本发明专利技术涉及一种摩擦电传感与自供电智能水表，包括表壳，表壳上设置有防护罩，表壳的两端分别固定连接有进水部和出水部，表壳内设置有密封隔层和叶轮组件，叶轮组件中固定设置有转轴，叶轮组件在水流的带动下转动以带动转轴转动；密封隔层的上方设置摩擦纳米发电模块，摩擦纳米发电模块通过转轴的转动进行发电和传感。本发明专利技术依靠转轴将水流机械能传递给摩擦纳米发电模块，利用水流的动能带动摩擦纳米发电模块进行发电，即利用水流的机械能转换为电能，同时提供摩擦电传感信号以指示流量，从而改变传统水表的能源供给与信号传感方式，减少化学电池与传感器使用及其可能造成的重金属等二次污染，实现水表水量自采集、数字化、低碳化的目标。化的目标。化的目标。
【技术实现步骤摘要】
一种摩擦电传感与自供电智能水表
[0001]本专利技术涉及一种摩擦电传感与自供电智能水表。
技术介绍
[0002]水资源短缺和能源危机是人类发展面临的巨大挑战，据2020年联合国世界水资源报告显示，到2050年全球淡水资源再度紧缺，570个国家淡水资源将减少10％。水资源从大自然到用户再到大自然借助管道输送，据调查统计我国城镇管网漏失率在16％以上的有500多个城市，甚至部分城市超过30％，农村管网漏失率更是高达40％，据《中国城乡建设统计年鉴》(2020)数据显示，2020年全国城市和县城综合漏损率为13.26％，部分城市漏损率甚至超过25％。这不仅造成了水资源巨大浪费，也导致给水系统能耗和碳排放量增加。水量漏失控制过程中水表起着重要作用，它是供水系统账面漏失的直接依据和节水、高效用水的重要保障手段，亦是水量漏失的重要部位。另一方面，能源危机与全球碳中和要求人类减少化石燃料使用以降低化学碳排，文献资料表明我国2060年实现碳中和目标需每年规划2.5Gt CO2的负排放量。能源转型成为世界各国竞相发展的目标，如太阳能、风能、氢能等，利用各种新型能源成为支撑人类生活、生产等活动的必然选择。在此巨大压力下，传统能源供给方式不再适宜于“双碳”背景下水表行业发展。
[0003]传统水表是一种基于水流机械能带动水表壳体内齿轮转动，以记录水量数据的机械式仪表。上门抄表难度大、工人调度小，长时间使用造成机械磨损而导致示数不准确、水量漏失等，随着全球水资源短缺的紧迫局势发展，该种水表逐渐退出市场。在传统水表基础上加装智能IC卡、无线传感等是目前主要采用的水表，即智能水表，可实现远程操控供断水、智能抄表等目标。同时，近几年发展较快的电子式水表(利用电磁效应、超声波原理测流速)，因容易受到环境中噪声、震动等干扰、费用昂贵、相关技术标准规范少，造成其使用率低、缺乏市场。据估计，2028年智能水表市值将超过70亿美元，全球水需求、水节约以及大数据智能化管控无疑是推动智能水表行业发展的内在动力。然而，现有的智能水表中的电控设备均需电池或市电供能，电池使用与更换成本以及可能带来的二次污染不容小觑，而市电存在近距离供电局限性，并且智能水表中电控设备额外增加的体积也降低了安装的便携性并增加制造成本。因此，亟需研发一种水量实时反馈、新型供能方式、体积小的新型智能水表。
[0004]最近，自供电与传感的摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerators，TENG)的产能形式被推上浪尖，研究涉及领域众多，如海浪能、雨滴能收集等微频机械能。调查传统智能水表发现，电池容量为800mAh的锂电池，可供智能水表传感与数显使用5年以上。基于此，依托实际摩擦产电性能测试数据，本专利技术创造性提出一种摩擦电传感与自供电智能水表。
技术实现思路
