[發明專利]加速度傳感器和傳感方法、位移監測系統和監測方法

在審

• 申請號: 201710294474.5
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN108802426A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 王中林;余華;何旭;丁文伯
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: G01P15/08
• 分類號: G01P15/08;G01B21/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 金旭鵬;肖冰濱

1.一種加速度傳感器，其特征在于，包括：

振動信號采集模塊，用于將待監測目標振動的加速度轉化為電壓信號輸出；

模擬數字轉換模塊，用于將所述振動信號采集模塊輸出的電壓信號經過模數轉換變為數字電壓信號；

線性變換模塊，用于將所述數字電壓信號線性變換為數字加速度信號。

2.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述振動信號采集模塊包括摩擦納米發電機，所述摩擦納米發電機包括靜止部分、移動部分以及彈性連接部件，當外界有振動加在摩擦電納米發電機上時，靜止部分與外界待監測目標保持相對靜止，移動部分在外界振動能和彈性連接部分的協同作用下，在相對于靜止部分往返運動，進而在靜止部分設置的電極間產生電信號。

3.根據權利要求2所述的傳感器，其特征在于，所述摩擦納米發電機的共振頻率為大于100Hz。

4.根據權利要求2或3所述的傳感器，其特征在于，所述振動信號采集模塊設置在與待監測目標固定的管狀支撐部件內，包括：沿著待監測目標振動方向設置的第一電極層和第二電極層，上下排列附著在管狀支撐部件內壁上，形成所述摩擦納米發電機的靜止部分，可以跟隨待監測目標振動；摩擦層，設置在圓柱形質量塊的表面，形成摩擦納米發電機的移動部分；彈性連接部件，將質量塊與管狀支撐部件的頂部連接。

5.根據權利要求4所述的傳感器，其特征在于，所述摩擦層表面初始帶有的電荷通過與第一電極層或第二電極層接觸獲得，或者通過注入方式獲得。

6.根據權利要求5所述的傳感器，其特征在于，在監測過程中所述摩擦層與第一電極層或第二電極層不接觸。

7.一種加速度傳感方法，其特征在于，包括步驟：

S1，振動信號采集模塊將待監測目標振動的加速度轉化為電壓信號輸出；

S2，模擬數字轉換模塊將所述振動信號采集模塊輸出的電壓信號經過模數轉換變為數字電壓信號；

S3，線性變換模塊將所述數字電壓信號線性變換為數字加速度信號。

8.根據權利要求7所述的傳感方法，其特征在于，還包括，線性變換模塊中預先儲存電壓與加速度關系。

9.一種振動位移監測系統，其特征在于，包括：

權利要求1-6中任一項所述的加速度傳感器；

積分模塊，用于對所述數字加速度信號進行二重數值積分獲得待監測目標振動位移的估計結果S；

狀態判斷模塊，將位移估計結果S與預先設定的閾值V進行比較，判定待監測目標狀態。

10.根據權利要求9所述的振動位移監測系統，其特征在于，還包括：

高通濾波模塊，用于消除電壓信號的基線漂移和二重數值積分帶來的基線漂移。

11.根據權利要求10所述的位移監測系統，其特征在于，所述待監測目標狀態包括危險、預警和安全，其中：

如果固定觀測時間T內位移估計結果S超過閾值V規定次數m，則判定待監測目標狀態為危險；如果超過閾值V次數在1-m次之間，則判定待監測目標狀態為預警；如果沒有超過閾值V，則判定待監測目標狀態為安全。

12.根據權利要求10或11所述的位移監測系統，其特征在于，還包括報警模塊，用于在所述狀態判斷模塊判定待監測目標狀態為危險時發出警報信息。

13.根據權利要求12所述的位移監測系統，其特征在于，所述報警模塊采用鳴笛方式報警。