[发明专利]一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统及检测方法

权利要求书

1.一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，包括摩擦纳米发电机，该发电机包括摩擦纳米发电机主体(1)以及位于其底部的圆形转动平台；所述摩擦纳米发电机主体(1)包括液体摩擦介质、圆环状软管(5)、电极终端和电刷(7)，所述液体摩擦介质置于圆环状软管(5)内，所述圆环状软管(5)为两根软管首尾连接的密闭圆环状结构，软管的两个端口通过软管接头(6)进行连接与密封，在圆环状软管(5)的上、下半圆部分分别贴附金属箔，形成两个所述电极终端，所述电刷(7)由薄膜(2)两面贴附金属箔组成；

其特征在于：所述摩擦纳米发电机主体(1)由2层重叠组成，包括上层摩擦纳米发电机和下层摩擦纳米发电机，且上、下层摩擦纳米发电机之间互不接触；电刷(7)有四个，两两成对的安装在圆环状软管(5)两侧对称位置，且同侧两电刷彼此独立地接触电极终端；

该传感系统还包括自驱动信号检测系统；所述自驱动信号检测系统包括信号调理电路和数据解析模块；

所述信号调理电路包括电阻R1～R10、运算放大器OP1～OP5、电容C3～C4以及二极管D1～D2；电阻R1一端与上层摩擦纳米发电机连接，另一端分别与电阻R3和运算放大器OP1正向输入端连接，电阻R3另一端接地，运算放大器OP1输出端与二极管D1正极连接，其反向输入端分别与运算放大器OP2的输出端和反向输入端连接，二极管D1负极分别与电阻R5一端和运算放大器OP2的正向输入端连接，电阻R5另一端连接电容C3，电容C3另一端接地，运算放大器OP2输出端与电阻R7一端连接，R7另一端分别与电阻R10和运算放大器OP5的反向输入端连接，电阻R10另一端连接运算放大器OP5的输出端；电阻R2一端与下层摩擦纳米发电机连接，另一端分别与电阻R4和运算放大器OP3正向输入端连接，电阻R4另一端接地，运算放大器OP3输出端与二极管D2正极连接，其反向输入端分别与运算放大器OP4的输出端和反向输入端连接，二极管D2负极分别与电阻R6一端和运算放大器OP4的正向输入端连接，电阻R6另一端连接电容C4，电容C4另一端接地，运算放大器OP4输出端与电阻R8一端连接，R8另一端分别与电阻R9和运算放大器OP5的正向输入端连接，电阻R9另一端接地；运算放大器OP5输出端与数据解析模块信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：所述圆形转动平台包括底座(3)、转盘(4)和支撑轮毂辐条(8)；

所述转盘(4)位于底座(3)的上，所述支撑轮毂辐条(8)位于转盘(4)上，用于支撑圆环状软管(5)；

所述电刷(7)两两成对固定在圆形转动平台的底座(3)上；底座(3)上为旋转的转盘(4)；支撑轮毂辐条(8)一侧支撑固定摩擦纳米发电机主体(1)，一侧与转盘(4)粘合；两个电刷(7)与转盘(4)、支撑轮毂辐条(8)和固定好的圆环状软管(5)保持高度一致并叠放在一起。

3.根据权利要求2所述的一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：所述底座(3)为圆盘结构，圆盘中心位置切割出孔槽，底座(3)起固定作用；

所述转盘(4)为圆盘结构，圆盘中心位置切割出孔槽，转盘(4)置于底座(3)上方，外部转轴从底部穿过底座(3)孔槽后插入转盘(4)内圆孔。

4.根据权利要求2所述的一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：所述支撑轮毂辐条(8)为双层结构，该支撑轮毂的外端辐条(9)用于支撑固定摩擦纳米发电机主体(1)。

5.根据权利要求3所述的一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：所述转轴与外部激励源的结构连接。

6.根据权利要求1所述一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：所述数据解析模块包括单片机和显示屏；所述单片机与信号调理电路信号连接，与所述显示屏信号连接。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种基于摩擦起电效应的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感系统，其特征在于：该传感系统检测变压器油老化程度与水分含量的方法包括以下步骤：

S1、将待测油液与基准油液取相同规定体积后分别注入到上、下两个摩擦纳米发电机圆环状软管(5)中，给转盘(4)施加模拟激励带动摩擦纳米发电机旋转，收集振动能量转化输出为电压信号；

S2、通过信号调理电路将两路电压信号采集并将差值信号传输至单片机进行解析；

S3、单片机依据待测油液与基准油液输出信号的差异性，对照数据库中的标定值可快速分析出待测油液的老化程度及水分含量，将分析结果传送至显示屏进行展现。