一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统，包括电位器与电压跟随电路、二阶低通有源滤波电路和电压比较输出电路，其中，所述电位器与电压跟随电路、二阶低通有源滤波电路和电压比较输出电路依次连接。通过使用本发明专利技术，通过将不同模式和不同结构的摩擦纳米发电机所产生的信号波形进行采集和规整，能够实现对摩擦纳米发电机信号的归一化处理。本发明专利技术作为一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统，可广泛应用于集成电路电源管理技术领域。管理技术领域。管理技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统


[0001]本专利技术涉及集成电路电源管理
，尤其涉及一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统。

技术介绍

[0002]作为获取原始数据的基础设备，传感器已经在各种智能应用中不可或缺传感器技术经过几代人的发展，日趋成熟。如今，温度、湿度、气体、光照、振动、压力等多种功能的传感器已经在实际应用中得到应用，同时，新一代微米级和纳米级传感器也处于研发和实验阶段，随着5G时代的到来，迫切需要解决传感器的大规模部署问题网络，以实现全方位数据采集的要求，实现智能时代的目标；基于摩擦效应的摩擦纳米发电机作为一种新型的机械能收集装置，在各个领域得到了研究和应用，其自供电特性有效解决了传统有源传感器由电池供电所产生的寿命短，环境污染等问题；而摩擦纳米发电机则拥有材料种类繁多、成本低、丰富的结构和形式的优点以满足不同的环境要求，适用于各种物理量信号的采集，摩擦纳米发电机的一系列优势充分满足了物联网时代分布式传感器和大量底层信号采集的需求，进一步补充了物联网技术在智慧医疗、智能家居、智能交通和智慧城市等一系列领域的发展，目前关于摩擦纳米发电机传感领域应用的研究主要集中在器件本身的适用领域、结构形式和输出性能等方面，后续信号调理电路及应用的研究仍处于研究和器件专用电路，如直接利用集成运算放大器对小幅值电压信号进行跟随、使用晶体管对微弱电流进行放大以及利用电容对转移电荷进行电压变换，每种专用电路都无法处理不同摩擦纳米发电机从几伏至几百伏甚至上千伏的不同范围输出，且具有不同的延迟响应时间与电压的输出波形形状，缺少通用性。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统，通过将不同模式和不同结构的摩擦纳米发电机所产生的信号波形进行采集和规整，能够实现对摩擦纳米发电机信号的归一化处理。
[0004]本专利技术所采用的第一技术方案是：一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统，包括电位器与电压跟随电路、二阶低通有源滤波电路和电压比较输出电路，其中，所述电位器与电压跟随电路、二阶低通有源滤波电路和电压比较输出电路依次连接：
[0005]所述电位器与电压跟随电路包括直流偏置电路、电压跟随电路和电压跟随器电路；
[0006]所述直流偏置电路用于将静态工作点电压从地平面基准电压值提升至到二分之一供电电压值并调节整个电路的输入阻抗，从而调节摩擦纳米发电机产生信号时的电压值大小；
[0007]所述电压跟随电路用于实现将摩擦纳米发电机的高输出阻抗转换为低输出阻抗，并将摩擦纳米发电机的交流输出静态点提升至二分之一电源电压值；
[0008]所述电压跟随器电路通过用大于预设阈值的输入阻抗获取预设额度的电压并通过低输出阻抗进行信号输出实现阻抗转换功能；
[0009]所述二阶低通有源滤波电路用于将夹杂在摩擦纳米发电机输出波形中的高频杂波进行滤除，以实现更加平滑纯净的波形输出；
[0010]所述电压比较输出电路包括第一级滞回比较器电路和第二级滞回比较器电路；
[0011]所述第一级滞回比较器电路和第二级滞回比较器电路用于为比较器对滤波电路的输出电压与参考电压值相互比较后输出稳定高低电平，当电压上升和下降到一定阈值后翻转输出当前电平，且第一级滞回比较器电路和第二级滞回比较器电路分别对应两个不同的阈值电压。
[0012]进一步，所述电位器与电压跟随电路包括直流偏置电路、电压跟随电路和电压跟随器电路包括可变电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和TLV272ID放大器U1A，其中，所述可变电阻R1、电阻R2和电阻R3组成直流偏置电路，所述电容C1和电容C2组成电压跟随电路，所述TLV272ID放大器U1A组成电压跟随器电路。
[0013]进一步，所述可变电阻R1与TLV272ID放大器U1A通过阻抗匹配对摩擦纳米发电机信号进行归一化处理。
[0014]进一步，在电位器与电压跟随电路中，所述可变电阻R1的滑动接线端与摩擦纳米发电机的正极端连接，所述可变电阻R1的第一固定接线端与TLV272ID放大器U1A的正极端连接，所述可变电阻R1的第二固定接线端分别与电阻R2的第二端、电阻R3的第一端和电容C1的第一端连接，所述电阻R3的第二端、电容C1的第二端和摩擦纳米发电机的负极端连接并接地，所述TLV272ID放大器U1A的第二引脚与电容C2的第二端连接并接高电平，所述电容C2和TLV272ID放大器U1A的第一端接地，所述电阻R2的第一端接高电平，所述TLV272ID放大器U1A的第三引脚与负极端与二阶低通有源滤波电路连接。
