【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及振动能量采集，尤其涉及一种用于采集低频小幅振动能量并转化为电能的基于仿生设计的能量采集器。
技术介绍
1、随着物联网技术的发展和可穿戴设备的增多，无线传感器以及便携式设备此类小型设备的无限自供电问题受到人们的广泛关注。研究人员注意到环境中的振动能量不受昼夜、季节、气候影响，且分布广泛、规模巨大、可直接收集，如果能采集环境中的低频小幅振动能量并转化为电能，将为这些小型器件的自供电问题提供一个可靠的解决办法。
2、近年来，随着相关研究的不断深入，研究人员发现摩擦纳米发电机不仅具有质量轻、安全性高、清洁环保等优点，并且发电容易、电路简单，它以摩擦起电和静电感应为机理将机械能转化为电能，适合应用于小型能量采集器。虽然已经有很多研究对摩擦纳米发电机的电输出性能从不同层面上进行了优化，也出现了一些可穿戴式的摩擦纳米发电机用于收集人体运动时所产生的能量，但是很少有设备能够在一个较低的宽频带内对极小幅的振动能量进行采集，所以需要开发出一种能够在特定频带内将振动放大的能量采集器。
3、现如今，无线传感器以及便携式设备的自供电问题亟待解决，而环境中的低频小幅振动能量例如人体运动时所产生的振动能量往往被忽视浪费，因此专利技术出一种体积小、质量轻、电路简单、工作频带宽、对小幅振动敏感，并且工作频带可较好地对应于人行走频率的能量采集器意义重大。或许能够为便携式设备的自供电问题提供一个可靠的解决途径。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的是：如何将环境中的低频小幅振动能
2、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于仿生设计的能量采集器，用于采集环境中的低频小幅振动能量，由振动放大部分和能量转化部分组成，振动放大部分从鸟腿多连杆机构中获取灵感，通过巧妙的结构设计很好地利用了非线性动力学机理，使得结构具有一个低宽频共振带便于对振动的放大与采集，能量转化部分利用前沿的摩擦纳米发电技术实现了机械能向电能的转化。本专利技术与现有的振动能量采集器相比体积小、质量轻、电路简单、工作频带宽并且对小幅振动更加敏感，更加符合易携带、为小型便携式设备供电的需求。
3、本基于仿生设计的能量采集器包括：振动放大部分和能量转化部分，振动放大部分的中部正夹板和能量转化部分的尼龙发电片粘连连接。
4、在本方案的一个优选实施方式中，振动放大部分包括：底板以及两个弹性扭簧放大结构，底板上两侧均一体设置有固定板，弹性扭簧放大结构包括：中部正夹板、边侧正夹板、四个侧夹板以及弹性扭簧，边侧正夹板设置于固定板一侧，边侧正夹板与底板一体设置，弹性扭簧的上下侧呈m型对称设置，弹性扭簧的左右两侧有部分分别夹设于中部正夹板和边侧正夹板内，中部正夹板和边侧正夹板之间的上侧的弹性扭簧上有部分分别夹设于两个侧夹板内，中部正夹板和边侧正夹板之间的下侧的弹性扭簧上有部分分别夹设于另外两个侧夹板内。
5、进一步地，中部正夹板、边侧正夹板、侧夹板均包括两层板，弹性扭簧从两层板之间穿过，两层板通过小螺丝螺母固定。
6、进一步地，弹性扭簧在安装前经过预压处理，具有一定的初始形变，对弹性扭簧进行预压，使其两侧的四个夹角在不受外力的状态下呈现锐角状态，且使其中部的两个夹角在不受外力的作用下呈现钝角状态。
7、进一步地，弹性扭簧的每一侧均有至少四分之一长度夹设于中部正夹板或边侧正夹板或侧夹板内。
8、在本方案的一个优选实施方式中，能量转化部分包括：尼龙发电片和聚四氟乙烯发电片，尼龙发电片设置于聚四氟乙烯发电片上；尼龙发电片一体化设置，包括正极亚克力板、正极铜箔、尼龙薄膜、正极导线，正极铜箔通过导电性胶水与正极亚克力板相粘连，尼龙薄膜通过双面胶与正极铜箔粘连，正极导线固定于尼龙薄膜与正极铜箔之间，在运动过程中转移的电子可在正极铜箔中自由运动；聚四氟乙烯发电片一体化设置，包括负极亚克力板、负极铜箔、聚四氟乙烯薄膜以及负极导线，负极铜箔通过导电性胶水与负极亚克力板相粘连，聚四氟乙烯薄膜通过双面胶与负极铜箔粘连，负极导线固定于聚四氟乙烯薄膜与负极铜箔之间，在运动过程中转移的电子可在负极铜箔中自由运动；
