一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎制造技术

本发明专利技术属于地形监测技术领域，具体涉及一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，包括轮毂、弹性支承胎体、耐磨胎面及信号收集和处理模块，所述弹性支承胎体上布设若干孔状结构，所述孔状结构内插配双层摩擦起电材料套筒，双层摩擦起电材料套筒包括内电极圈、第一摩擦起电材料层、第二摩擦起电材料层及外电极圈。本发明专利技术提可以将摩擦运动的机械能转化为电能而无需外接电源驱动、装置具有较高的稳定性和可靠性高、产生的监测数据冗余量少、数据的保存与处理成本低，且能够基于不同项目的实际需求进行有针对性的设计调整，可解决交通与工程领域现有地形监测方法存在的可靠性不足、高数据处理成本、错误监测率高，等行业难题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎
本专利技术属于地形监测
，具体涉及一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎。
技术介绍
在交通与工程领域，复杂多样的地形带来的影响往往贯穿于整个项目，尤其对设计与施工环节影响重大，因此地形的勘探与监测往往是项目得以有序高效开展不可或缺的部分。现有的地形监测技术，通常利用遥感与图像识别等技术来实现对地形变化的感知与记录，但同时又难免存在一定的局限，比如需要外部电源的持续供给、产生大量数据而提高数据处理成本、某些特定场景下精度无法满足要求、松软物体遮掩导致误测、设备可靠性差等。柔性摩擦起电材料作为一种新兴智能材料，由于其具有将摩擦运动的机械能转化为电能的独特性质，且拥有极高的单位面积极限输出功率能力，而受到越来越广泛地关注。综合而言，柔性摩擦电发电机具有性能高效稳定、工艺简单易于大规模生产制造、具有柔性便于嵌入使用与组装、环境污染小等特点。
技术实现思路
为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎技术方案。所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于包括轮毂、套配于轮毂外的弹性支承胎体、包覆于弹性支承胎体侧面的耐磨胎面及信号收集和处理模块，所述弹性支承胎体上布设若干沿轴向设置的孔状结构，所述孔状结构内插配双层摩擦起电材料套筒，双层摩擦起电材料套筒包括依次套合的内电极圈、第一摩擦起电材料层、第二摩擦起电材料层及外电极圈，第一摩擦起电材料层与第二摩擦起电材料层能够通过摩擦生电，内电极圈和外电极圈均与所述信号收集和处理模块电连接。所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述第一摩擦起电材料层为摩擦起电阳极材料层，第二摩擦起电材料层为摩擦起电阴极材料层，或者，第一摩擦起电材料层为摩擦起电阴极材料层，第二摩擦起电材料层为摩擦起电阳极材料层，所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述信号收集和处理模块设置于轮毂上。所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述信号收集和处理模块包括模数转换器、微控制和运算器。所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述信号收集和处理模块还包括无线通信元件。所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述耐磨胎面所受压力发生变化时，所述弹性支承胎体会产生相应变形，使弹性支承胎体上的各孔状结构产生相应变形。所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述孔状结构产生相应的变形后，孔状结构内的双层摩擦起电材料套筒会产生相应的变形。所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述双层摩擦起电材料套筒产生变形时，其内的摩擦起电阳极材料层与摩擦起电阴极材料层发生相互摩擦，产生电势。所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述双层摩擦起电材料套筒将所述耐磨胎面所受压力的变化转化为电信号并传递至信号收集和处理模块。本专利技术提出的地形监测轮胎可以将摩擦运动的机械能转化为电能而无需外接电源驱动、装置具有较高的稳定性和可靠性高、产生的监测数据冗余量少、数据的保存与处理成本低，且能够基于不同项目的实际需求进行有针对性的设计调整，可解决交通与工程领域现有地形监测方法存在的可靠性不足、高数据处理成本、错误监测率高，等行业难题。此技术将地形的变化经由轮胎的变形转化为电信号输出，实现监测地形的功能；此外通过改变弹性支承胎体内多孔结构的形状、大小和排列方式，可以针对不同类型的地形进行针对性的设计和修改，从而大大提升本设计的实用性。附图说明图1为本专利技术结构示意图之一；图2为本专利技术结构示意图之二，图中示出信号收集和处理模块的具体结构；图3为本专利技术中孔状结构及其内部结构示意图之一，此时孔状结构位于未变形状态；图4为本专利技术中孔状结构及其内部结构示意图之二，此时孔状结构位于变形状态；图5为本专利技术中双层摩擦起电材料套筒结构示意图之一，此时双层摩擦起电材料套筒处于未变形状态；图6为本专利技术中双层摩擦起电材料套筒结构示意图之二，此时双层摩擦起电材料套筒处于变形状态。