[0005]鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种摩擦电传感与
自供电智能水表。
[0006]本专利技术的技术方案是这样的：
[0007]一种摩擦电传感与自供电智能水表，包括表壳，所述表壳上设置有防护罩，所述表壳的两端分别固定连接有进水部和出水部，所述进水部中设置有进水口，所述出水部中设置有出水口，所述表壳的上部设置有示数表盘，所述表壳的顶部螺纹连接有镜面视窗，所述表壳内设置有密封隔层，所述防护罩位于所述镜面视窗的一侧，所述防护罩内部设置有控制电路板和充电电池；所述出水部中设置有电子阀门，所述电子阀门通过导线与所述控制电路板电连接，且所述电子阀门的上端位于所述防护罩内部；
[0008]所述表壳内位于所述密封隔层的下方设置有叶轮组件，所述叶轮组件中固定设置有转轴，所述叶轮组件在所述表壳内流经的水流的带动下进行转动以带动所述转轴转动；所述转轴的下端与所述表壳的底部转动连接，所述转轴贯穿所述密封隔层并向上延伸，所述转轴与所述密封隔层转动连接，所述密封隔层的上方设置有摩擦纳米发电模块；
[0009]所述摩擦纳米发电模块包括第一组件和第二组件，所述第一组件包括第一摩擦层和第一支撑层，所述第一摩擦层位于所述第一支撑层的侧面，所述第二组件包括第二摩擦层和第二支撑层，所述第二摩擦层位于所述第二支撑层的侧面，且所述第二摩擦层位于靠近所述第一摩擦层的一侧；
[0010]所述摩擦纳米发电模块通过所述转轴的转动进行发电，所述摩擦纳米发电模块通过导线与控制电路板电连接，且所述控制电路板通过导线与充电电池电连接；通过利用水流冲击所述叶轮组件转动，以带动所述摩擦纳米发电模块进行发电并储存于所述充电电池；同时，依靠所述摩擦纳米发电模块的摩擦产电信号，根据摩擦纳米发电模块的电信号频率、大小与水量关系以实现水量信号传感。
[0011]所述第一组件设置在所述第二组件的上方，所述第一组件还包括第一缓冲层和电路金属层，所述第二组件还包括第二缓冲层，其中：所述电路金属层位于所述第一摩擦层与所述第一支撑层之间，所述第一支撑层的上表面通过连接杆与所述镜面视窗的下表面固定连接，所述第一缓冲层固定设置在所述第一支撑层的下表面，所述电路金属层固定设置在所述第一缓冲层的下表面，所述第一摩擦层固定设置在所述电路金属层的下表面；所述第二摩擦层固定设置在所述第二缓冲层的上表面，所述第二支撑层固定设置所述第二缓冲层的下表面。
[0012]所述转轴的上端与所述第二支撑层的下表面固定连接，所述第二支撑层在所述转轴的转动下进行旋转运动，进而带动所述第二摩擦层与所述第一摩擦层实现摩擦接触。
[0013]所述第一组件还包括第一金属层，所述第一金属层位于所述第一摩擦层与所述第一缓冲层之间，所述第二组件还包括第二金属层，所述第二金属层设置在所述第二摩擦层和第二缓冲层之间。
[0014]所述第一组件设置在所述第二组件的上方，所述转轴的上端设置有旋转组件，所述旋转组件包括第一旋转圆盘和第二旋转圆盘，所述第一旋转圆盘设置在所述第二旋转圆盘的上方。
[0015]所述第一旋转圆盘包括第一旋转圆盘本体，所述第一旋转圆盘本体的下表面沿圆周方向均匀设置有多个第一旋转齿；所述第二旋转圆盘包括第二旋转圆盘本体，所述第二旋转圆盘本体的上表面沿圆周方向均匀设置有多个第二旋转齿，且所述第二旋转齿与所述
第一旋转齿啮合传动；所述第一旋转圆盘本体的上表面与所述第二支撑层的下表面固定连接，所述转轴的上端与所述第二旋转圆盘本体的下表面固定连接。
[0016]所述第二旋转圆盘在所述转轴的转动下进行旋转运动，所述第二旋转圆盘在旋转运动的过程中，通过所述第二旋转齿与所述第一旋转齿的啮合连接，以使所述第一旋转圆盘进行上升和下降的往复运动，进而带动所述第二摩擦层，使其与所述第一摩擦层实现接触与分离。
