[发明专利]一种动态监测海洋波高并同步实现摩擦发电的装置及方法

权利要求书

1.一种动态监测海洋波高并同步实现摩擦发电的装置，由浮子系统、底座系统和外壳(7)构成；浮子系统包括一个浮球(1)、四根连杆(2)、一个内圆磁环(3)、四根撑杆(4)和一个外圆环(5)，外圆环(5)的上、下圆环面与海平面平行，外圆环(5)的内、外侧面与海平面垂直；底座系统包括一个配重盘(8)、三根滑杆(9)、电能接收模块和海浪监测模块，配重盘(8)上、下表面与海平面平行；外壳(7)由两个相同的中空塑料质半圆柱体组成，每个半圆柱体上表面开有两个供连杆(2)穿过的通孔，且通孔内部安装有滑动轴承；半圆柱体的下部贴合于配重盘(8)上表面，两个半圆柱体对接后通过螺栓连接固定；其特征在于：浮子系统中外圆环(5)的圆环面沿周向均匀开有三个供滑杆(9)穿过的通孔，通孔内壁敷设有聚酯纤维薄片层(6)，聚酯纤维薄片层(6)连接有导线；外圆环(5)内侧面沿周向均匀连接有四根撑杆(4)；内圆磁环(3)与外圆环(5)的圆心重合，且两者位于同一平面；内圆磁环(3)外侧面与外圆环(5)内侧面周向连接的四根撑杆(4)的另一端相连；内圆磁环(3)的圆环面沿周向开有四个供连杆(2)穿过的通孔；内圆磁环(3)内侧面敷设有N极磁性材料，外侧面敷设有S极磁性材料；浮球(1)位于海面上，浮球(1)下方连接四根垂直海平面布置的连杆(2)，连杆(2)的另一端插入内圆磁环(3)的圆环表面通孔后使用焊接固定；所述的配重盘(8)上表面开有三个供滑杆(9)插入固定的盲孔，相邻盲孔间的圆心角为120°；配重盘(8)上表面的盲孔、滑杆(9)与外圆环(5)上的通孔三者在垂直轴线上重合；滑杆(9)一端插入配重盘(8)上表面上的盲孔，另一端穿过外圆环(5)上的通孔，滑杆(9)顶端与滑杆(9)中部安装有限位块(10)，两个限位块(10)之间的滑杆(9)外表面敷设有聚二甲基硅氧烷薄片层(11)，聚二甲基硅氧烷薄片层(11)连接有导线；外圆环(5)可以在两个限位块(10)之间上下滑动；电能接收模块包括一个电流检测器(12)、一个蓄电器(13)、信号传输线和导线；电流检测器(12)和蓄电器(13)安置在配重盘(8)上表面；三根滑杆(9)外表面上的聚二甲基硅氧烷薄片层(11)与外圆环(5)通孔表面的聚酯纤维薄片层(6)相互摩擦产生的电流经导线依次流入电流检测器(12)、蓄电器(13)；电流检测器(12)外接一条信号传输线，蓄电器(13)接收到的电能一部分用于海浪监测模块发射脉冲电流，剩余的电能外输；海浪监测模块包括一个脉冲电流发射器(14)、一个应力波检测器(16)、一个应力波信号分析器(17)、一个消波器(18)以及波导管(15)组成的激励回路；脉冲电流发射器(14)安置在配重盘(8)上表面中心位置；应力波检测器(16)位于脉冲电流发射器(14)的上方、滑杆(9)中部限位块(10)的下方；应力波信号分析器(17)位于脉冲电流发射器(14)旁，安置在配重盘(8)上表面；应力波检测器(16)与应力波信号分析器(17)用导线连接，应力波信号分析器(17)外接一条信号传输线；消波器(18)、应力波检测器(16)和脉冲电流发射器(14)三者由一根平直波导管(15)串接在一起，消波器(18)位于滑杆(9)顶端限位块(10)上部；波导管(15)在消波器(18)上端发生90°的转向，到达滑杆(9)轴线处时再发生向下的90°转向，而后进入滑杆(9)内部回接至脉冲电流发射器(14)，由此形成一个波导管(15)组成的激励回路。

2.一种动态监测海洋波高并同步实现摩擦发电的方法，采用如权利要求1所述的动态监测海洋波高并同步实现摩擦发电的装置，其特征在于：将整个装置置于海面上，海面无波动时，浮球(1)位于海面之上，底座系统和外壳(7)位于海面之下；当海浪发生时，浮球(1)将跟随海浪上下同步运动，底座系统和外壳(7)由于配重盘(8)的作用，受到的重力与浮力大小相等方向相反，因而底座系统和外壳(7)与浮子系统存在相对位移；浮球(1)、连杆(2)、内圆磁环(3)、撑杆(4)和外圆环(5)属于刚性连接，浮球(1)随海浪上下运动，外圆环(5)和内圆磁环(3)也随海浪同步运动；摩擦发电的方法：海面发生波动，外圆环(5)相对于底座系统中的滑杆(9)上下运动，外圆环(5)上表面的通孔表面敷设的聚酯纤维薄片层(6)与滑杆(9)外表面敷设的聚二甲基硅氧烷薄片层(11)发生相对运动，当摩擦发生时，聚酯纤维薄片层(6)产生电子，聚二甲基硅氧烷薄片层(11)接收电子，两种材料的表面分别带有极性相反的电荷，由此在两种材料之间产生电势差，驱动电子在外电路中往复流动，从而产生电流；产生的电流经由导线依次进入电流检测器(12)和蓄电器(13)，电流检测器(12)外接一根信号外输线，用于分析实时电流状态，从电流的实时信息中反推出聚酯纤维薄片层(6)与聚二甲基硅氧烷薄片层(11)发生相对运动时产生的摩擦力大小，再将摩擦力大小换算成浮球(1)的位移，用于补偿由于机械摩擦引起的海洋波高测量误差；蓄电器(13)储存的电能一部分用于发射脉冲电流，一部分外输至其他设备；动态监测海洋波高的方法：内圆磁环(3)与底座系统存在垂向的相对位移；内圆磁环(3)表面产生了磁环永久磁场，方向由内圆磁环(3)的内侧面指向外侧面；脉冲电流发射器(14)发射脉冲电流，在波导管(15)周围产生一个安培环形磁场，当安培环形磁场与磁环永久磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管(15)内会产生一个应力波脉冲信号，这个应力波脉冲信号以固定的声速传播，并很快被应力波检测器(16)所接收，由于应力波脉冲信号在波导管(15)内的传输时间与应力波检测器(16)之间的距离成正比，通过应力波信号分析器(17)计算出起始脉冲与返回脉冲之间的时间间隔，即可精确地确定某一时刻浮球(1)的高度，也就确定了某一时刻的海面起伏实时状态；再将时间间隔信号外输，就可以在海浪实时状态显示器上得到海面上下位移随时间的变化曲线，从而得到实时波高。