[發明專利]利用摩擦發電測量物體運動參數的方法和裝置

在審

• 申請號: 201310687680.4
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN104713570A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 陳夢曉;李瀟逸;潘曹峰;王中林
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: G01C23/00
• 分類號: G01C23/00
• 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

技術領域

本發明屬于運動的測量技術領域，具體涉及利用摩擦發電來測量物體運動參數的方法和裝置。?

背景技術

排在摩擦電序中不同位置的兩種材料，由于保持電子（電荷）的能力不同，相互摩擦時，會由于電荷的轉移而分別帶上正電和負電。基于此原理可制作摩擦納米發電機，其采用納米材料作為摩擦材料。根據摩擦面的接觸方式不同，摩擦納米發電機又被分為接觸-分離式摩擦納米發電機和滑動式摩擦納米發電機。然而，現有的摩擦納米發電機都是直接利用機械能通過摩擦轉換的電能以對外部器件進行供電，對摩擦納米發電機的輸出電信號的變化不進行分析和應用。?

現有的測量物體運動參數的設備常見的有GPS、測速雷達，無線基站定位等等，多基于陀螺儀，多普勒效應，電磁波的發射和接收等原理。但是它們需要外部供電，不能做到自驅動。另外現有的廣泛應用的測量物體運動參數的設備多針對宏觀上較大尺度，較少針對小尺度。?

發明內容

（一）要解決的技術問題?

本發明所要解決的技術問題是現有的廣泛應用的測量物體運動參數的設備多針對宏觀上較大尺度，較少針對小尺度，需要外部供電，不能做到自驅動。?

（二）技術方案?

為解決上述技術問題，本發明的一個方面是提出一種測量物體在一維方向上運動參數的裝置，包括一個滑動件、至少兩個固定件，所述至少兩個固定件在一個指定的被測方向上排列并被固定，所述滑動件（101）能夠在所述被測方向上運動并分別與所述至少兩個固定件產生滑動摩擦，所?述滑動件和所述至少兩個固定件均包括摩擦層，所述滑動件的摩擦層與所述至少兩個固定件的摩擦層由具有不同摩擦電序的材料構成；所述滑動件與所述至少兩個固定件之間產生的電信號的幅度不相等。?

根據本發明該方面的一種具體實施方式，所述各摩擦層的不作為滑動摩擦面的一面均連接有一個導電層；或者，所述滑動件、所述至少兩個固定件中至少一個的摩擦層的材料為導電材料，由導電材料構成的摩擦層直接作為導電層，不連接其他導電層，并且所述滑動件與所述至少兩個固定件之間產生的電信號是指所述滑動件的導電層與所述至少兩個固定件之間的導電層之間產生的電信號。?

根據本發明該方面的一種具體實施方式，所述至少兩個固定件的摩擦層采用相同摩擦電序的材料，但是滑動摩擦面積不同；或者，所述至少兩個固定件的摩擦層具有相同的滑動摩擦面積，但由不同摩擦電序的材料構成。?

根據本發明該方面的一種具體實施方式，所述至少兩個固定件的摩擦層采用相同摩擦電序的材料，所述滑動件、所述至少兩個固定件均為矩形條，各矩形條具有相等的寬度，且各矩形條的長度方向垂直于指定的測量方向，并且，所述至少兩個固定件的長度不同，所述滑動件的長度大于所述至少兩個固定件中的任一個。?

根據本發明該方面的一種具體實施方式，所述固定件多于兩個，各固定件與所述滑動件的滑動摩擦面積或其摩擦層的摩擦電序在所述指定測量方向上不呈對稱分布。?

本發明的另一個方面是提出一種測量物體在一維方向上運動參數的方法，包括如下步驟：將被測物體固定在一個滑動件上；將至少兩個固定件在一個指定的被測方向上排列并固定，所述滑動件能夠在所述被測方向上運動并分別與所述至少兩個固定件產生滑動摩擦，所述滑動件和所述至少兩個固定件均包括摩擦層，所述滑動件的摩擦層與所述至少兩個固定件的摩擦層由具有不同摩擦電序的材料構成；各固定件與所述滑動件的滑動摩擦面積或其摩擦層的摩擦電序在所述指定測量方向上不呈對稱分布；測量所述滑動件與所述至少兩個固定件之間產生的電信號，并根據該電信號獲得所述被測物體的運動方向。?

根據本發明該方面的一種具體實施方式，還包括：根據所述電信號獲得所述滑動件滑動至所述至少兩個固定件的時刻，結合所述至少兩個固定件之間的間距，獲得所述被測物體在所述被測方向上的速度。?

根據本發明該方面的一種具體實施方式，所述固定件多于兩個，所述方法還包括：根據所測量的滑動件在多個固定件之間的速度來計算所述被測物體的加速度。?

本發明的另一個方面是提出一種測量物體在一維方向上運動參數的裝置，其特征在于，包括一個滑動件和一個梳狀固定件，所述滑動件呈現條狀，所述梳狀固定件包括一個平行于指定被測方向的側邊和從側邊垂直伸出的多個條狀梳齒，所述滑動件和所述梳狀固定件均包括摩擦層，所述滑動件的摩擦層與所述至梳狀固定件的摩擦層由具有不同摩擦電序的材料構成；所述滑動件與所述梳狀固定件之間產生的電信號的幅度不相等。?