本申请公开了一种基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，包括激光发射单元、自供电传感单元和探测单元，对于自供电感应单元，采用机械能传动模块将海浪上下运动的能量转化为摩擦纳米发电机的旋转能量。采用两个啮合方向相反的单向超越离合器以控制两个电压输出参数不同的摩擦纳米发电机，以对海浪的上升阶段和下降阶段予以区分，通过基于聚合物网络液晶的智能反射器将摩擦纳米发电机的电信号转化为光信号，从而以自供能的方式实现机械‑电‑光信号的转换。本申请的自供电传感单元受岸上激光发射器发射的激光照射，探测单元可远程检测反射激光来探测海浪运动，不需能量供应，无需电缆连接，可大大延长连续观测海洋的时间跨度，以获取整个海浪谱图。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及信息传感，尤其涉及一种基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统。
技术介绍
1、海浪观测在海洋防灾减灾、天气预报、海洋能源和资源利用等方面扮演着至关重要的角色。
2、目前用于海浪监测的传感器主要包括水下压力传感器、基于浮标的加速度传感器和电容式液位传感器。然而，现有的海浪监测传感器需要外部电力供应，限制了传感器在海洋环境下的连续工作时间。此外，在当前的海浪观测系统中，传感和通信是两个独立的模块，其中卫星通信模块的功耗是传感模块的10倍以上。由于信号传输的电源供应有限以及窄带卫星通信的限制，只有海浪的高度和周期等信息可以无线传回岸上观测中心，无法获取完整的波浪剖面。
技术实现思路
1、本申请提供了一种基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，以解决现有海浪监测的传感器由于电源供应有限以及窄带卫星通信的限制，只能获取海浪的高度和周期信息，无法获取完整的波浪剖面的技术问题，实现在自供电和无需电缆连接的情况下对整个海浪的变化进行监测。
2、为解决上述技术问题，第一方面，本申请提供了一种基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述系统包括激光发射单元、自供电传感单元和探测单元；
3、所述自供电传感单元包括机械连接的浮体、机械能传动模块、单向超越离合器和摩擦纳米发电机，以及与所述摩擦纳米发电机电连接的智能反射器；
4、所述单向超越离合器包括第一单向超越离合器和第二单向超越离合器；所述第一单向超越离合器和所述第二单向超越离合器啮合方向相反；
5、所述摩擦纳米发电机包括第一摩擦纳米发电机和第二摩擦纳米发电机，所述第一摩擦纳米发电机与所述第一单向超越离合器机械连接，所述第二摩擦纳米发电机与所述第二单向超越离合器机械连接；
6、在波浪上升阶段，所述浮体通过机械能传动模块带动第一单向超越离合器转动，以使所述第一单向超越离合器带动所述第一摩擦纳米发电机的动子转动；
7、在波浪下升阶段，所述浮体通过机械能传动模块带动第二单向超越离合器转动，以使所述第二单向超越离合器带动所述第二摩擦纳米发电机的动子转动；
8、所述智能反射器根据所述摩擦纳米发电机输出的电压变化呈现不同的光反射状态；
9、所述激光发射单元用于发射激光，并将所述激光作用于所述智能反射器；
10、所述探测单元用于接收由所述智能反射器反射的激光。
11、优选的，所述单向超越离合器包括主动轮、从动轮、楔形连接器和制动器，所述主动轮通过传动轴与所述机械能传动模块机械连接，所述从动轮与所述摩擦纳米发电机的动子连接；
12、所述楔形连接器与所述制动器分别与所述从动轮的内外边缘咬合。
13、优选的，所述从动轮为圆环形，所述从动轮的内边缘和外边缘设置齿顶朝向相同的棘齿；
14、所述楔形连接器的一端装有弹簧，并固定在所述主动轮上，所述楔形连接器的另一端呈三角形，在弹簧作用下，所述楔形连接器将所述主动轮和所述从动轮连接起来；
15、所述制动器位于所述从动轮的外边缘；
16、所述制动器的一端装有弹簧，所述制动器的另一端呈三角形，通过所述制动器释放或制动从动轮；
17、所述楔形连接器的三角形和所述制动器的三角形方向相反。
18、优选的，所述摩擦纳米发电机均为旋转轮盘式柔性接触摩擦纳米发电机；
19、所述第一摩擦纳米发电机和所述第二摩擦纳米发电机具有不同的输出电压。
20、优选的，所述摩擦纳米发电机的动子摩擦层为弯曲设置的若干个氟化乙烯丙烯(fep)，所述摩擦纳米发电机的定子摩擦层为尼龙；
21、所述第一摩擦纳米发电机的定子和动子之间的距离与所述第二摩擦纳米发电机的定子和动子之间的距离不相同。
22、优选的，所述第一摩擦纳米发电机和第二摩擦纳米发电机的动子摩擦层均为弯曲设置的若干个氟化乙烯丙烯(fep)；
23、所述第一摩擦纳米发电机和第二摩擦纳米发电机的定子摩擦材料分别为尼龙和聚碳酸酯(pc)。
24、优选的，所述摩擦纳米发电机的动子摩擦层为弯曲设置的若干个氟化乙烯丙烯(fep)，所述第一摩擦纳米发电机和所述第二摩擦纳米发电机的若干个氟化乙烯丙烯(fep)采用不同的厚度；
25、者所述第一摩擦纳米发电机和所述第二摩擦纳米发电机的若干个氟化乙烯丙烯(fep)采用不同的数量。
26、优选的，所述摩擦纳米发电机的感应电极为圆形，通过凹槽将所述感应电极均匀地分割为若干个相同的扇形感应电极，以使相邻的扇形感应电极互补；
27、所述扇形感应电极包括采用印刷电路板(pcb)技术在圆形环氧玻璃纤维片上涂覆的铜薄膜，所述环氧玻璃纤维片的厚度为1.6mm，所述铜薄膜的厚度为1盎司。
28、优选的，每一个所述氟化乙烯丙烯与尼龙之间的接触区域与一个扇形感应电极的形状相同。
29、优选的，所述智能反射器采用聚合物网络液晶材料制造；