9、正极导线和负极导线之间外接负载电路，外电路的整流桥对交流电进行整流，电容器对产生的电能进行储存。
10、进一步地，聚四氟乙烯发电片固定于底板的中部上，两个中部正夹板固定于尼龙发电片上，且两个中部正夹板之间通过大螺丝螺母固定。
11、进一步地，两个中部正夹板与尼龙发电片的正极亚克力板通过亚克力胶粘连，底板与聚四氟乙烯发电片的负极亚克力板固定连接。
12、进一步地，在运动过程中，中部正夹板、边侧正夹板、底板以及固定板具有完全相同的运动状态，中部正夹板与尼龙发电片具有完全相同的运动状态，底板与聚四氟乙烯发电片具有完全相同的运动状态。
13、进一步地，尼龙薄膜与聚四氟乙烯薄膜在运动过程中始终保持虚接触。通过本结构设计，尼龙薄膜与聚四氟乙烯薄膜在虚接触状态下的相对运动既能够发生电子转移产生电压，又不产生较大的摩擦力阻碍尼龙发电片与聚四氟乙烯发电片的相对运动。
14、实施本专利技术，具有如下有益效果：
15、1、与现有的水平滑动工作模式的摩擦纳米发电机相比，本专利技术利用非线性动力学特征改善了系统的动力学行为，使得能量采集器中振动放大部分的结构具有一个低宽频共振带，因此针对环境中的低频小幅振动能量，本专利技术采集面更广、采集效率更高。
16、2、与现有利用非线性动力学机理的能量采集器相比，本专利技术具有更轻便的结构，能量采集器的主体由轻薄的亚克力板构成，在保障耐用性的同时具有体积小、质量轻等优势，摩擦纳米发电技术的应用进一步减小了电路负担，因此更符合便于携带的要求，更能达到为小型便携式设备供电的目的。
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1.一种基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，包括：振动放大部分和能量转化部分，所述振动放大部分的中部正夹板和所述能量转化部分的尼龙发电片粘连连接。
2.根据权利要求1所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述振动放大部分包括：底板以及两个弹性扭簧放大结构，所述底板上两侧均一体设置有固定板，所述弹性扭簧放大结构包括：中部正夹板、边侧正夹板、四个侧夹板以及弹性扭簧，所述边侧正夹板设置于所述固定板一侧，所述边侧正夹板与所述底板一体设置，所述弹性扭簧的上下侧呈M型对称设置，所述弹性扭簧的左右两侧有部分分别夹设于所述中部正夹板和所述边侧正夹板内，所述中部正夹板和所述边侧正夹板之间的上侧的所述弹性扭簧上有部分分别夹设于两个所述侧夹板内，所述中部正夹板和所述边侧正夹板之间的下侧的所述弹性扭簧上有部分分别夹设于另外两个所述侧夹板内。
3.根据权利要求2所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述中部正夹板、所述边侧正夹板、所述侧夹板均包括两层板，所述弹性扭簧从两层板之间穿过，两层板通过小螺丝螺母固定。
4.根据权利要求2所述的基于仿生设计的能量采集
5.根据权利要求2所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述弹性扭簧的每一侧均有至少四分之一长度夹设于所述中部正夹板或所述边侧正夹板或所述侧夹板内。
