【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自供电传感领域，尤其是涉及一种无人系统多用途传感器和数据处理方法。
技术介绍
1、近年来，无人技术的快速进步为开发如无人机(uva)、无人车辆(ugv)、无人水上航行器(usv)等无人系统铺平了道路。无人系统可以帮助人类在不适合人类生存的环境进行远程作业，大大提高了安全性。对于无人系统，实现感知和获取周围环境中多个物理量信息，是确保无人系统正常工作、满足作业需要、提高其巡航能力，以及满足后续的而控制需求的前提。目前无人系统通常配备全球定位系统(gps)和惯性测量单元(imu)。惯性单元包括：加速度计、陀螺仪等传感器，可以获取姿态、加速度、速度等自身状态信息。传统传感器的传感原理主要是基于电阻式、电容式等传感机制。然而，电阻式传感器容易在温度的影响下发生信号漂移，电容式传感器会受到寄生电容的影响。随着无人系统新应用和需求的出现，无人系统所需要的传感器，无论是在数量还是种类上都在迅速增加。大规模的传感器节点需要消耗相当大的电源，同时对传感器的集成和多用途也提出了更高的要求。
2、经过检索，申请公布号cn105490578a公开了一种接触分离式复合纳米发电机，具体公开了：包括摩擦发电组件和电磁感应发电组件；其中：摩擦发电组件的第一发电部件包括第一摩擦件以及与第一摩擦件接触设置的第一电极，第二发电部件包括第二摩擦件以及与第二摩擦件接触设置的第二电极；电磁感应发电组件的磁铁部件设置在第一发电部件上，线圈部件设置在第二发电部件上；在外力作用下，第一摩擦件与第二摩擦件表面接触分离，第一摩擦件与第二摩擦件接触的表面材料
3、因此，如何设计一种检测稳定性好、用途广且便携的传感器为需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的稳定性差、用途单一以及体积较大的缺陷而提供一种无人系统多用途传感器和数据处理方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、根据本专利技术的一个方面，提供了一种无人系统多用途传感器，包括依次设置的第一绝缘封装层、第一摩擦层、间隔层、第二摩擦层、导电电极和第二绝缘封装层，所述第一摩擦层为导电摩擦层，所述第一摩擦层和第二摩擦层通过外电路连通；所述第一绝缘封装层表面贴设或不贴设质量块；所述第一摩擦层和第二摩擦层受压力接触，分别产生净正电荷和净负电荷，压力撤离后第一摩擦层和第二摩擦层分离，第一摩擦层和导电电极之间产生电压，驱动电荷转移入外电路。
4、作为优选的技术方案，所述的质量块为铁或不锈钢材质。
5、作为优选的技术方案，所述的质量块质量为10g～30g。
6、作为优选的技术方案，所述的第一摩擦层和第二摩擦层得失电子能力强弱不同。
7、作为优选的技术方案，所述的第一摩擦层和第二摩擦层的面积为20mm×20mm～40mm×40mm。
8、作为优选的技术方案，所述的第一摩擦层和第二摩擦层之间的距离为0.5～1.5mm。
9、作为优选的技术方案，所述的间隔层材料为海绵或泡沫。
10、作为优选的技术方案，所述的第二摩擦层表面有微米级或纳米级的表面微结构。
11、根据本专利技术的另一个方面，提供了一种针对无人系统多用途传感器的数据处理方法，具体包括以下步骤：
12、步骤s1，采集第一摩擦层和导电电极之间的电压；
13、步骤s2，对电压求积分，转移电荷量正比于电压积分结果；
14、步骤s3，倾斜角度越大或加速度越大或风速越大，则电压积分结果越大。
15、作为优选的技术方案，所述的步骤s2中，转移电荷量v(t)load＝i(t)·r，其中，t为时间，i(t)为流过外电路的瞬时电流，v(t)load为第一摩擦层和导电电极之间的电压。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