30、所述智能反射器包括两个氧化铟锡电极层、涂覆在所述氧化铟锡电极层上的取向层，以及封装在两个所述氧化铟锡电极层之间的液晶单体和向列型液晶分子混合物；
31、所述液晶单体与所述取向层交联；
32、所述向列型液晶分子保持未交联状态；
33、两个所述氧化铟锡电极层分别涂敷在两个透明玻璃片上，在其中一个透明玻璃的另一面上粘贴有镀银铝层。
34、本申请提供了一种基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，所述包括激光发射单元、自供电传感单元和探测单元，自供电传感单元包括机械连接的浮体、机械能传动模块、单向超越离合器和摩擦纳米发电机，以及与所述摩擦纳米发电机电连接的智能反射器。对于自供电感应单元，采用机械能传动模块将海浪上下运动的能量转化为摩擦纳米发电机的旋转能量。采用两个啮合方向相反的单向超越离合器以控制两个电压输出参数不同的摩擦纳米发电机，以对海浪的上升阶段和下降阶段予以区分，通过基于聚合物网络液晶的智能反射器将具有不同电压输出的摩擦纳米发电机的电信号转化为光信号，智能反射器可以在镜面反射和漫反射之间切换工作模式，从而以自供能的方式实现机械-电-光信号的转换。本申请提供的自供电传感单元受岸上激光发射器发射的激光照射，探测单元可远程检测反射激光来探测海浪运动，不需要能量供应，无需电缆连接，可大大延长连续观测海洋的时间跨度，获取整个海浪谱图，且检测数据准确性高，系统稳定性好。
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【技术保护点】
1.基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述系统包括激光发射单元、自供电传感单元和探测单元；
2.如权利要求1所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述单向超越离合器包括主动轮、从动轮、楔形连接器和制动器，所述主动轮通过传动轴与所述机械能传动模块机械连接，所述从动轮与所述摩擦纳米发电机的动子连接；
3.如权利要求2所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述从动轮为圆环形，所述从动轮的内边缘和外边缘设置有齿顶朝向相同的棘齿；
4.如权利要求1所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电机均为旋转轮盘式柔性接触摩擦纳米发电机；
5.如权利要求4所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电机的动子摩擦层为弯曲设置的若干个氟化乙烯丙烯(FEP)，所述摩擦纳米发电机的定子摩擦层为尼龙；
6.如权利要求4所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述第一摩擦纳米发电机和第二摩擦纳米发电机的动子摩擦层均为弯曲设置的若干个氟化乙烯丙烯(FEP)；
7.如权利要求4所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电机的动子摩擦层为弯曲设置的若干个氟化乙烯丙烯(FEP)，所述第一摩擦纳米发电机和所述第二摩擦纳米发电机的若干个氟化乙烯丙烯(FEP)采用不同的厚度；
8.如权利要求4所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电机的感应电极为圆形，通过凹槽将所述感应电极均匀地分割为若干个相同的扇形感应电极，以使相邻的扇形感应电极互补；
9.如权利要求8所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述第一摩擦纳米发电机和所述第二摩擦纳米发电机的扇形感应电极的数量不同。
10.如权利要求1所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述智能反射器采用聚合物网络液晶材料制造；
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【技术特征摘要】
1.基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述系统包括激光发射单元、自供电传感单元和探测单元；
2.如权利要求1所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述单向超越离合器包括主动轮、从动轮、楔形连接器和制动器，所述主动轮通过传动轴与所述机械能传动模块机械连接，所述从动轮与所述摩擦纳米发电机的动子连接；
3.如权利要求2所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述从动轮为圆环形，所述从动轮的内边缘和外边缘设置有齿顶朝向相同的棘齿；
4.如权利要求1所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电机均为旋转轮盘式柔性接触摩擦纳米发电机；
5.如权利要求4所述的基于摩擦电驱动液晶的波浪传感系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电机的动子摩擦层为弯曲设置的若干个氟化乙烯丙烯(fep)，所述摩擦纳米发电机的定子摩擦层为尼龙；
6.如权利要求4所述的基于摩擦电驱...
【专利技术属性】
技术研发人员：王佳琪，陈杏文，谢世星，鲍国威，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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