[实用新型]基于摩擦发电的压力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体的说，涉及一种基于摩擦发电的压力传感器，该压力传感器可以很方便的应用在各种工业自控环境中。

背景技术

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

目前常用的压力传感器主要为电容式压力传感器和电阻应变式压力传感器。常见的电容式压力传感器主要是静电容量型，例如将玻璃的固定极和硅的可动极相对设置而形成电容，并将通过外力（压力）使可动极变形所产生的静电容量的变化转换成电气信号。但是，这种压力传感器存在输出阻抗高，负载能力差，易受外界干扰产生不稳定现象，严重时甚至无法工作、输出特性非线性、寄生电容影响大的缺点。而电阻应变式压力传感器是利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理进行工作，它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱。

众所周知，采用摩擦技术构建的能量收集和转换装置，在自供电纳米系统中起关键作用。并且，由于其环保、节能、自驱动性质，受到了广泛关注。随着王中林教授研究组研发的压电摩擦发电部件首次将机械能转换为电能以来，以压电和摩擦电为基础的不同结构和材料的摩擦发电部件相继问世。目前，将摩擦发电部件应用于压力传感器的报道还没有出现。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种精度高、测量范围广、结构简单、抗干扰性能好的基于摩擦发电的压力传感器。

为实现上述目的，本实用新型的一种基于摩擦发电的压力传感器的具体技术方案为：

一种基于摩擦发电的压力传感器，包括承压部件和底座，其中，承压部件和底座之间设置有摩擦发电部件，摩擦发电部件与外电路相连，当压力作用于承压部件并使承压部件和底座之间的距离改变时，摩擦发电部件能够在外电路中产生用于显示压力变化的电量。

进一步，摩擦发电部件包括第一发电部和第二发电部，第一发电部和第二发电部相互接触并形成摩擦面，当承压部件和底座之间的距离改变时，该接触形成的摩擦面的面积能够改变，进而产生显示压力变化的电量。

一种压力检测装置，包括基于摩擦发电的压力传感器和外电路，外电路包括：电容器，与摩擦发电部件相连，用于收集摩擦发电部件产生的电量；模数转换器，用于将电容器中的模拟电压值转换为数字电压值；单片机，与显示屏和输出接口相连，用于接收模数转换器输出的电压值，并通过输出接口输出，以及控制显示屏进行显示。

本实用新型的基于摩擦发电的压力传感器利用摩擦发电的原理，通过载荷的变化，将载荷的重量变化转换为摩擦发电部件的接触面积变化，利用摩擦接触面积与输出电压的线性关系，可以直观的表征出载荷的重量。克服了传统压力电容器的易受静电、电磁场干扰的缺点，并且具有精度高，测量范围广，使用环境广泛的优点。并且基于摩擦发电的压力传感器具有自供电的特性，从而制备的压力传感器无需外部电源即可正常工作。

另外，本实用新型的基于摩擦发电的压力传感器中的摩擦发电机具有制作工艺简单、成本低、易于大规模工业化生产的特点，故使其整体也具有制作工艺简单、成本低、易于大规模工业化生产的特点。

附图说明

图1为本实用新型的基于摩擦发电的压力传感器的第一实施例的立体结构图；

图2为图1中的基于摩擦发电的压力传感器的剖视图；

图3为图2中的摩擦发电部件的替代实施例的结构示意图；

图4为图1中的承压部件的替代实施例的结构示意图；

图5为图1中的承压部件的另一替代实施例的结构示意图；

图6为本实用新型的基于摩擦发电的压力传感器的第二实施例的内部结构图；

图7为图6中的基于摩擦发电的压力传感器的剖视图；

图8为图7中的基于摩擦发电的压力传感器沿A-A向的剖视图；

图9为图6中的基于摩擦发电的压力传感器中的摩擦发电部件的结构放大图；

图10为本实用新型的基于摩擦发电的压力传感器的第三实施例的内部结构图；

图11为图10中的基于摩擦发电的压力传感器的剖视图；

图12为图11中的基于摩擦发电的压力传感器沿A-A向的剖视图；

图13为图10中的基于摩擦发电的压力传感器中的摩擦发电部件的结构放大图；

图14为本实用新型的基于摩擦发电的压力传感器的电路结构示意图；