[發明專利]一種基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器

在審

• 申請號: 202010800835.0
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111928986A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 冉祥海;宋忠乾;楚慧穎;李偉燕;聶偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;H02N1/04
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 周蕾

本發明涉及一種基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，包括：內部具有腔室的保護殼體、受沖層、往復運動件、及摩擦發電組件；往復運動件包括彈性層和質量塊；摩擦發電組件包括第一絕緣層、第一電極層、第一摩擦層、第二摩擦層、第二電極層、和第二絕緣層。在外沖擊力作用下，受沖層發生形變，帶動整個摩擦發電組件形變，由于摩擦發電組件受螺栓固定，使往復運動件的質量塊在慣性作用和彈性層的限制下做阻尼振動，使第一和第二摩擦層對應表面相互接觸與分離產發電荷，并通過與電極層相連的外接引線引出電信號。該沖擊檢測傳感器基于摩擦發電原理、結構簡單、具有自供電特性的優點，可以檢測微小沖擊力信號，提高了靈敏度，擴大了應用領域。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，具體涉及一種基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器。

背景技術

隨著信息技術的不斷發展，傳感器作為連接人類和機械設備的橋梁，扮演著不可忽視的角色。在智能交通、水利水電、建筑工程等領域中，對振動沖擊力的實時檢測和分析對判斷各種設施運行狀態具有至關重要的意義。

沖擊力檢測傳感器是壓力傳感器的一種，對動態力檢測表現出很好的響應，是一種能將外界沖擊力按照一定規律轉化為電荷或電壓輸出信號的器件或裝置。摩擦發電作用發生在兩種不同性質的材料之間，材料表面相互摩擦產生電荷轉移，從而在兩個表面上產生電勢差，該電勢差與兩個表面的接觸面積和接觸頻率相關，因此，可以通過摩擦發電過程中產生的瞬時電流信號對相關沖擊力進行檢測。相對于傳統的電阻式、電感式和電容式沖擊力檢測傳感器，基于摩擦發電的沖擊力檢測傳感器具有輸出阻抗低、受外界干擾影響小、輸出信號強等優點，適用于長期監測。更重要的是，基于摩擦發電的沖擊力檢測傳感器具有自驅動性，無需外部電源供電，具有廣泛的應用空間。

發明內容

本發明旨在提供一種基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，該檢測傳感器通過將沖擊力轉變成質量塊的往復振動帶動摩擦層的接觸和分離，避免了對摩擦發電組件的直接沖擊，降低了沖擊檢測傳感器受損的風險，同時提高了靈敏度。

為了實現上述目的，本發明的技術方案具體如下：

本發明提供一種基于摩擦發電的高靈敏度沖擊檢測傳感器，包括：

內部具有腔室的保護殼體、受沖層、往復運動件、及摩擦發電組件；

所述受沖層設置于所述保護殼體的頂部，所述往復運動件和摩擦發電組件設置于所述保護殼體內部腔室里，并且所述摩擦發電組件設置于所述往復運動件上方；

所述往復運動件包括彈性層、和固定在彈性層中的質量塊，在外沖擊力作用下質量塊在彈性層的束縛下做往復運動；

所述摩擦發電組件從上至下依次包括：第一絕緣層、第一電極層、第一摩擦層、第二摩擦層、第二電極層、和第二絕緣層，且所述第一摩擦層和第二摩擦層之間間隔一段距離，所述第一電極層和第二電極層分別通過導電膠與外接引線相連、并且所述外接引線從保護殼體引出；所述第一絕緣層和第二絕緣層分別用于對所述第一電極層和第二電極層的絕緣封裝；

上述沖擊檢測傳感器在外沖擊力作用于受沖層時，所述往復運動件中的質量塊在彈性層的束縛下做往復運動使第一摩擦層和第二摩擦層對應表面相互接觸與分離從而產發電荷，并通過分別與第一電極層和第二電極層相連的外接引線引出電信號。

在上述技術方案中，所述受沖層下表面設有凹槽，可在受沖擊時有利于受沖層發生形變，給質量塊提供往復運動的慣性力，以帶動摩擦發電組件中質量塊的往復運動，實現第一摩擦層和第二摩擦層之間的接觸分離，以產生摩擦電信號。

在上述技術方案中，所述凹槽的深度為0.1mm～3mm，其深度可以用以調整檢測傳感器的檢測限和檢測范圍。