跑道面层、储能跑道、智能跑道与运动数据监测方法技术

本发明专利技术属于智能运动设备技术领域，提供了一种跑道面层、储能跑道、智能跑道与运动数据监测方法，包括摩擦层与导电层，所述摩擦层采用绝缘橡胶复合材料制成，所述导电层采用导电橡胶材料制成，摩擦层与导电层之间通过共硫化后形成的界面层结合为一体。本发明专利技术的跑道面层能够直接将运动的机械能转化为电能，能够在几乎不降低导电性能的条件下，提高导电层与摩擦层的结合强度。本发明专利技术的跑道面层用于运动员运动数据的传感、跑道周边配套设施的供电以及多余电能的储存，在实现智能化的同时，回收了能量，一举两得。一举两得。一举两得。

【技术实现步骤摘要】
跑道面层、储能跑道、智能跑道与运动数据监测方法


[0001]本专利技术属于智能运动设备
，具体涉及跑道面层、储能跑道、智能跑道与运动数据监测方法。

技术介绍

[0002]田径运动是历史最悠久、普及最广泛、门槛最低的运动类型，而跑道是田径运动的场地。最初的田径运动，人们只能在户外运动，并没有特定的跑道，在维多利亚时代则出现了少量的煤渣跑道，化学合成高分子跑道的首次出现是在墨西哥城。目前的跑道可以提供较好的缓冲减震性能。但是却不能提供运动者的运动状态参数，在智能化物联网化的当下，对跑道进行智能化设计，是非常必要并且有意义的，也是未来跑道发展的重要方向。
[0003]现有的智能跑道主要是由外置各种传感器组成，如中国专利 (CN110424209A)一种智能化健身跑道，其智能化健身跑道就是需要将各种不同的智能设备，包括照明灯，声敏电阻，摄像组件等和主电源相连，因此该智能跑道必须通过外置电源来给相关用电器供电，这种智能化的方式并没有对跑道本身做出更改，只是在现有跑道的基础上添加了外置的设备。
[0004]中国专利(CN208351279U)，提供了一种基于压力传感器的智能化跑道，该智能跑道需要将一系列的传感器放置于跑道底端，但是这一传感器和跑道本身是没有很好的相容性的，在满足布线要求的前提下还需要考虑跑道的耐久性，同时因此该压力传感器之和压力大小有关，因此对于不同的运动员，有可能会出现同样的反馈结果，分辨性太低。
[0005]中国专利(CN206189237U)公开了一种人工智能塑胶跑道，包括跑道本体，所述跑道本体由两个直跑部和两个弯曲部构成，所述其中一个直跑部的外侧竖向安装有控制板，所述控制板前端设置有操作屏，所述控制板顶部固定有太阳能板，所述控制板内装配有蓄电池、信号接收器、存储器和PLC控制器且四者之间依次电性连接，所述蓄电池与太阳能板配合，所述两个弯曲部上均安装有测速器，所述跑道本体内填充有两层橡胶层，两层橡胶层之间安装有测力器，所述测力器和测速器均与信号接收器讯号连接，通过播报器进行数据的播报，可以很清楚的了解各个运动员跑步的时长以及跑道本体的安全性是否得到保障，设计新颖，值得推广。该专利申请是通过所述测力器和测速器实现运动员的跑步测量，但是测力器和测速器相对成本较高，而且测力器是间隔设置，总有检测不到的地方，这会导致检测结果不准确，影响实际使用效果。这些传感器需要外置电源，并且精度受环境影响较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，本专利技术提供一种跑道面层，能够直接将运动的机械能转化为电能，能够在几乎不降低导电性能的条件下，提高导电层与摩擦层的结合强度。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种跑道面层，包括摩擦层与导电层，所述摩擦层采用绝缘橡胶复合材料制成，所述导电层采用导电橡胶材料制成，摩擦层与导电层之
间通过共硫化后形成的界面层结合为一体。
[0008]进一步的，摩擦层与导电层采用同种橡胶材料作为基体材料。
[0009]进一步的，所述基体材料为三元乙丙橡胶、硅橡胶或天然橡胶。
[0010]进一步的，摩擦层所用绝缘橡胶复合材料的填料为白炭黑；导电层所用导电橡胶材料的填料为碳纳米管或高导电炭黑。
[0011]进一步的，摩擦层为白炭黑/天然橡胶复合材料，白炭黑的份数为40phr；导电层为碳纳米管/天然橡胶复合材料，碳纳米管的份数为5～15phr。
[0012]进一步的，摩擦层为白炭黑/硅橡胶复合材料，白炭黑的份数为25phr；导电层为高导电炭黑/硅橡胶复合材料，高导电炭黑的份数为20phr。
[0013]进一步的，摩擦层为白炭黑/三元乙丙橡胶复合材料，白炭黑的份数为 30phr；导电层为高导电炭黑/三元乙丙橡胶复合材料，高导电炭黑的份数为 5～20phr。
