[發(fā)明專利]一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的船機(jī)振動(dòng)自驅(qū)動(dòng)傳感裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110790082.4
• 申請(qǐng)日: 2021-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN113507232A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒永久;董方陽;杜太利;張博深;張躍文;孫培廷;徐敏義;張鵬;姜興家
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N1/04
• 分類號(hào): H02N1/04;G01H11/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 何圣斐;李洪福

本發(fā)明涉及一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的船機(jī)振動(dòng)自驅(qū)動(dòng)傳感裝置，包括摩擦納米發(fā)電機(jī)、信號(hào)處理電路和貼附固定層；所述摩擦納米發(fā)電機(jī)包括底座、頂蓋、金屬電極、接觸層和液態(tài)金屬；所述底座和頂蓋內(nèi)均設(shè)置有半球形凹坑；所述金屬電極固定連接在底座的凹坑內(nèi)表面；所述接觸層固定連接在金屬電極的內(nèi)表面；所述液態(tài)金屬設(shè)置在底座和頂蓋之間，可在球形空間里自由振動(dòng)；所述信號(hào)處理電路的一端與摩擦納米電機(jī)相連，另一端接地；所述貼附固定層固定連接在摩擦納米發(fā)電機(jī)底側(cè)。本發(fā)明體積小、重量輕、成本低、環(huán)境兼容性強(qiáng)，能將具有中低頻運(yùn)動(dòng)特性的船舶機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)船舶機(jī)械設(shè)備的自驅(qū)動(dòng)振動(dòng)傳感。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及振動(dòng)傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的船機(jī)振動(dòng)自驅(qū)動(dòng)傳感裝置。

背景技術(shù)

傳感器技術(shù)升級(jí)是我國智能船舶發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與重大需求，研發(fā)新型船舶機(jī)械振動(dòng)傳感技術(shù)，提升船舶機(jī)艙設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)水平，對(duì)設(shè)備智能運(yùn)維和健康管理具有重大價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，也是推動(dòng)船舶產(chǎn)業(yè)的智能化進(jìn)程、帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要舉措。

在船用振動(dòng)傳感器方面，目前主要為電磁式和電渦流式兩種，但這兩種類型的傳感器在產(chǎn)生信號(hào)的過程中都需要通過電纜供能。然而采用電纜供能的振動(dòng)傳感在監(jiān)測(cè)精確性和布置靈活性方面有待提高，特別是針對(duì)密閉環(huán)境、旋轉(zhuǎn)環(huán)境的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，更難以實(shí)現(xiàn)直接、精準(zhǔn)的測(cè)量。針對(duì)上述問題，由于無線振動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)具有自組織、易擴(kuò)展和部署靈活等特點(diǎn)，且能更加直接、精準(zhǔn)地感知振動(dòng)狀態(tài)，因此構(gòu)建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在智能機(jī)艙研究領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。但目前無線振動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)通常由容量有限的蓄電池供電，其處理器性能較弱，而且電池也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。為解決這一問題，研究者開展了壓電式自驅(qū)動(dòng)振動(dòng)傳感的研究，這種傳感器在產(chǎn)生傳感信號(hào)的過程中不需要外界供能，為降低無線傳感器能耗提供了一種新途徑。然而，壓電式振動(dòng)傳感技術(shù)輸出信號(hào)較弱，且易受溫度、濕度的影響，難以適應(yīng)實(shí)際船舶機(jī)艙環(huán)境。因此，亟需發(fā)明一種新型振動(dòng)自驅(qū)動(dòng)傳感裝置，以滿足智能船舶對(duì)振動(dòng)傳感技術(shù)升級(jí)的需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的船機(jī)振動(dòng)自驅(qū)動(dòng)傳感裝置。能夠?qū)⒕哂兄械皖l運(yùn)動(dòng)特性的船舶機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)船舶機(jī)械設(shè)備的自驅(qū)動(dòng)振動(dòng)傳感。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明所提出的一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的船機(jī)振動(dòng)自驅(qū)動(dòng)傳感裝置，包括摩擦納米發(fā)電機(jī)、信號(hào)處理電路和貼附固定層；

所述摩擦納米發(fā)電機(jī)包括絕緣支撐體、金屬電極、接觸層和液態(tài)金屬；所述絕緣支撐體由頂蓋和底座構(gòu)成，且所述底座和頂蓋內(nèi)均設(shè)置有半球形凹坑；所述金屬電極固定連接在絕緣支撐體底座的凹坑內(nèi)表面；所述接觸層固定連接在金屬電極的內(nèi)表面；所述液態(tài)金屬設(shè)置在絕緣支撐體底座和頂蓋的凹坑之間，可在球形的空間里自由振動(dòng)，并在振動(dòng)過程中不斷與接觸層接觸和分離；

所述信號(hào)處理電路的一端與摩擦納米電機(jī)相連，另一端接地；

所述貼附固定層固定連接在摩擦納米發(fā)電機(jī)底側(cè)，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)可通過貼附固定層與船舶機(jī)械設(shè)備表面固定連接。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)處理電路包括整流電容、一階有源低通濾波器、同相比例放大器和無源濾波器；所述整流電容與一階有源低通濾波器的輸入端相連接，所述一階有源低通濾波器的輸出端與同相比例放大器的輸入端相連接，所述同相比例放大器的輸出端與無源濾波器相連接；所述摩擦納米發(fā)電機(jī)的金屬電極與信號(hào)處理電路的輸入端相連接，所述信號(hào)處理電路的輸入端與整流電容相連接。

進(jìn)一步的，所述接觸層為介電材料。

進(jìn)一步的，所述接觸層表面設(shè)置有均勻分布的納米棒結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1、本發(fā)明采用一種新型機(jī)電轉(zhuǎn)換方式，能將具有中低頻運(yùn)動(dòng)特性的船舶機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)船舶機(jī)械設(shè)備的自驅(qū)動(dòng)振動(dòng)傳感；