自驱动风传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种自驱动风传感器，传感摩擦发电机为多个，每个传感摩擦发电机包括上下两块绝缘基底，两个绝缘基底相对的面上分别粘贴导电电极作为上下极，绝缘基底与导电电极的尺寸大小相同，上下两块绝缘基底上的导电电极之间有间隙，在上、下的导电电极之间设置PTFE薄膜，PTFE薄膜的尺寸小于绝缘基底，PTFE薄膜的厚度小于上、下的导电电极之间的间隙，绝缘基底、导电电极以及PTFE薄膜装成一端固定、另一端为自由端的书状结构；多个传感摩擦发电机围成多边形的传感器，每个传感摩擦发电机分别用铜线引出电流，并在各自的电路上连接指示灯和能得出发电机频率的测量装置。制作简单，成本低，输出稳定，测量范围大，灵敏度高且无需电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风传感器，特别涉及一种自驱动的风传感器。
技术介绍
风传感器包括风速传感器和风向传感器，已经被广泛应用于气象、农业、军事等各个方面，其风速的测量范围和测量精度从0.1米每秒到上百米每秒。而常见的风速传感器的原理主要分为三类：机械转动型，光电转换型，还有超声波型。它们都各有优缺点，其都有的缺点就是：一、体积大，风向单一；二、测量范围、测量精度、响应时间不能都达到最优；三、都需要外电源供电；四、价格相对昂贵。摩擦电纳米发电机是利用摩擦电效应和静电感应效应原理得以实现的，其结构简单，成本低廉，可以收集生活环境中不同形式的机械能将其转化为电能，这不仅可以用来发电提供电子设备使用，而且可以根据转化关系测量出相应机械的一些物理信息，比如速度、加速度、方向、压力、频率等。
技术实现思路
针对现有的问题，本专利技术的目的在于提供一种自驱动风传感器，首次将摩擦发电机应用到风传感器，可准确测量风速和风向等信息。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是这样的：一种自驱动风传感器，其特征在于：包括收集风能的摩擦发电机。上述方案中：所述传感摩擦发电机为多个，每个传感摩擦发电机包括上下两块绝缘基底(1)，两个绝缘基底(1)相对的面上分别粘贴导电电极(2)作为上下极，所述绝缘基底(1)与导电电极(2)的尺寸大小相同，所述上下两块绝缘基底(1)上的导电电极(2)之间有间隙，在上、下的导电电极(2)之间设置PTFE薄膜(3)，所述PTFE薄膜(3)的尺寸小于绝缘基底(1)，所述PTFE薄膜(3)的厚度小于上、下的导电电极(2)之间的间隙，所述绝缘基底(1)、导电电极(2)以及PTFE薄膜(3)装成一端固定、另一端为自由端的书状结构；多个传感摩擦发电机围成多边形的传感器，每个传感摩擦发电机分别用铜线引出电流，并在各自的电路上连接指示灯(5)和能得出发电机频率的测量装置。采用上述方案，本专利技术将摩擦发电机应用于风传感器，PTFE和导电电极做摩擦材料，其中导电电极同时充当上下电极，这样就得到一个收集风能的摩擦发电机(WTEG),然后我们将相同的单元(摩擦发电机)在同一水平面的不同方向排列成多边形，就可以得到一个收集风能并利用收集到的能量来驱动自身的风传感器。通过分析发现，发电机频率与风速大小的呈线性关系较好，通过发电机频率来计算风速大小，用各个方向的小灯泡是否发光来确定风向，精准度可达到0.12m/s。该装置：一、体积小，可实现多风向检测；二、测量范围、测量精度、响应时间能都达到最优；三、不需要外电源供电；四、价格相对便宜。作为上述方案的优选：所述能得出发电机频率的测量装置包括整流器(4)、电路放大器(6)、电流测量模块(7)、电压测量模块(8)和显示单元(9)，所述整流器(4)连接在指示灯(5)之前，所述整流器(4)同时与电路放大器(6)相连，所述电路放大器(6)信号输出端与电流测量模块(7)和电压测量模块(8)相连，所述电流测量模块(7)和电压测量模块(8)的信号输出端与显示单元(9)的信号接收端相连。我们用电路放大器放大电流后测量各个方向整流后输出的电流、电压，根据电流图像得到发电机频率。作为上述方案的优选：所述能得出发电机频率的测量装置为串联在电路上的示波器。示波器为现有技术，可以直接将电信号变换成看得见的图象。作为上述方案的优选：采用计数模块测量发电机频率。上述方案中：所述绝缘基底为亚克力板。上述方案中：所述传感摩擦发电机为八个，八个所述传感摩擦发电机围成八边形。根据八卦东、南、西、北、西南、西北、东北和东南布置，可以收集到来自各个方向的风能。在上述方案中：上、下的所述导电电极之间的间隙为1.5mm。上述方案中：所述多边形的传感器的每个边的传感摩擦发电机的下方还可以叠加至少一层发电摩擦发电机以增大输出电流，所述发电摩擦发电机的结构与传感摩擦发电机完全相同，每层的发电摩擦发电机并联。通过垂直叠加发电摩擦发电机，并联输出，来提高单位体积的风能的转化效率。