[实用新型]一种基于摩擦纳米发电的多波形信号发生器

说明书

本实用新型涉及波形发生器技术领域，更具体地，涉及一种基于摩擦纳米发电的多波形信号发生器，该发生器包括可调速电机组以及受可调速电机组驱动的摩擦纳米发电单元，摩擦纳米发电单元包括壳体以及设于壳体内的转子，所述转子绕壳体中心转动，转子贴近壳体内壁的一面设有摩擦片；壳体内壁设有弧形电极层，电极层朝向壳体中心的一面贴合有介电薄膜。启动可调速电机组中的微型电机，微型电机驱动转子顺时针或逆时针转动，转子带动摩擦片同步转动，摩擦片与介电薄膜产生周期性摩擦，电极层因而产生电势差，最后电极层将电势差传递至输出电路，输出电路转换成波形电信号输出。本实用新型结构简单，发电能耗较低，而且可灵活输出不同的波形信号。

技术领域

本实用新型涉及波形发生器技术领域，更具体地，涉及一种基于摩擦纳米发电的多波形信号发生器。

背景技术

波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常使用波形发生器加入一些信号，以观察电路工作是否正常。而摩擦纳米发电技术自2012年由王中林院士团队正式提出后，近年来其在能源收集和传感器领域大放异彩。其利用摩擦发电和静电感应的耦合原理，可以高效的收集能量。在能量收集领域，其可以用于收集海洋能、风能、振动能等等；在传感器领域，摩擦纳米发电机可作为速度、加速度、压力、气体浓度等传感器。目前暂未有发现将摩擦纳米发电技术与波形发生器之间进行结合使用。

公开号为CN108768202B的中国专利在2018年11月06公开了纳米发电机以及纳米发电机系统，该技术方案采用相互转动的摩擦组件进行摩擦纳米发电，但是未结合波形发生器进行使用，并且无法进行输出调节。

实用新型内容

本实用新型突破性地将摩擦纳米发电技术应用于波形发生器，提供一种基于摩擦纳米发电的多波形信号发生器，结构简单，发电能耗较低，而且可灵活输出不同的波形信号。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于摩擦纳米发电的多波形信号发生器，包括可调速电机组以及受可调速电机组驱动的摩擦纳米发电单元，所述摩擦纳米发电单元包括壳体以及设于壳体内的转子，所述转子绕壳体中心转动，转子贴近壳体内壁的一面设有摩擦片；所述壳体内壁设有弧形电极层，电极层朝向壳体中心的一面贴合有介电薄膜；当转子转动至介电薄膜位置时，摩擦片与介电薄膜表面产生摩擦；所述电极层外接有输出电路。输出电路为现有的常用整流稳压电路，主要用于将电势差转换成稳定的波形信号向外输出。

转子没有发生转动时，摩擦纳米发电单元不会产生电势差。转子发生转动时，转子上的摩擦片与介电薄膜发生相对摩擦分离，由于两种材料具有不同的电极序，所以在发生相对转动时，在两者的表面就会分别带上异种电荷，此时附着于介电薄膜后面的弧形电极层感应出正电荷，这时电极层与接地端产生电势差，从而驱动电子的流动在输出电路中产生电信号输出，即输出波形信号。

进一步地，所述壳体呈圆环形。壳体为圆环壳体，转子位于壳体中，绕壳体中心轴线转动，并与壳体内壁上的介电薄膜发生相对摩擦分离。

进一步地，所述转子的轴向截面为扇形结构，圆心角大小为(0，180)；所述摩擦片为弧形，摩擦片与转子的圆心角相等。基于摩擦纳米发电原理，摩擦片与介电薄膜之间不能持续摩擦接触，转子选择为扇形结构时，随着转子旋转，附于转子的摩擦片与介电薄膜之间为间歇性的，也为周期性的摩擦。

可替代地，所述转子的轴向截面为圆形结构，所述摩擦片为弧形，摩擦片的圆心角大小为(0，180)。转子也可以为圆柱形结构，摩擦片为圆弧形，附于圆柱形转子外壁，与介电薄膜间隙性摩擦。

进一步地，所述摩擦片与介电薄膜接触的一面设有纳米至微米级凸起的微结构。摩擦片的摩擦接触面分布有纳米至微米级的微结构，此为公知的摩擦纳米发电技术包含的结构，为摩擦纳米发电原理的核心。

进一步地，所述微结构为线状或立方体状或者四棱锥状的纳米阵列。纳米阵列可以通过光刻蚀等离子刻蚀方法制备。