[发明专利]一种基于摩擦发电技术的传感装置及其制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感装置及其制备和使用方法，特别是一种基于摩擦发电技术的传感装置及其制备和使用方法。

背景技术

追踪传感器越来越多的应用在智能手机和人体追踪系统中，然而目前的传感器都是基于电容、或光学效应和磁效应的。一般说来，这些传感器的电源都直接或者间接来自于电池。这对于一些需要随时待命、不定时进行信号监测的情况造成了很大的断电隐患；而且在大范围应用时在电池电量监测和电池更换等方面需要大量的维护工作；同时，传统电池和供电系统的体积、质量较大，使传感器在某些领域的应用受到限制；再者，电池中含有的有毒化学物质对环境和人体存在潜在的危害。因此，开发出能够自驱动的传感技术具有极其重要的意义。

从2012年开始，基于摩擦静电效应的摩擦发电机发展迅速，并以其高效的输出、简单的工艺、稳定的性能，为机械能转变为电能提供了一种极具前景的途径。一些摩擦发电装置和利用摩擦发电进行传感的装置相继被开发出来。但是，基于现有摩擦发电机所设计的传感器均存在着分辨率低、定位电路复杂等缺陷，不利于实际应用。

发明内容

本发明即针对现有技术的上述缺陷，设计一种新型的基于摩擦发电技术的传感装置，使其能够自驱动的工作，不仅可以实现很高的分辨率，而且还能大大简化检测电路，具有非常广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明首先提供一种基于摩擦发电技术的传感装置，包括第一阵列、第二阵列和一端接地的电信号输出端，其中所述第一阵列由n个相互独立的第一单元组成，所述第一单元包括第一电极单元；所述第二阵列由m个相互独立的第二单元组成，所述第二单元包括第二电极单元；所述第一阵列与第二阵列通过一定角度的绝缘交叉形成网状，所述第一阵列和第二阵列非交叉处的表面构成传感表面；所述电信号输出端分别与n个所述第一电极单元和m个所述第二电极单元电性连接，并对每个电极单元输出的信号进行单独监测，其中n和m均为自然数；

优选地，每个所述第一单元与一个第二单元仅交叉一次；

优选地，每个所述第一单元与m个第二单元形成交叉；

优选地，在所有交叉点处，所述第一单元和第二单元的上下相对位置相同；

优选地，所述第一阵列和第二阵列在交叉点处的表面低于非交叉点处的传感表面；

优选地，还包括带孔的基底，所述第一单元和第二单元的交叉点陷于所述基底的孔内；

优选地，在非交叉点处，所述第一阵列和第二阵列的表面位于同一个平面内；

优选地，在所述第一单元和第二单元的延伸方向上，任意两个相邻的交叉点处，第一单元和第二单元的上下相对位置相反；

优选地，所有所述第一单元互相平行，和/或，所有所述第二单元互相平行；

优选地，所有所述第一单元等距排列，和/或，所有所述第二单元等距排列；

优选地，所有所述第一电极单元的形状和尺寸均相同，和/或，所有所述第二电极单元的形状和尺寸均相同；

优选地，所述第一电极单元与所述第二电极单元的形状和尺寸均相同；

优选地，所述第一电极单元的宽度与相邻两个第一电极单元的间距相同；

优选地，所述一定角度为直角；

优选地，在交叉点处，所述第一单元与第二单元通过空隙隔开，或通过绝缘层隔开；

优选地，所述第一单元仅由第一电极单元组成，和/或，所述第二单元仅由第二电极单元组成；

优选地，还包括隔离层，贴合在所述第一阵列和第二阵列的表面之上；

优选地，所述隔离层为绝缘材料；

优选地，所述第一电极单元的外表面，和/或，所述第二电极单元的外表面贴合有非导电的摩擦层；

优选地，所述摩擦层为有机聚合物材料；

优选地，所述第一单元和第二单元的材料组成、形状和/或尺寸一致。

本发明还提供一种上述传感装置的制作方法，包括以下步骤：

(1)提供基底，所述基底上分布有若干个孔；

(2)在所述基底上绝缘铺设包含有n个相互独立的第一单元的第一阵列，使得每个第一单元至少经过一个所述孔；

(3)将第一单元经过所述孔的部分陷入孔内形成凹陷；

(4)在所述基底上绝缘铺设包含有m个相互独立的第二单元的第二阵列，使得每个第二单元至少与一个第一单元在所述孔处交叉形成网状；

(5)将第二单元经过交叉点处的部分陷入孔内形成凹陷，并且在凹陷处第一单元与第二单元之间保持绝缘；