[0014]本专利技术还提供一种智能跑道，解决现有技术中传感器与跑道之间的装配方式难以满足运动数据采集需求的技术问题，无需在跑道上安装传感器，能够均匀、连续的采集运动数据。
[0015]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种智能跑道，包括本专利技术所提供的跑道面层，所述跑道面层铺装在跑道基底上；跑道面层的导电层通过接地导线接地，从而形成单电极式的摩擦纳米发电机；接地导线上接入电信号采集装置以采集由摩擦层上的运动所产生的电信号。
[0016]本专利技术还提供一种运动数据监测方法，通过本专利技术所提供的智能跑道监测由运动产生的电流信号；根据电流信号的波形判断运动员身份；根据电流信号的频率与半峰宽判断运动类型；根据电流信号的峰值间的间隔确定运动步频。
[0017]本专利技术还提供一种储能跑道，包括本专利技术所提供的跑道面层，所述跑道面层铺装在跑道基底上；跑道面层的导电层通过接地导线接地，从而形成单电极式的摩擦纳米发电机；接地导线上接入充电装置以储存由摩擦层上的运动所产生的电能。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]1、摩擦层与导电层可形成单电极式的摩擦纳米发电机，因此本专利技术的跑道面层能够直接将运动的机械能转化为电能。在摩擦层上任一位置运动均能产生电信号，因此能够均匀连续的采集运动数据。不同的运动状态所引起的电信号的形态不相同，因此能够采集不同运动员或不同运动形式所引起的电信号。本专利技术的跑道面层用于运动员运动数据的传感、跑道周边配套设施的供电以及多余电能的储存，在实现智能化的同时，回收了能量，一举两得。
[0020]2、为了获得有效能量输出，现有技术中采用低电阻率电的金属材料材作为导电层，然而，本专利技术采用电阻率较高的导电橡胶材料作为导电层，缩小了摩擦层与导电层的性质差异，使得摩擦层与导电层更容易一体化结合。
[0021]3、本专利技术选择了电阻率较大的导电橡胶作为导电层，但是导电层和摩擦层进行共硫化后具有极好的界面性能，因此保证了较好的最终发电性能，甚至在一定的参数配比下还能提高输出能量。
[0022]4、现有技术中，摩擦纳米发电机的摩擦层与导电层之间的结合是通过胶粘、涂敷、表面镀层等手段来实现，结合强度较低，在外力作用下容易发生分离，难以承受较强的运动
荷载，使得导电层均无法在摩擦层长期发生周期性形变的情况下长时间工作。本专利技术通过共硫化的方式制备一体式的摩擦纳米发电机，使得摩擦层与导电层之间形成了共硫化界面，提高了摩擦层与导电层的结合强度，能够承载较强的运动荷载冲击。
[0023]5、共硫化的难点和挑战在于选择合适的材料，让两种橡胶材料在性质性能上尽可能的接近，同时界面会有相互的渗透和扩散，以达到较好的效果。一般跑道面层材料为介电材料，具有高电阻、高弹性、低损耗、中等硬度的特点，而导电层材料为低电阻、低弹性、高损耗、高硬度的材料，这两种材料性能迥异，本技术方案通过调整导电性和机械性能，将导电层的性能和摩擦层调整到了比较接近的状态，使得其共硫化后可以实现较好的性能。
附图说明
[0024]图1是跑道面层的结构示意图；
[0025]图2为的智能跑道的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跑道面层，其特征在于：包括摩擦层与导电层，所述摩擦层采用绝缘橡胶复合材料制成，所述导电层采用导电橡胶材料制成，摩擦层与导电层之间通过共硫化后形成的界面层结合为一体。2.根据权利要求1所述的跑道面层，其特征在于：摩擦层与导电层采用同种橡胶材料作为基体材料。3.根据权利要求2所述的跑道面层，其特征在于：所述基体材料为三元乙丙橡胶、硅橡胶或天然橡胶。4.根据权利要求3所述的跑道面层，其特征在于：摩擦层所用绝缘橡胶复合材料的填料为白炭黑；导电层所用导电橡胶材料的填料为碳纳米管或高导电炭黑。5.根据权利要求1所述的跑道面层，其特征在于：摩擦层为白炭黑/天然橡胶复合材料，白炭黑的份数为40phr；导电层为碳纳米管/天然橡胶复合材料，碳纳米管的份数为5～15phr。6.根据权利要求1所述的跑道面层，其特征在于：摩擦层为白炭黑/硅橡胶复合材料，白炭黑的份数为25phr；导电层为高导电炭黑/硅橡胶复合材料，高导电炭黑的份数为20phr。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：武文杰，张立群，温世鹏，李凡珠，曹霞，王中林，
申请(专利权)人：曹霞北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：