[发明专利]一种基于摩擦纳米发电机的水下电场通信装置及使用方法

说明书

本发明提供一种基于摩擦纳米发电机的水下电场通信装置及使用方法，涉及水下电场通信领域，装置包括摩擦纳米发电机、发射电极、水信道、接收电极和信号接收设备，所述摩擦纳米发电机由内向外依次设置有背部电极、摩擦层和金属电极，所述背部电极接地，所述摩擦层与所述金属电极平行不接触放置，所述金属电极连接发射电极，所述发射电极置于水中，通过水信道与置于水中的接收电极相连，所述接收电极连接信号接收设备。本方法产生的的电场信号在水下传输稳定，不受阻碍物与水的浑浊度影响，并且可用于密闭水域、水管、隧道等复杂水域。

技术领域

本发明涉及水下电场通信领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机的水下电场通信装置及使用方法。

背景技术

水下无线通信是研制海洋观测系统的关键技术，借助海洋观测系统，可以采集有关海洋学的数据，监测环境污染，气候变化海底异常地震火山活动，探查海底目标，以及远距离图像传输。随着海洋勘探需求的增加，水下设备和技术的发展引起了人们的极大关注。水下无线通信对于海洋勘探至关重要。

现有几种基于不同物理场的水下通信方法，声场，光场和电磁场等。在这些方法中，由于声波不容易在水中吸收，因此水下声通信得到了广泛的应用，水下光通信可以实现大容量数据传输，与声波和光波相比，电磁波不受潮汐或人类活动引起的湍流，噪声和浑浊水等条件的影响，水下电场通信也具有高传输速率和低通信延迟。

然而，由于回声和混响，声场通信方法在复杂的水环境，例如密闭的空间，狭窄的管道，隧道和洞穴中具有局限性。光场通信方法容易受到水的影响吸收，散射，光束发散和环境光。电磁场通信方法所使用的高频电磁波会被水大量吸收，低频电磁波需要几千米长的天线。综上所述，有待发明一种不受复杂水环境影响的，通信内容不被水吸收的水下通信装置。

发明内容

本发明提供一种基于摩擦纳米发电机的水下电场通信装置及使用方法，解决了现有水下通信方式受复杂环境影响的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于摩擦纳米发电机的水下电场通信装置，摩擦纳米发电机、发射电极、水信道、接收电极和信号接收设备，所述摩擦纳米发电机一侧连接电源，另一侧设置有介电层，所述介电层由摩擦纳米发电机侧向外侧依次设置的背部电极、摩擦层和金属电极，所述背部电极接地，所述摩擦层与所述金属电极平行不接触放置，所述金属电极连接发射电极，所述发射电极置于水中，通过水信道与置于水中的接收电极相连，所述接收电极连接信号接收设备。

优选地，所述信号接收设备为静电感应装置。

优选地，所述摩擦层使用强电负性材料。

优选地，所述金属电极使用强电正性材料。

一种基于摩擦纳米发电机的水下电场通信装置使用方法，基于上述任意一项所述的装置实现，包括：

将外力作用于摩擦纳米发电机，使摩擦纳米发电机的金属电极与摩擦层做接触分离运动，从而使摩擦层表面产生负电荷，将背部电极接地或连接一导电物体作为感应电荷库；

将金属电极与介电材料平行放置，建立内建电场

使摩擦层与金属电极相对运动，感应电荷库中的电荷通过内建电场流向金属电极；

将金属电极与发射电极相连，金属电极中的电子流向发射电极；

发射电极表面电势变化，使水中形成交变电场；

水中的离子随交变电场的交变产生往复运动，撞击接收电极；

接收电极感应水中电场变化情况，其电势发生改变，转换成电信号传导至信号接收设备；

信号接收设备接收信号。

本发明的有益效果在于：