[發(fā)明專利]基于彈性部件的電信號(hào)輸出裝置、定位裝置以及定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310495848.1
• 申請(qǐng)日: 2013-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN104578669B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡又凡;楊進(jìn);王中林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京納米能源與系統(tǒng)研究所
• 主分類號(hào): H02K35/02
• 分類號(hào): H02K35/02;G01S5/18
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 陳瀟瀟;肖冰濱

本發(fā)明公開了一種基于彈性部件的電信號(hào)輸出裝置、定位裝置以及定位方法。本發(fā)明結(jié)合不穩(wěn)定的具有自平衡能力的彈性部件和納米材料構(gòu)建出電信號(hào)輸出裝置，實(shí)現(xiàn)低頻率范圍的寬帶振動(dòng)能量采集，以及振動(dòng)源的探測(cè)與定位。位于平衡態(tài)的臨界狀態(tài)的彈性部件具有對(duì)外界擾動(dòng)極其敏感的特性，該結(jié)構(gòu)可以在平衡點(diǎn)附近振蕩并自動(dòng)恢復(fù)平衡，在外界一個(gè)微弱的振動(dòng)擾動(dòng)下，該力學(xué)結(jié)構(gòu)可以拾取該振動(dòng)能量，使電信號(hào)輸出裝置中不同摩擦電材料發(fā)生周期性的接觸分離變化，從而產(chǎn)生電輸出。本發(fā)明具有成本低、便攜和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電信號(hào)輸出裝置，特別涉及一種對(duì)振動(dòng)極為敏感的、基于彈性部件的電信號(hào)輸出裝置，以及基于該電信號(hào)輸出裝置的定位裝置和利用該定位裝置進(jìn)行定位的方法。

背景技術(shù)

振動(dòng)是生活環(huán)境中常見(jiàn)的機(jī)械現(xiàn)象，例如引擎的振動(dòng)、橋梁建筑的振動(dòng)，飛機(jī)的擺動(dòng)以及海浪的起伏等。在很多情況下，為了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和減少噪音，我們需要使用反振動(dòng)的技術(shù)，因此對(duì)于振動(dòng)源進(jìn)行靈敏地探測(cè)和精確定位具有很重要的意義。另外一方面，振動(dòng)也是一種能量。能量采集器是將環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)換為電能，研究者們從以下各個(gè)方面已經(jīng)展開過(guò)各種相應(yīng)的工作，包括研究不同的換能方式，如壓電式、靜電式、電磁式，并提出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，如中國(guó)發(fā)明專利CN1877973A、CN101075773A、CN1652440A、CN1547312A。但是由于環(huán)境中的振動(dòng)能量一般都比較微弱，并且頻率主要位于較低的頻率范圍，同時(shí)具有較寬的頻率分布范圍，因此將目前的納米發(fā)電機(jī)用于環(huán)境中機(jī)械振動(dòng)的探測(cè)和能量收集時(shí)，有感測(cè)靈敏度較低和能量轉(zhuǎn)換效率不高的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于利用具有自平衡能力且處于臨界平衡狀的機(jī)械結(jié)構(gòu)，制備一種新型的電信號(hào)輸出裝置，以及基于該電信號(hào)輸出裝置的定位裝置、振源定位方法和振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法。

本發(fā)明首先提供一種基于彈性部件的電信號(hào)輸出裝置，包括：支撐部件、固定在所述支撐部件內(nèi)部的彈性部件、與所述彈性部件自由端相對(duì)固定的第一摩擦部件和與所述第一摩擦部件面對(duì)面放置的第二摩擦部件，其特征在于：所述第一摩擦部件的下表面為第一摩擦表面，所述第二摩擦部件的上表面為第二摩擦表面，兩個(gè)摩擦表面相對(duì)，并且二者由具有不同摩擦電極序的材料制備；所述第一摩擦部件的上表面為第一導(dǎo)電表面，所述第二摩擦部件的下表面為第二導(dǎo)電表面，兩個(gè)所述導(dǎo)電表面分別與電信號(hào)輸出端的兩端電連接；

優(yōu)選地，所述第一摩擦表面和第二摩擦表面在平衡狀態(tài)下剛好接觸；

優(yōu)選地，所述第一摩擦表面和第二摩擦表面選自絕緣材料、半導(dǎo)體材料和導(dǎo)電材料；

優(yōu)選地，所述第一摩擦表面為導(dǎo)電材料，并且所述第一摩擦表面與第一導(dǎo)電表面合二為一；或者，所述第二摩擦表面為導(dǎo)電材料，并且所述第二摩擦表面與第二導(dǎo)電表面合二為一；

優(yōu)選地，所述第一摩擦表面，和/或，所述第二摩擦表面上，全部或部分分布有微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)；

優(yōu)選地，所述微結(jié)構(gòu)選自納米線、納米管、納米顆粒、納米棒、納米花、納米溝槽、微米溝槽、納米錐、微米錐、納米球和微米球狀結(jié)構(gòu)，以及由前述結(jié)構(gòu)形成的陣列；

優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電表面和第二導(dǎo)電表面相同或不同，并且均選自金屬或?qū)щ娧趸铮?/p>

優(yōu)選地，所述彈性部件具有螺旋結(jié)構(gòu)；

優(yōu)選地，所述彈性部件選自等直徑彈簧、直徑漸變的錐形彈簧和直徑不規(guī)則變化的異型彈簧；

優(yōu)選地，所述彈性部件的楊氏模量為1-4GPa，泊松比為0.3-0.9；

優(yōu)選地，所述彈性部件通過(guò)頂部懸掛的方式固定在所述支撐部件的頂面；

優(yōu)選地，所述彈性部件通過(guò)底部自持的方式固定在所述支撐部件的底面；

優(yōu)選地，所述彈性部件與所述支撐部件之間緊密固定；