[发明专利]一种风速风向自驱动感知装置

说明书

本发明公开了一种风速风向感知自驱动装置。由八个具有狭缝效应的摩擦纳米发电机组成，每个摩擦纳米发电机包括风舱、摩擦得电子层和羟乙基纤维素膜，风舱具有入口端和出口端，风舱的内壁上侧表面和下侧表面分别固定粘附有一层电极和摩擦得电子层，风舱在靠近入口端的中间设有一个水平布置的、垂直于风向的支撑条，羟乙基纤维素膜的一端固定粘附在支撑条上，另一端向出口端自由延伸；设置有八个摩擦纳米发电机，沿径向间隔圆心角45°地固定在圆环的圆周上，八个摩擦纳米发电机均连接到静电计数字采集板。本发明具有灵敏度高、效应范围高、制备简单的特性，且能保持长时间稳定工作，能用于任意方向的风速和风向传感，可作为传感器的可持续电源。

技术领域

本发明涉及了一种风感知装置，尤其涉及一种用于农业环境的风速风向自驱动感知装置。

背景技术

作为农业生产最关键的环境因素之一，风能够传播植物花粉和种子，有利于植物的生长和繁殖。此外，风加速了空气中氧气和二氧化碳浓度的再平衡，增强了作物的呼吸和光合作用。然而，风对农业的一些不利影响，如病原体和植物病害的传播、水土流失、农作物的破坏等，在世界范围内造成了巨大的农业生产和经济损失。因此，在种植农作物的过程中，应全天候监测农田内的风速和风向，以防发生大规模的农业灾害。此外，通过获取准确的风信息，可以动态制定适宜的农业种植方案，提高产量。

然而，传统的风速风向传感器的存在一些问题，如能耗大、体积大、精度低、稳定性差，限制了它们在农业中的广泛应用。特别是，通过传统的传感器对农业环境参数进行实时监测需要持续的电力供应，而在复杂的农田中铺设电力供应管道是一个挑战。作为替代，电池通常被用作农业传感器的临时电源。然而，电池需要定期更换或充电，这可能造成维护困难，并对农业环境中的土壤和水造成严重污染。因此，设计基于可降解和生态友好材料的自供电风速和风向传感器，以实现不需要外界供能的可以持续工作的智慧监测农业系统十分有必要。

在开发用于农业环境的自驱动风速和风向感知的方面的研究工作很少，因此现有技术缺少了一种农业环境中的自驱动风速风向感知装置和处理方式。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题和填补空白，本发明所提供一种农业环境中风速风向自驱动感知装置，解决了传统风速风向传感器需要外接供能设备技术问题，对基于TENG的农业环境中的自驱动风速风向感知具有重要的意义。

本发明采用的技术方案是：

一、一种风速风向自驱动感知装置：

所述风速风向自驱动感知装置包括至少一个摩擦纳米发电机和静电计数字采集板，摩擦纳米发电机布置在静电计数字采集板上；

每个摩擦纳米发电机是包括了风舱、摩擦得电子层和羟乙基纤维素膜，风舱具有入口端和出口端，风舱的内壁上侧表面和下侧表面分别固定粘附有一层摩擦得电子层，风舱在靠近入口端的中间设有一个水平布置的、垂直于风向的支撑条，羟乙基纤维素膜的一端固定粘附在支撑条上，另一端向出口端自由延伸。

设置有八个摩擦纳米发电机，八个摩擦纳米发电机沿径向间隔圆心角45°地固定在一个圆环的圆周上，八个摩擦纳米发电机均连接到静电计数字采集板，通过静电计数字采集板采集和处理摩擦纳米发电机所产生的电信号并通过蓝牙实时无线传输到手机端。

所述的风舱的入口端连接一个喇叭形状管道，风舱的出口端连接有一个弯曲向上的管道。

所述的摩擦得电子层采用采用聚四氟乙烯(Teflon)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(Kapton)、聚氯乙烯(PVC)、硅橡胶(Ecoflex)、聚乳酸(PLA)等材料中的一种。

所述的摩擦得电子层和风舱内壁之间粘附或镀上一层导电材料作为电极。

所述的导电材料采用氧化铟锡膜(ITO)、银纳米线、铜、铝等导电材料种的一种。

二、一种风速风向自驱动感知装置的制备方法：