相互接触的瞬间，在接触面上正电荷从摩擦电极序中极性较负的材料表面转移至摩擦电极序中极性较正的材料表面。迄今为止，还没有一种统一的理论能够完整的解释电荷转移的机制，一般认为，这种电荷转移和材料的表面功函数相关，通过电子或者离子在接触面上的转移而实现电荷转移。需要说明的是，摩擦电极序只是一种基于经验的统计结果，即两种材料在该序列中相差越远，接触后所产生电荷的正负性和该序列相符合的几率就越大，而且实际的结果受到多种因素的影响，比如材料表面粗糙度、环境湿度和是否有相对摩擦等。本专利技术人发现如果两种材料在摩擦电极序中处于较接近的位置，接触后电荷分布的正负性可能并不符合该序列的预测。需要进一步说明是，电荷的转移并不需要两种材料之间的相对摩擦，只要存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电磁‑摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器，其特征在于，由发电底座（100）和风力转盘（200）构成；风力转盘（200）上的中轴（220）作为枢轴将风力转盘（200）插接在发电底座（100）之上，且风力转盘的底端与发电底座的塑料下板（104）固连；即：在风力带动下，风力转盘（200）带动塑料上板（105）以中轴（220）为枢轴作相对于塑料下板（104）转动；发电底座由集成为一体的电磁发电机和摩擦纳米发电机构成；摩擦纳米发电机的构成为：覆置在塑料下板（104）上的第一电极层（103）为摩擦纳米发电机的固定部，覆置在塑料上板（105）上的第二电极层（101）和摩擦层（102）构成了摩擦纳米发电机的活动部；电磁发电机的构成为：覆置在塑料下板（104）上的线圈（108）和覆置在塑料上板（105）上的磁铁（107）构成了电磁发电机；摩擦纳米发电机和电磁发电机的电能由引出线引出供发射装置（109）供电，并通过发射装置无线发射车流状况电信号；所述摩擦层（102）以及第一电极层（103）表面设置有微结构阵列修饰；所述检测器在车辆经过产生气流的作用下，叶片（210）带动下，风力转盘带动摩擦纳米发电机的活动部旋转产生的电能和脉冲信号经发射器传输到接收装置，实现对车流量的实时检测。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁-摩擦杂化纳米发电机的自驱动无线车流量检测器，其特征在于，由发电底座（100）和风力转盘（200）构成；风力转盘（200）上的中轴（220）作为枢轴将风力转盘（200）插接在发电底座（100）之上，且风力转盘的底端与发电底座的塑料下板（104）固连；即：在风力带动下，风力转盘（200）带动塑料上板（105）以中轴（220）为枢轴作相对于塑料下板（104）转动；发电底座由集成为一体的电磁发电机和摩擦纳米发电机构成；摩擦纳米发电机的构成为：覆置在塑料下板（104）上的第一电极层（103）为摩擦纳米发电机的固定部，覆置在塑料上板（105）上的第二电极层（101）和摩擦层（102）构成了摩擦纳米发电机的活动部；电磁发电机的构成为：覆置在塑料下板（104）上的线圈（108）和覆置在塑料上板（105）上的磁铁（107）构成了电磁发电机；摩擦纳米发电机和电磁发电机的电能由引出线引出供发射装置（109）供电，并通过发射装置无线发射车流状况电信号；所述摩擦层（102）以及第一电极层（103）表面设置有微结构阵列修饰；所述检测器在车辆经过产生气流的作用下，叶片（210）带动下，风力转盘带动摩擦纳米发电机的活动部旋转产生的电能和脉冲信号经发射器传输到接收装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨维清，张彬彬，靳龙，张磊，张海涛，朱旻昊，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51