[發明專利]一種模塊化拼接式自供能裝置及海洋生物傳感器系統

在審

• 申請號: 202011255462.X
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112461291A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 柳長昕;曲廣皓;劉健豪;李華安;曲致雨;馬科飛;黃哲;徐敏義;潘新祥
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01S19/42;H02N1/04;H02N11/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

本發明提供一種模塊化拼接式自供能裝置及海洋生物傳感器系統。其中模塊化拼接式自供能裝置包括若干個結構相同且能夠組合連接的發電模塊，所述發電模塊包括薄膜溫差發電部和水流摩擦納米發電部；所述薄膜溫差發電部包括薄膜上的P型微型熱電臂和N型微型熱電臂、上極板以及下極板；所述水流摩擦納米發電部包括正電性的薄膜、負電性的薄膜、設置于所述正電性的薄膜下方的正極板以及設置于所述負電性的薄膜下方的負極板。本發明分別利用生物自身與海水之間的溫差和海水流動的能量構件了自供能架構，該架構有效地結合了微納能源技術，提高了發電效率，裝置的續航能力，結構簡單，實用性強。

技術領域

本發明涉及微納能源自供能及電氣控制技術領域，具體而言，尤其涉及一種模塊化拼接式自供能裝置及傳感器系統。

背景技術

隨著5G通訊網絡的大力建設和推廣，依托5G網絡很多行業都面臨著整體信息化的迭代升級。5G網絡較之前的通信網絡提升的不僅僅是簡單的通信速度，更重要的是5G在低時延、超低功耗、多終端兼容性等層面上進行了跨越級提升。正因如此未來5G的應用，可能會促進“萬物互聯”技術的爆發式發展。同時傳感器對于能量的需求也爆發式增長，僅僅通過電池供能不足以支撐物聯網產業的發展。同樣隨著傳感器技術、無線通訊技術、微電子技術和嵌入式應用技術的日趨成熟，無線傳感器網絡迅速發展。利用無線傳感器網絡，可以實現對所部署區域內的物理狀況、環境狀況、生物信息等的監測。由于無線傳感器網絡可以快速部署，并且有自組織，高容錯率和強隱蔽性的優點，無線傳感器網絡可適用于海洋探測、環境監測、船舶監測等應用場合。隨著“萬物互聯”的物聯網時代的到來，我們借助海洋生物及藍色能源對海洋的監測和探索也可以更進一步。

目前使用的海洋生物傳感裝置主要是使用蓄電池作為電源來工作的，由于海洋生物具有靈活、數量眾多、分布范圍廣泛、生存環境復雜的特點，通過定期更換電池來維持海洋生物傳感設備的持續工作并不現實，因此，電池的續航能力成為限制對海洋及海洋生物的生活習性以及海洋環境等的探索的主要因素。通常，需要定期更換傳感器的電池，以便能夠維持裝置的正常工作，但是海洋生物的不便于捕捉和活動范圍巨大的習性的等使得更換設備電池成為了不可能，從而導致海洋生物追蹤的成本高、電池壽命縮短、環境污染等問題。

目前，自供能裝置的供能方式主要有太陽能發電、溫差發電、摩擦納米發電、化學能電池和燃料電池。利用化學能電池和燃料電池一次性供電電池壽命短，而利用微納能源為低功耗系統提供能量可以實現長期供電，具有功率密度不隨時間的長短而發生變化的特點。利用海洋生物自身的體溫與海洋環境中的溫度差以及海洋環境中的水流能，可以分別采用熱電材料和摩擦納米發電材料在不使用外部電源的情況下實現簡單的能量轉換結構，為海洋生物傳感裝置供電。

綜上，微型溫差發電裝置在具有穩定溫度差的環境中可以發揮顯著效果，水流摩擦納米發電裝置在海洋生物移動的環境中可以發揮顯著效果。海洋生物在海洋中正常生活時，其自身體溫與海水具有穩定的溫度差可為TEG裝置提供充足的溫度差。海洋生物在海洋中運動時與水流形成了明顯的相對運動，巨大的水流能可為水流摩擦納米發電機裝置(Flu-TENG)提供充足水流源。隨著人類對海洋生物的進一步探索，微型溫差發電裝置和摩擦納米發電裝置可為海洋生物傳感設備提供持續穩定的電能，促進人類對于海洋位置領域及生物的進一步探索，因此，有必要提供一種集兩者優點于一體的自供能裝置，推動我國海洋強國戰略的進一步實施。

發明內容

本發明提供一種模塊化拼接式自供能裝置及傳感器系統，解決了現有海洋生物傳感裝置在電池續航以及難以更換電池等技術問題。本發明利用生物自身與海水之間的溫差和海水流動的能量，該架構有效地結合了微納能源技術，提高了發電效率，裝置的續航能力，結構簡單。實用性強。

本發明采用的技術手段如下：

一種模塊化拼接式自供能裝置，包括若干個結構相同且能夠組合連接的發電模塊，所述發電模塊包括薄膜溫差發電部和水流摩擦納米發電部；