[實用新型]基于摩擦發電的壓力傳感器

有效

• 申請號: 201320419436.5
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN203443713U
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 吳寶榮;張濤;梁宏增;邱霄;馬志海;程馳
• 申請（專利權）人: 納米新能源（唐山）有限責任公司
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01L9/08
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所 11276
• 代理人: 韓龍;李淑敏

技術領域

本實用新型涉及傳感器技術領域，具體的說，涉及一種基于摩擦發電的壓力傳感器，該壓力傳感器可以很方便的應用在各種工業自控環境中。

背景技術

壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。

目前常用的壓力傳感器主要為電容式壓力傳感器和電阻應變式壓力傳感器。常見的電容式壓力傳感器主要是靜電容量型，例如將玻璃的固定極和硅的可動極相對設置而形成電容，并將通過外力（壓力）使可動極變形所產生的靜電容量的變化轉換成電氣信號。但是，這種壓力傳感器存在輸出阻抗高，負載能力差，易受外界干擾產生不穩定現象，嚴重時甚至無法工作、輸出特性非線性、寄生電容影響大的缺點。而電阻應變式壓力傳感器是利用電阻應變片變形時其電阻也隨之改變的原理進行工作，它的缺點是對于大應變有較大的非線性、輸出信號較弱。

眾所周知，采用摩擦技術構建的能量收集和轉換裝置，在自供電納米系統中起關鍵作用。并且，由于其環保、節能、自驅動性質，受到了廣泛關注。隨著王中林教授研究組研發的壓電摩擦發電部件首次將機械能轉換為電能以來，以壓電和摩擦電為基礎的不同結構和材料的摩擦發電部件相繼問世。目前，將摩擦發電部件應用于壓力傳感器的報道還沒有出現。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種精度高、測量范圍廣、結構簡單、抗干擾性能好的基于摩擦發電的壓力傳感器。

為實現上述目的，本實用新型的一種基于摩擦發電的壓力傳感器的具體技術方案為：

一種基于摩擦發電的壓力傳感器，包括承壓部件和底座，其中，承壓部件和底座之間設置有摩擦發電部件，摩擦發電部件與外電路相連，當壓力作用于承壓部件并使承壓部件和底座之間的距離改變時，摩擦發電部件能夠在外電路中產生用于顯示壓力變化的電量。

進一步，摩擦發電部件包括第一發電部和第二發電部，第一發電部和第二發電部相互接觸并形成摩擦面，當承壓部件和底座之間的距離改變時，該接觸形成的摩擦面的面積能夠改變，進而產生顯示壓力變化的電量。

一種壓力檢測裝置，包括基于摩擦發電的壓力傳感器和外電路，外電路包括：電容器，與摩擦發電部件相連，用于收集摩擦發電部件產生的電量；模數轉換器，用于將電容器中的模擬電壓值轉換為數字電壓值；單片機，與顯示屏和輸出接口相連，用于接收模數轉換器輸出的電壓值，并通過輸出接口輸出，以及控制顯示屏進行顯示。

本實用新型的基于摩擦發電的壓力傳感器利用摩擦發電的原理，通過載荷的變化，將載荷的重量變化轉換為摩擦發電部件的接觸面積變化，利用摩擦接觸面積與輸出電壓的線性關系，可以直觀的表征出載荷的重量。克服了傳統壓力電容器的易受靜電、電磁場干擾的缺點，并且具有精度高，測量范圍廣，使用環境廣泛的優點。并且基于摩擦發電的壓力傳感器具有自供電的特性，從而制備的壓力傳感器無需外部電源即可正常工作。

另外，本實用新型的基于摩擦發電的壓力傳感器中的摩擦發電機具有制作工藝簡單、成本低、易于大規模工業化生產的特點，故使其整體也具有制作工藝簡單、成本低、易于大規模工業化生產的特點。

附圖說明

圖1為本實用新型的基于摩擦發電的壓力傳感器的第一實施例的立體結構圖；

圖2為圖1中的基于摩擦發電的壓力傳感器的剖視圖；

圖3為圖2中的摩擦發電部件的替代實施例的結構示意圖；

圖4為圖1中的承壓部件的替代實施例的結構示意圖；

圖5為圖1中的承壓部件的另一替代實施例的結構示意圖；

圖6為本實用新型的基于摩擦發電的壓力傳感器的第二實施例的內部結構圖；

圖7為圖6中的基于摩擦發電的壓力傳感器的剖視圖；

圖8為圖7中的基于摩擦發電的壓力傳感器沿A-A向的剖視圖；

圖9為圖6中的基于摩擦發電的壓力傳感器中的摩擦發電部件的結構放大圖；

圖10為本實用新型的基于摩擦發電的壓力傳感器的第三實施例的內部結構圖；

圖11為圖10中的基于摩擦發電的壓力傳感器的剖視圖；

圖12為圖11中的基于摩擦發電的壓力傳感器沿A-A向的剖視圖；

圖13為圖10中的基于摩擦發電的壓力傳感器中的摩擦發電部件的結構放大圖；

圖14為本實用新型的基于摩擦發電的壓力傳感器的電路結構示意圖；