17、1)本专利技术结构简洁，体积小、灵敏度高，层片状结构易于集成、轻巧便携和高度兼容，可以实现风速、倾斜角度和加速度多用途传感；
18、2)本专利技术通过对多用途传感器采集的数据进行处理，电压积分的传感器信号处理方式，实现了连续运动传感，克服了基于光栅电极方式的传感器分辨率的限制和信号不稳定的特点；
19、3)本专利技术第二摩擦层表面有微米级或纳米级的表面微结构，增加传感器的接触面积，增大传感器的输出。
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1.一种无人系统多用途传感器，其特征在于，包括依次设置的第一绝缘封装层(2)、第一摩擦层(5)、间隔层(1)、第二摩擦层(3)、导电电极(4)和第二绝缘封装层(7)，所述第一摩擦层(5)为导电摩擦层，所述第一摩擦层(5)和第二摩擦层(3)通过外电路(6)连通；所述第一绝缘封装层(2)表面贴设或不贴设质量块(8)；所述第一摩擦层(5)和第二摩擦层(3)受压力接触，分别产生净正电荷和净负电荷，压力撤离后第一摩擦层(5)和第二摩擦层(3)分离，第一摩擦层(5)和导电电极(4)之间产生电压，驱动电荷转移入外电路(6)。
2.根据权利要求1所述的一种无人系统多用途传感器，其特征在于，所述的质量块(8)为铁或不锈钢材质。
3.根据权利要求1所述的一种无人系统多用途传感器，其特征在于，所述的质量块(8)质量为10g～30g。
4.根据权利要求1所述的一种无人系统多用途传感器，其特征在于，所述的第一摩擦层(5)和第二摩擦层(3)得失电子能力强弱不同。
5.根据权利要求1所述的一种无人系统多用途传感器，其特征在于，所述的第一摩擦层(5)和第二摩擦层(
6.根据权利要求1所述的一种无人系统多用途传感器，其特征在于，所述的第一摩擦层(5)和第二摩擦层(3)之间的距离为0.5～1.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种无人系统多用途传感器，其特征在于，所述的间隔层(1)材料为海绵或泡沫。
8.根据权利要求1所述的一种无人系统多用途传感器，其特征在于，所述的第二摩擦层(3)表面有微米级或纳米级的表面微结构。
9.一种针对权利要求1所述无人系统多用途传感器的数据处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的数据处理方法，其特征在于，所述的步骤S2中，转移电荷量V(t)load＝i(t)·R，其中，t为时间，i(t)为流过外电路(6)的瞬时电流，V(t)load为第一摩擦层(5)和导电电极(4)之间的电压。
...【技术特征摘要】
1.一种无人系统多用途传感器，其特征在于，包括依次设置的第一绝缘封装层(2)、第一摩擦层(5)、间隔层(1)、第二摩擦层(3)、导电电极(4)和第二绝缘封装层(7)，所述第一摩擦层(5)为导电摩擦层，所述第一摩擦层(5)和第二摩擦层(3)通过外电路(6)连通；所述第一绝缘封装层(2)表面贴设或不贴设质量块(8)；所述第一摩擦层(5)和第二摩擦层(3)受压力接触，分别产生净正电荷和净负电荷，压力撤离后第一摩擦层(5)和第二摩擦层(3)分离，第一摩擦层(5)和导电电极(4)之间产生电压，驱动电荷转移入外电路(6)。
2.根据权利要求1所述的一种无人系统多用途传感器，其特征在于，所述的质量块(8)为铁或不锈钢材质。
3.根据权利要求1所述的一种无人系统多用途传感器，其特征在于，所述的质量块(8)质量为10g～30g。
4.根据权利要求1所述的一种无人系统多用途传感器，其特征在于，所述的第一摩擦层(5)和第二摩擦层(3)得失电子能力强弱不同。
【专利技术属性】
技术研发人员：张泉，陈超凡，金滔，易思成，李龙，钟宋义，岳涛，彭艳，田应仲，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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