[发明专利]一种基于摩擦纳米发电机的转速、角度测量仪

权利要求书

1.一种基于摩擦纳米发电机的转速、角度测量仪，其特征在于，所述转速、角度测量仪包括基于静电摩擦发电原理的信号发生结构，电源电路，信号处理电路，单片机电路；其中单片机电路包括按键、计数、显示电路；信号发生结构主要由外壳，电机，插片盘，插片杆，转子和定子构成；外壳与电机相连，起固定支撑整个结构的作用；插片盘安装在电机主轴上，并通过键联接固定在电机主轴上；转子通过弹性连接件安装在插片盘上，当电机主轴转动时，带动转子一起转动；四个插片杆沿圆周方向角度均匀地安装在外壳的绝缘外筒壁上，并通过螺纹连接固定在外壳上；四个定子通过弹性连接件分别安装在四个插片杆上；四个定子分别与转子实现空间上的对正对齐，即当主轴带动转子旋转的时候，可以实现定子与转子之间的接触、摩擦与分离，并且主轴每旋转一圈，所述转子分别与四个定子接触摩擦一次；转轴上的转子连接导线，导出作为第一电极；四个定子连接导线，共同导出作为第二电极；第一电极以及第二电极导出并连接信号处理电路，由信号处理电路对输出的摩擦电信号进行处理，转化为方波信号；再将方波信号输入单片机计数端进行计数，由按键控制不同的工作模式，最后通过显示电路显示当前转速或者角度。

2.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的转速、角度测量仪，其特征在于，四个定子分别与转子实现空间上的对正对齐是通过套筒和端盖实现对转子的定位，保证定子与转子在空间上的对正对齐。

3.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的转速、角度测量仪，其特征在于，所述定子为金属片，所述转子为高分子聚合物；保证在接触、摩擦、分离过程中能产生电信号。

4.如权利要求3所述的一种基于摩擦纳米发电机的转速、角度测量仪，其特征在于，所述转子为以铝箔作为负载的聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜；所述定子由铝箔制成。

5.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的转速、角度测量仪，其特征在于，所述电源电路为单片机和芯片供电，将220V的交流电转化为5V的直流电；电源电路包括变压器、整流桥、电容以及稳压管；先通过变压器T1降压，再通过整流桥将交流电转化为直流电；由于变压之后的直流电压可能含有交流分量，通过电容对其进行滤波处理，最后再通过7805稳压管得到稳定的5V电压。

6.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的转速、角度测量仪，其特征在于，所述信号处理电路由变压器T2和LM555CM芯片组成；第一电极以及第二电极输出的电信号分别与变压器T2的两端相连，将输出的电信号首先通过变压器T2将电压降低，然后通过LM555CM芯片，将交流信号转化为方波信号。

7.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的转速、角度测量仪，其特征在于，将处理得到的方波电信号输入到单片机的计数端P3.4口；通过按键模块来控制当前的工作模式，按键模块包括按键S1和按键S2；其中按键S1接到单片机的P3.2口，按键S2接到单片机的P3.3口；当按下按键S1时，系统处于测转速的模式，由于主轴每旋转一圈，转子与四个定子分别接触摩擦一次，摩擦发电机输出四次电信号，故每产生四个高电平，单片机进行计数一次，然后通过显示电路显示当前的转速；单片机每秒钟更新计数端的数据，故当前转速的单位为：r/s；当按下按键S2时，系统处于测角度的模式，首先将转子归于初始位置，即转子与定子对正的位置，并定义此时角度大小为0°；转子开始转动，在与定子接触、分离之后，又分别与其余三个定子接触、分离，由于四个定子角度均匀地安装在外壳的绝缘外壁筒，故可以分别记录这四个位置的角度大小为0°、90°、180°、270°，并通过显示电路来显示当前的角度；由于转子旋转，产生周期性电信号，并且每四个电信号为一个周期，通过单片机控制，每产生四个高电平为一个周期，四个高电平依次分别对应角度大小为0°、90°、180°、270°，然后通过显示电路显示当前旋转的角度，且循环显示。