[發明專利]一種面向環境感知的摩擦電-電磁復合流速檢測裝置

在審

• 申請號: 202110697976.9
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113433343A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 李龍;蔣奕晨;汪田鴻;金滔;張泉;田應仲
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01P5/06
• 分類號: G01P5/06;H02K35/02;H02K7/18;H02N1/04;H02J7/32
• 代理公司: 上海新隆知識產權代理事務所(普通合伙) 31366
• 代理人: 金利琴

本發明公開一種面向環境感知的摩擦電?電磁復合流速檢測裝置，包括彈簧?磁鐵電磁感應模塊，摩擦納米發電模塊，亞克力管?旋轉模塊以及無線傳輸電源管理模塊，亞克力管?旋轉模塊的亞克力管組件的一端固定在旋轉模塊的旋轉中心塊的外邊緣上，另一端與摩擦納米發電模塊的支撐盤固定，彈簧?磁鐵電感應模塊的彈簧一端與亞克力管?旋轉模塊的旋轉中心塊相固聯，彈簧?磁鐵電磁感應模塊位于亞克力管的內部，實現彈簧?磁鐵電磁感應模塊與摩擦納米發電模塊位于亞克力管和旋轉中心塊的封閉空間內。本發明可實現自供電,依靠電信號的輸出特性，實現對驅動流體的旋轉速度檢測，基于電源管理模塊，配合低功耗藍牙模塊，實現在無人環境下的流體流速檢測。

技術領域

本發明旨在解決偏遠地區的水流/風速等流體的流速監測裝置，能夠實現在偏遠地區的流速監測裝置的自供電，并實現監測數據的無線傳輸，更具體地說，是一種面向環境感知的摩擦電-電磁復合流速檢測裝置。

背景技術

未來無人氣象站的風速、降雨、水位等環境監測要素的需求將在環境監測領域發揮重要作用，這就需要對氣象信息進行日常的匯總和險情預警，以避免重大自然災害的發生。例如，短時間內的強降雨往往導致河流流量激增，而這往往預示著區域性自然災害的突然發生。同時隨著5G物聯網技術的快速發展，感知信息可以被低延遲地傳輸，從而通過大數據和云計算技術的遠程終端實現智能氣象預測和監控。然而，無人氣象站的可行性和成本效益需要考慮，因為大多數現有的傳感器往往需要外部電源和相關的電線來確保其日常運行。特別是在廣闊的草原和山區等偏遠地區和惡劣的環境中，會出現意想不到的困難。因此，下一代無人氣象站除了實時信息采集和監測外，還應具有可持續性，并可實現無線傳輸，避免額外的電池的配置需求，能夠從環境中獲取能量以支持其基本操作的自供電裝置并由此實現無線傳輸是一種可能的解決方案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種面向環境感知的摩擦電-電磁復合流速檢測裝置，能夠實現從環境中獲取機械能能量并將其轉化為電能存儲以支持其實現無線傳輸的自供電裝置，并依靠電信號輸出的特點表征流體的流速，實現對于流速的實時檢測。

為了達到上述目的，本發明釆用的技術方案是：

本發明包括亞克力管-旋轉模塊，彈簧-磁鐵電磁感應模塊，摩擦納米發電模塊以及無線傳輸電源管理模塊，所述的彈簧-磁鐵電磁感應模塊的彈簧的一端與亞克力管-旋轉模塊的三棱柱形旋轉中心塊相固聯，所述亞克力管-旋轉模塊的亞克力管的一端通過支撐塊固定在三棱柱形旋轉中心塊的外邊緣上，另一端與摩擦納米發電模塊的支撐盤固定。

優選地，所述亞克力管-旋轉模塊，包括亞克力管，三棱柱形旋轉中心塊，三棱柱形旋轉中心塊的三個柱面間呈相互120度的夾角，三個亞克力管的一端均與三棱柱形旋轉中心塊的外邊緣形成固聯，三個亞克力管之間在平面上形成相互120度的夾角，當三個亞克力管受到圓周切向力的作用，整個裝置會繞著三棱柱形旋轉中心塊的旋轉軸旋轉。

優選地，所述彈簧-磁鐵電磁感應模塊，包括彈簧，圓柱形磁鐵，感應線圈；圓柱形磁鐵與彈簧的一端固聯，另一端處于懸空狀態；彈簧的另一端被固定在亞克力管-旋轉模塊的三棱柱形旋轉中心塊上；用于電磁感應的感應線圈被均勻地分布在亞克力管的外壁上，磁鐵在外部合力(離心力、重力、彈簧彈力)的作用下在亞克力管內作直線往復運動，亞克力管外壁上的感應線圈切割磁鐵的磁感線包絡圈，得到感應交流電信號，從而實現機械能向電能的轉換。