[发明专利]一种自驱动的高精度角度测量系统及方法

说明书

本发明实施例公开了一种自驱动的高精度角度测量系统及方法，所述系统包括角度传感器件、多通道同步数据采集模块以及微处理器模块，在摩擦起电效应的基础上利用摩擦纳米发电机将旋转运动直接转换为交流电信号输出，输出信号展现了理想的信噪比，通过对产生的交流电信号的分析可以对旋转角度以及旋转方向实现实时精准测量，整个系统结构简单紧凑，便于与多种设备的转轴部分整合，自驱动式工作方式，应用范围广。

技术领域

本发明实施例涉及纳米新能源和自驱动传感技术领域，具体涉及一种自驱动的高精度角度测量系统及方法。

背景技术

现有的角度测量器件中，基本工作原理主要可以分为光电式、电磁式与惯性测量单元式。但是这些角度测量方式不能直接将角度数据转换为电信号输出，导致存在误差的传递与放大，同时这些传感器件往往需要复杂的信号放大电路来实现可靠的角度测量，限制了器件的小型化与便携性，并且上述角度传感器件工作时均需外界对其进行供能，不能适应机器人领域的发展与物联网时代的需求。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种自驱动的高精度角度测量系统，以解决现有的角度测量器件测量误差大、电路复杂、需要外界供电的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提出了一种自驱动的高精度角度测量系统，所述系统包括：

角度传感器件，用于通过至少两组摩擦纳米发电机利用待测旋转件的旋转驱动形成摩擦分别产生交流电信号，所述摩擦纳米发电机产生的交流电信号之间存在相位差；

多通道同步数据采集模块，用于对所述交流电信号进行同步采集，并传输至微处理器模块进行处理和计算；

微处理器模块，用于根据所述交流电信号的特征点计算待测旋转件的旋转角度和旋转角速度，以及根据所述交流电信号之间的相位差判断待测旋转件的旋转方向。

进一步地，所述角度传感器件包括同轴设置的转子和定子，所述转子随待测旋转件同步旋转，所述定子固定设置。

进一步地，所述转子包括第一基底，所述摩擦纳米发电机包括由多个自由端式电极构成的摩擦电极阵列，所述摩擦电极阵列设置在所述第一基底上，多个所述自由端式电极绕中心轴线呈圆周阵列排布，不同组摩擦纳米发电机的摩擦电极阵列在所述第一基底上同心错位排布并随转子同步旋转。

进一步地，所述定子包括第二基底，所述定子上固定设置有摩擦层，所述摩擦层与所述摩擦电极阵列物理接触并能通过摩擦产生电性相反的摩擦电荷；

所述摩擦层底面设置有至少两组分别由多个感应电极构成的感应电极阵列，多个所述感应电极绕中心轴线呈圆周阵列排布，每组摩擦电极阵列与一组感应电极阵列对应，多组所述感应电极阵列同心排布，每个自由端式电极对应两个相邻的感应电极，当所述摩擦电极阵列相对于摩擦层发生相对旋转时，与所述自由端式电极对应的两个相邻的感应电极上产生变化的感应电荷，通过导线将两个感应电极之间的电势差引出并通过多通道同步数据采集模块进行采集。

进一步地，所述系统还包括通讯模块，用于将获得的所述旋转角度、旋转角度以及旋转方向信息进行远程传输。

进一步地，所述系统还包括与所述通讯模块连接的移动终端；

所述移动终端用于接收所述旋转角度、旋转角度以及旋转方向信息进行显示，以及根据所述信息生成待测旋转件的旋转状态监测动画。

进一步地，所述交流电信号的特征点包括波峰、波谷以及相邻波峰与波谷之间的中间点。

进一步地，所述自由端式电极和感应电极均为金属铜电极，所述摩擦层为聚酰亚胺薄膜层，所述聚酰亚胺薄膜层的摩擦表面上经蚀刻形成纳米棒形貌。

进一步地，所述摩擦层的厚度为1-1000μm。