[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

说明书

本发明涉及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，属于微纳传感领域。该传感系统包括固—液接触型独立层式摩擦纳米发电机和自驱动信号检测系统，自驱动信号检测系统包括信号调理电路和数据解析模块，信号调理电路包括信号采集模块、峰值读取模块和峰值差值比较模块；该发电机包括摩擦纳米发电机的主体和圆形转动平台；摩擦纳米发电机主体包括液体摩擦介质、圆环状软管、电极终端和电刷；圆形转动平台位于摩擦纳米发电机主体的底部，且圆形转动平台包括底座、转盘和支撑轮毂辐条。本发明电机具有快速、简便、无源检测液体介质属性的潜力，可应用于电力系统在运变压器油老化程度检测及水分含量的快速检测。

技术领域

本发明属于微纳传感领域，涉及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。

背景技术

电力变压器是电力系统中的关键设备，其寿命很大程度上取决于其内部绝缘系统的老化程度。其中，实现对变压器中绝缘介质——变压器油的老化状态与水分含量检测，是掌握变压器健康状态的重要手段。现有变压器油老化程度及水分含量的检测方法包括诸如气相色谱、红外光谱以及卡尔费休滴定的物理化学检测方法；极化去极化电流、介质损耗正切测量的电气特征检测方法等。问题上述检测方法普遍具有测试方法复杂、测试操作繁琐、测试时间长等不足。因此，如何实现简易、快速的变压器油老化程度及水分含量检测具有重要实际工程应用意义。

摩擦纳米发电机的发明与应用为微纳传感领域提供一种新的检测途径。依据摩擦起电和静电感应原理，当两种具有明显电负性差异的材料发生接触时会产生摩擦电荷，该电荷会在外力作用下跟随材料位置改变而在电极间发生迁移，外部电路则相应地形成交替往复的周期性电流，从而对外输出电能。研究表明，摩擦纳米发电机的电气输出性能主要决定于摩擦介质属性，外部机械激励以及周围环境因素。因此，该发电机不但能够稳定地从环境中收集能量实现自供能运转，还可以根据输出信号感知相应的变量因素，如介质属性、激励特征或环境信息等，从而形成一套有效的自驱动传感系统。有基于此，当保持外部激励和环境因素不变时，可以构造一套基于摩擦纳米发电机的介质属性感知系统，通过比较不同摩擦介质产生的摩擦电荷量，即可反映出当前的介质属性。

然而，摩擦纳米发电机的设计通常为固—固接触型，这种设计方案不仅限制了待测介质的种类，同时由于固体介质表面容易发生磨损导致耐久度降低，这将不利于摩擦纳米发电机长期稳定地收集能量，同时还会使得传感信号的标定值发生失真。相比之下，液体介质作为摩擦层介质时，具有相对较高的稳定性和耐久性，并且能够产生更多的摩擦电荷从而实现灵敏传感，具有替代传统固体摩擦介质的潜力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供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，该检测系统具有快速、简便、无源检测液体介质属性的潜力，能够有效地针对电力系统变压器油老化程度以及水分含量进行检测，替代传统检测手段，形成一种简易的变压器油老化程度与水分含量自驱动传感检测新方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固—液接触型独立层式摩擦纳米发电机，其特征在于：该发电机包括摩擦纳米发电机的主体1和圆形转动平台；

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；

圆形转动平台位于摩擦纳米发电机主体1的底部，起支撑作用；

摩擦液体介质置于圆环状软管5内；

圆环状软管5为两根软管首尾连接的密闭圆环状结构，所述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，形成两个电极终端；

电刷7由薄膜2两面贴附金属箔组成，安装在圆环状软管5两侧对称位置，并接触电极终端；电刷7两两成对固定在圆形转动平台上。