[發明專利]自驅動風傳感器

有效

• 申請號: 201610940185.3
• 申請日: 2016-11-01
• 公開（公告）號: CN106568986B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 奚伊;李文龍;郭恒宇;胡陳果
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01P5/00
• 分類號: G01P5/00;G01P13/02;H02N1/04
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 譚春艷

本發明公開了一種自驅動風傳感器，傳感摩擦發電機為多個，每個傳感摩擦發電機包括上下兩塊絕緣基底，兩個絕緣基底相對的面上分別粘貼導電電極作為上下極，絕緣基底與導電電極的尺寸大小相同，上下兩塊絕緣基底上的導電電極之間有間隙，在上、下的導電電極之間設置PTFE薄膜，PTFE薄膜的尺寸小于絕緣基底，PTFE薄膜的厚度小于上、下的導電電極之間的間隙，絕緣基底、導電電極以及PTFE薄膜裝成一端固定、另一端為自由端的書狀結構；多個傳感摩擦發電機圍成多邊形的傳感器，每個傳感摩擦發電機分別用銅線引出電流，并在各自的電路上連接指示燈和能得出發電機頻率的測量裝置。制作簡單，成本低，輸出穩定，測量范圍大，靈敏度高且無需電池。

技術領域

本發明涉及一種風傳感器，特別涉及一種自驅動的風傳感器。

背景技術

風傳感器包括風速傳感器和風向傳感器，已經被廣泛應用于氣象、農業、軍事等各個方面，其風速的測量范圍和測量精度從0.1米每秒到上百米每秒。而常見的風速傳感器的原理主要分為三類：機械轉動型，光電轉換型，還有超聲波型。它們都各有優缺點，其都有的缺點就是：一、體積大，風向單一；二、測量范圍、測量精度、響應時間不能都達到最優；三、都需要外電源供電；四、價格相對昂貴。

摩擦電納米發電機是利用摩擦電效應和靜電感應效應原理得以實現的，其結構簡單，成本低廉，可以收集生活環境中不同形式的機械能將其轉化為電能，這不僅可以用來發電提供電子設備使用，而且可以根據轉化關系測量出相應機械的一些物理信息，比如速度、加速度、方向、壓力、頻率等。

發明內容

針對現有的問題，本發明的目的在于提供一種自驅動風傳感器，首次將摩擦發電機應用到風傳感器，可準確測量風速和風向等信息。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是這樣的：一種自驅動風傳感器，其特征在于：包括收集風能的摩擦發電機。

上述方案中：所述傳感摩擦發電機為多個，每個傳感摩擦發電機包括上下兩塊絕緣基底(1)，兩個絕緣基底(1)相對的面上分別粘貼導電電極(2)作為上下極，所述絕緣基底(1)與導電電極(2)的尺寸大小相同，所述上下兩塊絕緣基底(1)上的導電電極(2)之間有間隙，在上、下的導電電極(2)之間設置PTFE薄膜(3)，所述PTFE薄膜(3)的尺寸小于絕緣基底(1)，所述PTFE薄膜(3)的厚度小于上、下的導電電極(2)之間的間隙，所述絕緣基底(1)、導電電極(2)以及PTFE薄膜(3)裝成一端固定、另一端為自由端的書狀結構；多個傳感摩擦發電機圍成多邊形的傳感器，每個傳感摩擦發電機分別用銅線引出電流，并在各自的電路上連接指示燈(5)和能得出發電機頻率的測量裝置。

采用上述方案，本發明將摩擦發電機應用于風傳感器，PTFE和導電電極做摩擦材料，其中導電電極同時充當上下電極，這樣就得到一個收集風能的摩擦發電機(WTEG),然后我們將相同的單元(摩擦發電機)在同一水平面的不同方向排列成多邊形，就可以得到一個收集風能并利用收集到的能量來驅動自身的風傳感器。通過分析發現，發電機頻率與風速大小的呈線性關系較好，通過發電機頻率來計算風速大小，用各個方向的小燈泡是否發光來確定風向，精準度可達到0.12m/s。

該裝置：一、體積小，可實現多風向檢測；二、測量范圍、測量精度、響應時間能都達到最優；三、不需要外電源供電；四、價格相對便宜。

作為上述方案的優選：所述能得出發電機頻率的測量裝置包括整流器(4)、電路放大器(6)、電流測量模塊(7)、電壓測量模塊(8)和顯示單元(9)，所述整流器(4)連接在指示燈(5)之前，所述整流器(4)同時與電路放大器(6) 相連，所述電路放大器(6)信號輸出端與電流測量模塊(7)和電壓測量模塊(8)相連，所述電流測量模塊(7)和電壓測量模塊(8)的信號輸出端與顯示單元(9)的信號接收端相連。我們用電路放大器放大電流后測量各個方向整流后輸出的電流、電壓，根據電流圖像得到發電機頻率。