[0015]进一步，所述二阶低通有源滤波电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C3、电容C4和TLV272ID放大器U1B，其中，所述电阻R4的第一端与电位器与电压跟随电路中的TLV272ID放大器U1A的第三引脚连接，所述电阻R6的第一端与电位器与电压跟随电路中的TLV272ID放大器U1A的负极端连接，所述电阻R4的第二端分别与电阻R5的第一端和电容C4的第一端连接，所述电阻R5的第二端分别与电容C3的第一端和TLV272ID放大器U1B的正极端连接，所述电容C3的第二端与电阻R6的第二端连接并接地，所述电容C4的第二端分别与电阻R7的第一端和TLV272ID放大器U1B的负极端连接，所述TLV272ID放大器U1B的第三引脚与电压比较输出电路连接。
[0016]进一步，所述第一级滞回比较器电路和第二级滞回比较器电路包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C5、电容C6、电容C7、二极管LED1、LM393DR2G电压比较器U2A和LM393DR2G电压比较器U2B，其中，所述电阻R8、电阻R9、电阻R12、电阻R13、电阻R17、电阻R19、电阻R21、电容C6、电容C7和LM393DR2G电压比较器U2A组成第一级滞回比较器电路，所述电阻R10、电阻R11、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R18、电阻R20、二极管LED1、电容C5和LM393DR2G电压比较器U2B组成第二级滞回比较器电路。
[0017]进一步，在电压比较输出电路中，所述电阻R8的第一端与二阶低通有源滤波电路中的TLV272ID放大器U1B的第三引脚连接，所述电阻R8的第二端分别与电阻R9的第一端、
LM393DR2G电压比较器U2A的正极端、LM393DR2G电压比较器U2B的正极端、电阻R15的第一端和电阻R14的第一端连接，所述LM393DR2G电压比较器U2A的负极端与电容C6的第一端连接，所述电容C6的第二端与电阻R13的第二端连接并接地，所述电阻R12的第二端与电阻R13的第一端连接，所述电阻R12的第一端接高电平，所述LM393DR2G电压比较器U2A的的第一引脚分别与电阻R17的第一端和电容C7的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统，其特征在于，包括电位器与电压跟随电路、二阶低通有源滤波电路和电压比较输出电路，其中，所述电位器与电压跟随电路、二阶低通有源滤波电路和电压比较输出电路依次连接：所述电位器与电压跟随电路包括直流偏置电路、电压跟随电路和电压跟随器电路；所述直流偏置电路用于将静态工作点电压从地平面基准电压值提升至到二分之一供电电压值并调节整个电路的输入阻抗，从而调节摩擦纳米发电机产生信号时的电压值大小；所述电压跟随电路用于实现将摩擦纳米发电机的高输出阻抗转换为低输出阻抗，并将摩擦纳米发电机的交流输出静态点提升至二分之一电源电压值；所述电压跟随器电路通过用大于预设阈值的输入阻抗获取预设额度的电压并通过低输出阻抗进行信号输出实现阻抗转换功能；所述二阶低通有源滤波电路用于将夹杂在摩擦纳米发电机输出波形中的高频杂波进行滤除，以实现更加平滑纯净的波形输出；所述电压比较输出电路包括第一级滞回比较器电路和第二级滞回比较器电路；所述第一级滞回比较器电路和第二级滞回比较器电路用于为比较器对滤波电路的输出电压与参考电压值相互比较后输出稳定高低电平，当电压上升和下降到一定阈值后翻转输出当前电平，且第一级滞回比较器电路和第二级滞回比较器电路分别对应两个不同的阈值电压。2.根据权利要求1所述一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统，其特征在于，所述电位器与电压跟随电路包括直流偏置电路、电压跟随电路和电压跟随器电路包括可变电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和TLV272ID放大器U1A，其中，所述可变电阻R1、电阻R2和电阻R3组成直流偏置电路，所述电容C1和电容C2组成电压跟随电路，所述TLV272ID放大器U1A组成电压跟随器电路。3.根据权利要求2所述一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统，其特征在于，所述可变电阻R1与TLV272ID放大器U1A通过阻抗匹配对摩擦纳米发电机信号进行归一化处理。4.根据权利要求3所述一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统，其特征在于，在电位器与电压跟随电路中，所述可变电阻R1的滑动接线端与摩擦纳米发电机的正极端连接，所述可变电阻R1的第一固定接线端与TLV272ID放大器U1A的正极端连接，所述可变电阻R1的第二固定接线端分别与电阻R2的第二端、电阻R3的第一端和电容C1的第一端连接，所述电阻R3的第二端、电容C1的第二端和摩擦纳米发电机的负极端连接并接地，所述TLV272ID放大器U1A的第二引脚与电容C2的第二端连接并接高电平，所述电容C2和TLV272ID放大器U1A的第一端接地，所述电阻R2的第一端接高电平，所述TLV272ID放大器U1A的第三引脚与负极端与二阶低通有源滤波电路连接。5.根据权利要求1所述一种用于摩擦纳米发电机的信号采集处理电路系统，其特征在于，所述二阶低通有源滤波电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C3、电容C4和TLV272ID放大器U1B，其中，所述电阻R4的第一端与电位器与电压跟随电路中的TLV272ID放大器U1A的第三引脚连接，所述电阻R6的第一端与电位器与电压跟...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨希娅，温海洋，黄睿嫄，潘宇森，唐群委，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：