一种基于摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统实现方法，涉及传感器技术领域；包括摩擦纳米发电机，用于将外部机械能转化为电能并将其输出；电容式湿度传感器，其与所属摩擦纳米发电机链接，在所述摩擦纳米发电机输出的电能驱动下，测量环境湿度；以及LC串联谐振电路，所述电路包含信号发射端与接收端，用于完成湿度传感器信号的无线传输。本发明专利技术的无线湿度传感系统组成简单，利用摩擦纳米发电机驱动，不需要额外加电源，提高了传感器的便携性，不包含电子设备和芯片，只包含无源元件，摆脱了以往无线传感器网络对微处理器的依赖，降低了无线传感器网络节点的成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统


[0001]本专利技术属于自供电湿度传感器
，特别涉及一种基于摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统。

技术介绍

[0002]物联网(IoT)和人工智能(AI)的快速发展，对我们的日常生活、社会活动、制造业和环境保护等产生了巨大的影响，无线传感器网络作为物联网“万物互联”的基础环节，在智能交通、健康检测、数字家庭和现代物流中发挥着重要作用。
[0003]目前，由于无线传感器节点大多采用电池供电方式，其能量受限，无线传感器节点一般可持续工作12
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18个月，严重制约了无线传感器网络的发展与应用，同时，其能量受限也极大制约了高性能传感器、微处理器和射频模块的选择。
[0004]随着材料技术，微纳米技术和“绿色”能量收集技术的飞速发展，可充分利用环境中存在的能量如太阳能、电磁能、热能、振动能量，将不同形式的能量以热电、压电和静电纳米摩擦发电等方式进行收集，为无线传感器网络节点提供可持续能源的方案，在解决无线传感器网络节点能量受限方面显露出巨大潜力。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对采用电池供电的无线传感器网络需要定期更换电池来维持无线传感器网络节点的生存周期。一方面增加了无线传感器网络的成本，另一方面，由于电池的失效，无法及时更换，减小了无线传感器网络的规模和造成大量的资源浪费和环境的二次污染的问题提出了一种基于摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统，该无线湿度传感系统利用摩擦纳米发电机作为驱动电源，对环境湿度进行检测，具有灵敏度高、检测速度快、无需外接电源等优点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于摩擦纳米发电机的自供电无线湿度传感系统，包括：摩擦纳米发电机，用于将外部机械能转化为电能并将其输出；电容式湿度传感器，其与所属摩擦纳米发电机连接，在所述摩擦纳米发电机输出的电能驱动下，测量环境湿度；以及LC串联谐振电路，所述电路包含信号发射端与接收端，用于完成湿度传感器信号的无线传输。
[0007]作为优选，所述的摩擦纳米发电机包括两个导电层，其中一个导电层表面设有摩擦层，所属摩擦曾作为发电层负极，另一个导电层作为发电层正极，发电层正极和发电层负极在外力作用下摩擦发电。
[0008]作为优选，所述摩擦层为聚四氟乙烯薄膜，其厚度为50微米。
[0009]作为优选，所述导电层为铜薄膜，其厚度为50微米。
[0010]作为优选，所述导电层与其摩擦面相对的一面设有支撑基板；两个支撑基板之间连接有弹性元件。
[0011]作为优选，所述电容式传感器型号为HS1101LF电容式湿度传感器，与所述摩擦纳
米发电机连接。
[0012]作为优选，所述LC串联谐振电路由两个互感线圈组成，线圈内设有电芯。
[0013]本专利技术还提供一种基于摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统，该传感系统可应用于检测并无线传输环境湿度。
[0014]本专利技术提供的基于摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统。具有如下有益效果：
[0015]1.本专利技术中，传感器利用摩擦纳米发电机驱动，可以把机械能转化为电能，不需要额外加电源，提高了传感器的便携性；
[0016]2.本专利技术的无线传感系统，采用LC电路方式，可实现简单的无线传输，提高了传感系统对环境的适应性；
[0017]3.检测方法简单快速，只需要简单的外界震动，不需要传统人力发电,大大的提高了效率。
[0018]4.本专利技术的自供电无线湿度传感系统结构简单，在常温常压下工作，无需外部电源供电的优点，有利于产业化的推广，在发展面向无线传感的自驱动传感网络中具有潜在的应用价值。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例的基于摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统结构示意图；图2为本专利技术实施例的基于摩擦纳米发电机的结构示意图；图3为本专利技术实施例的基于摩擦纳米发电机的无线自供电适度传图；图4(a)为摩擦纳米发电机的输出电压；图4(b)为摩擦纳米发电机的稳定性；图5为传感信号随着环境湿度变化；
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
能涵盖的范围内。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0021]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0022]本具体实施方式提供一种基于摩擦纳米发电机的自供电无线适度传感系统，图1示出了该传感系统的结构。如图1所示，该传感系统包括摩擦纳米发电机100、电容式湿度传感器200、LC串联谐振电路信号发射端300和LC串联谐振电路信号接收端400。电容式湿度传
感器200与摩擦纳米发电机100连接，以使得摩擦纳米发电机1向电容式湿度传感器2供电，用于检测传感信号。信号发射端300与信号接收端400组成LC串联谐振电路的无线信号传输电路，用于将电容式湿度传感器200的传感信号以无线的方式发射与接收。
[0023]图2示出了摩擦纳米发电机100的结构示意图。如图2所示，摩擦纳米发电机100包括两个支撑基板、弹性元件107、两个摩擦层和两个导电层。其中两个支撑基板分别为第一支撑基板101和第二支撑基板102，支撑基板材料为亚克力板。套型元件107连接在两个支撑基板之间，在图2所示的实施例中，弹性元件107是弹簧。其数量是4个。第一导电层103固定在第一支撑基板101的下表面，第二导电层106固定在第二支撑板102的上表面。第一导电层103材料为铜薄膜，第二导电层106材料为铝薄膜，厚度均为50微米。在两个导电层表面均设有摩擦层，分别为第一摩擦层104与第二摩擦层105，两摩擦层材料均为聚四氟乙烯薄膜，厚度为50微米，作为摩擦层发电。，第一导电层103、第二导电层106分别通过Kapton胶粘在两个支撑基板上。
[0024]电容式湿度传感器200型号为HS1101LF电容式湿度传感器，该传感器灵敏度高，可以与摩擦纳米发电机100配合使用，体积小便于检测环境湿度。
[0025]本专利技术提供的基于摩擦纳米发电机的自供电无线湿度传感系统，工作原理是：按压第一支撑基板101，是第一摩擦层104与第二摩擦层105进行周期性的接触摩擦，将机械能转化为电能，并通过第一导电层103、第二导电层106电流输出至系统电路中。并通过LC串联谐振电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统，其特征在于，包括：摩擦纳米发电机，用于将外部机械能转化为电能并将其输出；电容式湿度传感器，其与所属摩擦纳米发电机连接，在所述摩擦纳米发电机输出的电能驱动下，测量环境湿度；以及LC串联谐振电路，所述电路包含信号发射端与接收端，用于完成湿度传感器信号的无线传输。2.根据权利要求1所述的摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统，其特征在于：所述的摩擦纳米发电机包括两个导电层，其中一个导电层表面设有摩擦层，所属摩擦曾作为发电层负极，另一个导电层作为发电层正极，发电层正极和发电层负极在外力作用下摩擦发电。3.根据权利要求2所述的摩擦纳米发电机的无线自供电湿度传感系统，其特征在于：所述摩擦层为聚四氟乙烯薄膜，其厚度为50微米。4.根据权利要求1所述的摩擦纳米发...

【专利技术属性】
技术研发人员：马静，陈多，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：