[实用新型]基于摩擦纳米发电机的仿生触须传感器

说明书

本实用新型提供一种基于摩擦纳米发电机的仿生触须传感器，包括：固定装置，设置在柔性外壳的顶部且与柔性外壳相连，用于将柔性外壳固定在搭载装置上；柔性外壳，具有中空腔体结构，用于容纳发电单元；发电单元，包括金属电极、介电薄膜、垫片和外部支撑材料，外部支撑材料位于最外侧，金属电极附着在介电薄膜的表面，位于外部支撑材料与介电薄膜之间，垫片与金属电极分布在介电薄膜的两侧；导线，其一端与金属电极相连，另一端与信号采集器相连。本实用新型结构简单、牢固，可减少海水拍打的压力及海水腐蚀对装置输出性能的影响；将传感器阵列构成多传感器智能感知系统，可提高感知能力；可感知外界涡街的变化，实现对水下运动物体的定位追踪。

技术领域

本实用新型涉及仿生传感器技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机的仿生触须传感器。

背景技术

随着海洋强国政策的提出，面向海洋领域的开发利用成为了我国发展的重中之重。水下传感器作为感知水下环境信息的重要装置，一直以来都是研究研发的重点关注对象，但是在恶劣环境下的感知能力仍没有实质性的突破。目前常用的水下传感器大都属于传统的压力、离子浓度、视觉、声呐等，面对水下恶劣环境效果较差。水下物体运动时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，即卡门涡街。对涡街的感知可以避免水下环境对传统感知功能的干扰作用，如何实现对运动物体涡街的感知成为近期的首要任务。

综上，有必要提供一种新型传感器，以解决上述问题。

发明内容

根据上述提出的常用水下传感器大都属于传统的压力、离子浓度、视觉、声呐等，面对水下恶劣环境效果较差，无法实现对水下运动物体涡街的灵敏感知的技术问题，而提供一种基于摩擦纳米发电机的仿生触须传感器。本实用新型主要利用两种材料互相摩擦产生摩擦电以及静电感应的原理，金属电极的材料与介电薄膜表面的材料的电极序存在差异，在外界涡街作用下，金属电极与介电薄膜之间相互摩擦，在金属电极层中产生感应电荷，从而有效抵御自身运动时产生的涡激振动，并对外界涡街变化产生灵敏的响应，通过感知涡流的变化实现对水下流场的感知。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种基于摩擦纳米发电机的仿生触须传感器，包括：

固定装置，设置在柔性外壳的顶部且与所述柔性外壳相连，用于将所述柔性外壳固定在搭载装置上；

柔性外壳，具有中空腔体结构，用于容纳发电单元；

发电单元，包括金属电极、介电薄膜、垫片和外部支撑材料，所述外部支撑材料位于最外侧，所述金属电极附着在所述介电薄膜的表面，位于所述外部支撑材料与所述介电薄膜之间，所述垫片与所述金属电极分布在所述介电薄膜的两侧；

所述金属电极包括第一金属电极和第二金属电极，所述介电薄膜包括第一介电薄膜和第二介电薄膜，所述外部支撑材料包括第一外部支撑材料和第二外部支撑材料，所述第一外部支撑材料、所述第一介电薄膜、所述第一金属电极、所述垫片、所述第二金属电极、所述第二介电薄膜和所述第二外部支撑材料从上到下依次设置；

导线，其一端与所述金属电极相连，另一端伸出柔性外壳外与静电高阻计相连，通过所述导线传输的数据保存至信号采集器。

进一步地，所述柔性外壳和所述固定装置均进行防腐处理。

进一步地，所述柔性外壳采用3D打印模具灌模制作，其材质为硅胶。

进一步地，所述发电单元的外部由硅胶密封材料封装以维持内部密封。

进一步地，所述介电薄膜的表面材料为绝缘体或者半导体材料。

进一步地，所述介电薄膜经由纳米处理具有微纳结构，以增强发电单元的输出性能。

进一步地，所述金属电极的材料为导电材料薄膜或单层导电材料。