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图所示，一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，包括轮毂13、套配于轮毂13外的弹性支承胎体2、包覆于弹性支承胎体2侧面的耐磨胎面1及信号收集和处理模块9，所述弹性支承胎体2上布满沿轴向设置的孔状结构3，所述孔状结构3内插配双层摩擦起电材料套筒4，双层摩擦起电材料套筒4包括依次套合的内电极圈7、第一摩擦起电材料层、第二摩擦起电材料层及外电极圈14，第一摩擦起电材料层为摩擦起电阴极材料层6，第二摩擦起电材料层为摩擦起电阳极材料层5，摩擦起电阳极材料层5和摩擦起电阴极材料材料层6能够通过摩擦生电，内电极圈7和外电极圈14均与所述信号收集和处理模块9电连接。具体实施时，摩擦起电阴极材料层6和摩擦起电阳极材料层5压合于两个电极圈14之间，材料层与对应电极圈之间可部分胶合，两个电极圈的两端可安装相应的绝缘结构对材料层进行限位和保护。本专利技术也可以作如下变化：第一摩擦起电材料层为摩擦起电阳极材料层5，第二摩擦起电材料层为摩擦起电阴极材料层6。作为优化：所述信号收集和处理模块9设置于轮毂13上。作为优化：所述信号收集和处理模块9包括模数转换器10、微控制和运算器11。在上述结构中，所述信号收集和处理模块9还包括无线通信元件12。作为优化：所述耐磨胎面1所受压力发生变化时，所述弹性支承胎体2会产生相应变形，使弹性支承胎体2上的各孔状结构3产生相应变形。进一步的，所述孔状结构3产生相应的变形后，孔状结构3内的双层摩擦起电材料套筒4会产生相应的变形。进一步的，所述双层摩擦起电材料套筒4产生变形时，其内的摩擦起电阳极材料层5与摩擦起电阴极材料层6发生相互摩擦，产生电势。进一步的，所述双层摩擦起电材料套筒4将所述耐磨胎面1所受压力的变化转化为电信号并传递至信号收集和处理模块9。进一步的，所述电信号传递至信号收集和处理模块9后，可在轮胎内经过模数转换器10、微控制和运算器11的加工处理，然后直接储存，或通过无线通信元件12传送给车载终端。本专利技术的电路联系关系为：电极圈通过导线8与模数转换器10电连接，模数转换器10与微控制和运算器11电连接，微控制和运算器11与无线通信元件12电连接，无线通信元件12包括无线发射单元，无线发射单元与车载终端上无线接受单元无线连接。以图1和图2所示为例解释该地形监测技术装置的使用过程，当地形监测车辆使用本专利技术进行地形检测时，只需将轮胎更换为基于摩擦起电材料的地形监测轮胎并在目标区域行驶即可。当所行驶过的地形存在凸起或是凹陷时，耐磨胎面1受到的压力分布发生变化，弹性支承胎体2及各双层摩擦起电材料套筒4相应地发生变形，由此触发摩擦起电阳极材料层5与摩擦起电阴极材料层6互相错动生成电势，通过电极和导线8传递至信号收集和处理元件9。电信号经过模数转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于包括轮毂（13）、套配于轮毂（13）外的弹性支承胎体（2）、包覆于弹性支承胎体（2）侧面的耐磨胎面（1）及信号收集和处理模块（9），所述弹性支承胎体（2）上布设若干沿轴向设置的孔状结构（3），所述孔状结构（3）内插配双层摩擦起电材料套筒（4），双层摩擦起电材料套筒（4）包括依次套合的内电极圈（7）、第一摩擦起电材料层、第二摩擦起电材料层及外电极圈（14），第一摩擦起电材料层与第二摩擦起电材料层能够通过摩擦生电，内电极圈（7）和外电极圈（14）均与所述信号收集和处理模块（9）电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于包括轮毂（13）、套配于轮毂（13）外的弹性支承胎体（2）、包覆于弹性支承胎体（2）侧面的耐磨胎面（1）及信号收集和处理模块（9），所述弹性支承胎体（2）上布设若干沿轴向设置的孔状结构（3），所述孔状结构（3）内插配双层摩擦起电材料套筒（4），双层摩擦起电材料套筒（4）包括依次套合的内电极圈（7）、第一摩擦起电材料层、第二摩擦起电材料层及外电极圈（14），第一摩擦起电材料层与第二摩擦起电材料层能够通过摩擦生电，内电极圈（7）和外电极圈（14）均与所述信号收集和处理模块（9）电连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述第一摩擦起电材料层为摩擦起电阳极材料层（5），第二摩擦起电材料层为摩擦起电阴极材料层（6），或者，第一摩擦起电材料层为摩擦起电阴极材料层（6），第二摩擦起电材料层为摩擦起电阳极材料层（5）。


3.根据权利要求1所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述信号收集和处理模块（9）设置于轮毂（13）上。


4.根据权利要求1所述的一种基于摩擦起电材料的地形监测轮胎，其特征在于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦鹏程，杨旸，陈涛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33