[发明专利]一种基于摩擦发电的高灵敏度冲击检测传感器

说明书

本发明涉及一种基于摩擦发电的高灵敏度冲击检测传感器，包括：内部具有腔室的保护壳体、受冲层、往复运动件、及摩擦发电组件；往复运动件包括弹性层和质量块；摩擦发电组件包括第一绝缘层、第一电极层、第一摩擦层、第二摩擦层、第二电极层、和第二绝缘层。在外冲击力作用下，受冲层发生形变，带动整个摩擦发电组件形变，由于摩擦发电组件受螺栓固定，使往复运动件的质量块在惯性作用和弹性层的限制下做阻尼振动，使第一和第二摩擦层对应表面相互接触与分离产发电荷，并通过与电极层相连的外接引线引出电信号。该冲击检测传感器基于摩擦发电原理、结构简单、具有自供电特性的优点，可以检测微小冲击力信号，提高了灵敏度，扩大了应用领域。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于摩擦发电的高灵敏度冲击检测传感器。

背景技术

随着信息技术的不断发展，传感器作为连接人类和机械设备的桥梁，扮演着不可忽视的角色。在智能交通、水利水电、建筑工程等领域中，对振动冲击力的实时检测和分析对判断各种设施运行状态具有至关重要的意义。

冲击力检测传感器是压力传感器的一种，对动态力检测表现出很好的响应，是一种能将外界冲击力按照一定规律转化为电荷或电压输出信号的器件或装置。摩擦发电作用发生在两种不同性质的材料之间，材料表面相互摩擦产生电荷转移，从而在两个表面上产生电势差，该电势差与两个表面的接触面积和接触频率相关，因此，可以通过摩擦发电过程中产生的瞬时电流信号对相关冲击力进行检测。相对于传统的电阻式、电感式和电容式冲击力检测传感器，基于摩擦发电的冲击力检测传感器具有输出阻抗低、受外界干扰影响小、输出信号强等优点，适用于长期监测。更重要的是，基于摩擦发电的冲击力检测传感器具有自驱动性，无需外部电源供电，具有广泛的应用空间。

发明内容

本发明旨在提供一种基于摩擦发电的高灵敏度冲击检测传感器，该检测传感器通过将冲击力转变成质量块的往复振动带动摩擦层的接触和分离，避免了对摩擦发电组件的直接冲击，降低了冲击检测传感器受损的风险，同时提高了灵敏度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种基于摩擦发电的高灵敏度冲击检测传感器，包括：

内部具有腔室的保护壳体、受冲层、往复运动件、及摩擦发电组件；

所述受冲层设置于所述保护壳体的顶部，所述往复运动件和摩擦发电组件设置于所述保护壳体内部腔室里，并且所述摩擦发电组件设置于所述往复运动件上方；

所述往复运动件包括弹性层、和固定在弹性层中的质量块，在外冲击力作用下质量块在弹性层的束缚下做往复运动；

所述摩擦发电组件从上至下依次包括：第一绝缘层、第一电极层、第一摩擦层、第二摩擦层、第二电极层、和第二绝缘层，且所述第一摩擦层和第二摩擦层之间间隔一段距离，所述第一电极层和第二电极层分别通过导电胶与外接引线相连、并且所述外接引线从保护壳体引出；所述第一绝缘层和第二绝缘层分别用于对所述第一电极层和第二电极层的绝缘封装；

上述冲击检测传感器在外冲击力作用于受冲层时，所述往复运动件中的质量块在弹性层的束缚下做往复运动使第一摩擦层和第二摩擦层对应表面相互接触与分离从而产发电荷，并通过分别与第一电极层和第二电极层相连的外接引线引出电信号。

在上述技术方案中，所述受冲层下表面设有凹槽，可在受冲击时有利于受冲层发生形变，给质量块提供往复运动的惯性力，以带动摩擦发电组件中质量块的往复运动，实现第一摩擦层和第二摩擦层之间的接触分离，以产生摩擦电信号。

在上述技术方案中，所述凹槽的深度为0.1mm～3mm，其深度可以用以调整检测传感器的检测限和检测范围。