6.根据权利要求2所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述能量转化部分包括：尼龙发电片和聚四氟乙烯发电片，所述尼龙发电片设置于所述聚四氟乙烯发电片上；所述尼龙发电片一体化设置，包括正极亚克力板、正极铜箔、尼龙薄膜、正极导线，所述正极铜箔通过导电性胶水与所述正极亚克力板相粘连，所述尼龙薄膜通过双面胶与所述正极铜箔粘连，所述正极导线固定于所述尼龙薄膜与所述正极铜箔之间，在运动过程中转移的电子可在正极铜箔中自由运动；所述聚四氟乙烯发电片一体化设置，包括负极亚克力板、负极铜箔、聚四氟乙烯薄膜以及负极导线，所述负极铜箔通过导电性胶水与所述负极亚克力板相粘连，所述聚四氟乙烯薄膜通过双面胶与所述负极铜箔粘连，所述负极导线固定于所述聚四氟乙烯薄膜与所述负极铜箔之间，在运动过程中转移的电子可在负极铜箔中自由运动；
7.根据权利要求6所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述聚四氟乙烯发电片固定于所述底板的中部上，两个所述中部正夹板固定于所述尼龙发电片上，且两个所述中部正夹板之间通过大螺丝螺母固定。
8.根据权利要求7所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，两个所述中部正夹板与所述尼龙发电片的所述正极亚克力板通过亚克力胶粘连，所述底板与所述聚四氟乙烯发电片的所述负极亚克力板固定连接。
9.根据权利要求6所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，在运动过程中，所述中部正夹板、所述边侧正夹板、所述底板以及所述固定板具有完全相同的运动状态，所述中部正夹板与所述尼龙发电片具有完全相同的运动状态，所述底板与所述聚四氟乙烯发电片具有完全相同的运动状态。
10.根据权利要求6所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述尼龙薄膜与聚四氟乙烯薄膜在运动过程中始终保持虚接触。
...【技术特征摘要】
1.一种基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，包括：振动放大部分和能量转化部分，所述振动放大部分的中部正夹板和所述能量转化部分的尼龙发电片粘连连接。
2.根据权利要求1所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述振动放大部分包括：底板以及两个弹性扭簧放大结构，所述底板上两侧均一体设置有固定板，所述弹性扭簧放大结构包括：中部正夹板、边侧正夹板、四个侧夹板以及弹性扭簧，所述边侧正夹板设置于所述固定板一侧，所述边侧正夹板与所述底板一体设置，所述弹性扭簧的上下侧呈m型对称设置，所述弹性扭簧的左右两侧有部分分别夹设于所述中部正夹板和所述边侧正夹板内，所述中部正夹板和所述边侧正夹板之间的上侧的所述弹性扭簧上有部分分别夹设于两个所述侧夹板内，所述中部正夹板和所述边侧正夹板之间的下侧的所述弹性扭簧上有部分分别夹设于另外两个所述侧夹板内。
3.根据权利要求2所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述中部正夹板、所述边侧正夹板、所述侧夹板均包括两层板，所述弹性扭簧从两层板之间穿过，两层板通过小螺丝螺母固定。
4.根据权利要求2所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述弹性扭簧在安装前经过预压处理，对所述弹性扭簧进行预压，使其两侧的四个夹角在不受外力的状态下呈现锐角状态，且使其中部的两个夹角在不受外力的作用下呈现钝角状态。
5.根据权利要求2所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述弹性扭簧的每一侧均有至少四分之一长度夹设于所述中部正夹板或所述边侧正夹板或所述侧夹板内。
6.根据权利要求2所述的基于仿生设计的能量采集器，其特征在于，所述能量转化部分包括：尼龙发...
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