[發明專利]自驅動位移和速度傳感方法、傳感器和傳感器的制作方法

有效

• 申請號: 201310559783.2
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN103791927A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 周瑜升;朱光;王中林
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: G01D5/14
• 分類號: G01D5/14;G01B7/02;G01P3/52
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種位移傳感方法，用于測量被測物體(S)在指定方向上的相對位移，其特征在于，該方法包括如下步驟：

將一個傳感器固定在所述被測物體上，所述傳感器包括兩個相互貼合且能夠在所述指定方向上相對滑動的第一部件(100)和第二部件(200)，該被測物體與所述第一部件(100)和第二部件(200)的其中之一固定連接，所述第一部件(100)和第二部件(200)的摩擦面相互接觸，使兩個摩擦層表面由于接觸起電效應發生電荷轉移，使得兩個摩擦面各自帶極性相反的電荷；

使所述被測物體(S)帶動所述第一部件(100)或第二部件(200)在所述指定方向上相對于另一部件發生相對位移，并且在相對位移的過程中，第一部件(100)和第二部件(200)相互接觸的滑動摩擦面的面積發生周期性變化，由此在第一部件(100)或第二部件(200)之中產生周期性變化的電場；根據所述第一部件(100)或第二部件(200)之間由所述周期性變化電場產生的電壓或電流的波形，獲得所述第一部件(100)或第二部件(200)在所述指定方向上的相對位移，即為所述被測物體相對于其中一個部件在所述指定方向上的位移。

2.如權利要求1所述的位移傳感方法，其特征在于，所述第一部件和第二部件的發生滑動摩擦的表面在所述指定方向上呈現柵格形狀，所述柵格形狀是指周期性的凸起和凹陷的形狀。

3.如權利要求2所述的位移傳感方法，其特征在于，所述第一部件和第二部件的發生滑動摩擦的表面的柵格形狀具有相同的周期。

4.如權利要求2或3所述的位移傳感方法，其特征在于，所述柵格形狀的一個周期的凸起部分在所述指定方向上的長度與凹陷部分在該指定方向上的長度相等。

5.如權利要求2-4任一項所述的位移傳感方法，其特征在于，當所述第一部件和第二部件的柵格形狀的周期為P，在所述相對滑動過程中產生的所述電壓或電流的周期數為N時，被測物體的位移L通過如下公式計算獲得：

L=N×P。

6.如權利要求2-4任一項所述的位移傳感方法，其特征在于，當所述第一部件和第二部件的柵格形狀的周期為P，在所述相對滑動過程中產生的所述電壓的周期數為N時，被測物體的位移L通過如下公式計算獲得：

L=N×P+l(V，V_A)，其中V為當前電壓值，V_A為所述電壓信號的最大幅值，l(V，V_A)表示當前電壓值V對應的兩個柵格凸起部分在一個周期內的相對位移。

7.如權利要求2-4任一項所述的位移傳感方法，其特征在于，所述第一部件(100)和／或第二部件(200)的柵格形狀的凸起部分不是鏡像對稱的，所述鏡像對稱指的是關于垂直于所述兩個部件發生相對位移的方向的平面是鏡像對稱的，所述方法還包括：根據一個周期內電荷隨位移的變化波形可以獲得所述相對位移的方向。

8.一種速度傳感方法，用于測量被測物體(S)在指定方向上的運動速度，其特征在于，該方法包括如下步驟：

將一個傳感器固定在所述被測物體上，所述傳感器包括兩個相互貼合且能夠在所述指定方向上相對滑動的第一部件(100)和第二部件(200)，該被測物體與所述第一部件(100)和第二部件(200)的其中之一固定連接；所述第一部件(100)和第二部件(200)的摩擦面相互接觸，使兩個摩擦層表面由于接觸起電效應發生電荷轉移，使得兩個摩擦面各自帶極性相反的電荷；

使所述被測物體(S)帶動所述第一部件(100)或第二部件(200)在所述指定方向上相對于另一部件發生滑動摩擦并產生相對位移，并且在相對位移的過程中，第一部件(100)和第二部件(200)相互接觸的滑動摩擦面的面積發生周期性變化，由此在第一部件(100)或第二部件(200)之中產生極性相反且量值呈周期性變化的感應電荷；

根據所述第一部件(100)或第二部件(200)之間由所述周期性變化的感應電荷產生的電流，獲得所述第一部件(100)或第二部件(200)在所述指定方向上的速度，即為所述被測物體相對于其中一個部件在所述指定方向上的速度。

9.如權利要求8所述的速度傳感方法，其特征在于，所述第一部件和第二部件的發生滑動摩擦的表面在所述指定方向上呈現柵格形狀，所述柵格形狀是指周期性的凸起和凹陷的形狀。