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比：本专利技术首次采用了摩擦发电机原理，设计出一款可以收集多个方向的风能进行驱动自身的风传感器，此传感器不需要改变方向，便可随机测量来自多个不同方向的风向和风速信息。同时可以叠加多层发电摩擦发电机，提高风能的利用率，增大输出，充当其它电子设备的能量源，制作简单，成本低，输出稳定，测量范围大，灵敏度高且无需电池，应用前景好。附图说明图1为本传感器的发电原理示意图(a左)，有限元计算电势分布图(a右)，风速为12m/s时，输出电流电压示意图(b)。图2为发电机频率与风速大小的线性关系图。图3为输出电流与风速大小的关系图。图4为实施例1传感摩擦发电机的结构示意图。图5为实施例2的传感摩擦发电机的结构示意图。图6为实施例3的传感摩擦发电机的结构示意图。图7为发电摩擦发电机的结构图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的描述：实施例1如图4所示，取两片完全相同的亚克力(4cm×1.5cm)(大小不限于此)板为绝缘基底1。两个绝缘基底1相对的面上分别粘贴导电电极2作为上下极，绝缘基底1与导电电极2的尺寸大小相同，上下两块绝缘基底1上的导电电极2之间有间隙，该间隙为1.5mm，在上、下的导电电极2之间设置PTFE薄膜3，PTFE薄膜3的尺寸(长和宽)略小于绝缘基底1，PTFE薄膜3的厚度小于上、下的导电电极2之间的间隙，绝缘基底1、导电电极2以及PTFE薄膜3装成一端固定、另一端为自由端的书状结构。多个这样的传感摩擦发电机围成多边形，这里优选为八个传感摩擦发电机，围成八边形。每个传感摩擦发电机分别用铜线引出电流，铜线连通上下的导电电极2，并在各自的电路上连接整流器4和指示灯5。整流器4引一条线与电路放大器6相连，电路放大器6信号输出端与电流测量模块7和电压测量模块8相连，电流测量模块7和电压测量模块8的信号输出端与显示单元9的信号接收端相连。整流后的电流通过电路放大器6放大后采用电流测量模块7和电压测量模块8测量电流和电压，显示单元9显示电流图像。从图2和图3可以看出，频率与风速大小的线性关系更好。从电流图像得到发电机频率，根据图2的发电机频率与风速大小的线性关系图得出风速的大小。当某个方向有风，传感摩擦发电机就能收集到该方向上的风能，转化为电能，该方向的指示灯就会亮起，同时，也能测试出风能的大小。实施例2，其它与实施例1相同，不同的是如图5所示，每个摩擦发电机分别用铜线引出电流，并在各自的电路上连接示波器10和指示灯5。示波器10用于测量发电机频率。实施例3，其它与实施例1相同，不同的是，采用计数模块11来测量发电机频率。采用技术模块11测量发电机频率的方法为现有技术，如专利文献CN103869155A中公开的方法。实施例4，其他与实施例1、2或3相同，不通的是，多边形的传感器的每个边的传感摩擦发电机的下方还可以叠加至少一层发电摩擦发电机以增大输出电流，所述发电摩擦发电机的结构与传感摩擦发电机完全相同，每层的发电摩擦发电机并联，层与层之间再并联，每个发电摩擦发电机采用铜线引出电流，铜线连通上下的导电电极2，并在各自的电路上连接整流器4和电容器12。通过垂直叠加发电摩擦发电机，并联输出，来提高单位体积的风能的转化效率。这样自驱动风传感器也能作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自驱动风传感器，其特征在于：包括收集风能的传感摩擦发电机。

【技术特征摘要】
1.一种自驱动风传感器，其特征在于：包括收集风能的传感摩擦发电机。2.根据要求1所述自驱动风传感器，其特征在于：所述传感摩擦发电机为多个，每个传感摩擦发电机包括上下两块绝缘基底(1)，两个绝缘基底(1)相对的面上分别粘贴导电电极(2)作为上下极，所述绝缘基底(1)与导电电极(2)的尺寸大小相同，所述上下两块绝缘基底(1)上的导电电极(2)之间有间隙，在上、下的导电电极(2)之间设置PTFE薄膜(3)，所述PTFE薄膜(3)的尺寸小于绝缘基底(1)，所述PTFE薄膜(3)的厚度小于上、下的导电电极(2)之间的间隙，所述绝缘基底(1)、导电电极(2)以及PTFE薄膜(3)装成一端固定、另一端为自由端的书状结构；多个传感摩擦发电机围成多边形的传感器，每个传感摩擦发电机分别用铜线引出电流，并在各自的电路上连接指示灯(5)和能得出发电机频率的测量装置。3.根据权利要求2所述自驱动风传感器，其特征在于：所述能得出发电机频率的测量装置包括整流器(4)、电路放大器(6)、电流测量模块(7)、电压测量模块(8)和显示单元(9)，所述整流器(4)连接在...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚伊，李文龙，郭恒宇，胡陈果，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50