[0017]所述第一组件设置在所述第二组件的右侧，其中：所述第一摩擦层固定设置在所述第一金属层的左侧面，所述第一金属层的右侧面固定设置在所述第一缓冲层的左侧面，所述第一缓冲层的右侧面固定设置在所述第一支撑层的左侧面；
[0018]所述第二摩擦层固定设置在所述第二金属层的右侧面，所述第二金属层的左侧面固定设本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种摩擦电传感与自供电智能水表，其特征在于：包括表壳，所述表壳上设置有防护罩，所述表壳的两端分别固定连接有进水部和出水部，所述进水部中设置有进水口，所述出水部中设置有出水口，所述表壳的上部设置有示数表盘，所述表壳的顶部螺纹连接有镜面视窗，所述表壳内设置有密封隔层，所述防护罩位于所述镜面视窗的一侧，所述防护罩内部设置有控制电路板和充电电池；所述出水部中设置有电子阀门，所述电子阀门通过导线与所述控制电路板电连接，且所述电子阀门的上端位于所述防护罩内部；所述表壳内位于所述密封隔层的下方设置有叶轮组件，所述叶轮组件中固定设置有转轴，所述叶轮组件在所述表壳内流经的水流的带动下进行转动以带动所述转轴转动；所述转轴的下端与所述表壳的底部转动连接，所述转轴贯穿所述密封隔层并向上延伸，所述转轴与所述密封隔层转动连接，所述密封隔层的上方设置有摩擦纳米发电模块；所述摩擦纳米发电模块包括第一组件和第二组件，所述第一组件包括第一摩擦层、第一缓冲层和第一支撑层，所述第一缓冲层位于所述第一摩擦层和所述第一支撑层之间，所述第二组件包括第二摩擦层、第二缓冲层和第二支撑层，所述第二缓冲层位于所述第二摩擦层与所述第二支撑层之间，且所述第二摩擦层位于靠近所述第一摩擦层的一侧；所述摩擦纳米发电模块通过所述转轴的转动进行发电，所述摩擦纳米发电模块通过导线与控制电路板电连接，且所述控制电路板通过导线与充电电池电连接；通过利用水流冲击所述叶轮组件转动，以带动所述摩擦纳米发电模块进行发电并储存于所述充电电池；同时，依靠所述摩擦纳米发电模块的摩擦产电信号，根据摩擦纳米发电模块的电信号频率、大小与水量关系以实现水量信号传感。2.根据权利要求1所述的摩擦电传感与自供电智能水表，其特征在于，所述第一组件设置在所述第二组件的上方，所述第一组件还包括电路金属层，其中：所述电路金属层位于所述第一摩擦层与所述第一支撑层之间，所述第一支撑层的上表面通过连接杆与所述镜面视窗的下表面固定连接，所述第一缓冲层固定设置在所述第一支撑层的下表面，所述电路金属层固定设置在所述第一缓冲层的下表面，所述第一摩擦层固定设置在所述电路金属层的下表面；所述第二摩擦层固定设置在所述第二缓冲层的上表面，所述第二支撑层固定设置所述第二缓冲层的下表面。3.根据权利要求2所述的摩擦电传感与自供电智能水表，其特征在于，所述转轴的上端与所述第二支撑层的下表面固定连接，所述第二支撑层在所述转轴的转动下进行旋转运动，进而带动所述第二摩擦层与所述第一摩擦层实现摩擦接触。4.根据权利要求1所述的摩擦电传感与自供电智能水表，其特征在于，所述第一组件还包括第一金属层，所述第一金属层位于所述第一摩擦层与所述第一缓冲层之间，所述第二组件还包括第二金属层，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹达啟，刘小旦，方荣坤，类事成，靳焱，郝晓地，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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