[发明专利]一种风力复合自驱动传感技术及应用

权利要求书

1.一种风力复合自驱动传感技术及应用，其特征在于，包括：

摩擦电自驱动传感装置：装置外壳；吸振模块，能够与被测物形成共振；振动悬臂梁，传递振动信息和能量；振动质量块，该方形质量块撞击摩擦纳米发电机(TENG)，引发其工作；摩擦纳米发电模块，包括：4组摩擦纳米发电机，4组输出端及与之相对应的弹簧结构，分别位于装置内壁；每个发电机由1个活动导电层、1个固定导电层和1个摩擦层；

风力复合发电装置：基于摩擦纳米发电(TENG)和电磁发电(EG)的涡轮式复合发电装置具体包括，发电装置外壳；涡轮叶片内部发电部分和叶片尖端与汽缸内壁间摩擦部分；电磁发电部分；固定中轴；前后两端的分风栅格；

中央接收处理模块：包括管理电路、无线发射装置、储能装置；

应用技术，可用于定点、移动终端的监测、报警、定位等领域，实现了自驱动传感与无线传输。

2.根据权利要求1所述的一种风力复合自驱动传感技术及应用，摩擦电自驱动传感装置特征在于：

摩擦电自驱动传感装置内部为方形结构，材质可为金属、高分子聚合物和无机材料等；

吸振模块的结构可为弹簧、U型弹片、薄膜及上述任意组合，材质可为金属、高分子聚合物和无机材料等；

振动悬臂梁的结构可为圆柱形、方形，材质可为金属、高分子聚合物和无机材料等；

所述摩擦纳米发电模块的工作方式可为接触分离式、单电极式；

所述摩擦纳米发电模块可为方形、三角形、四边形及多边形的层状结构；

所述摩擦纳米发电模块的导电层厚度为0.01-1000um，材质可为铜、铝、金、银、铂等导电金属材料，石墨、碳纳米材料、石墨烯等含碳导电材料，及无机(ITO)和有机导电材料等；

所述摩擦纳米发电模块的摩擦层厚度为0.1-1000um，材质可为高分子聚合物和无机材料等。

3.根据权利要求1所述的一种风力复合自驱动传感技术及应用，风力复合发电装置特征在于：

风力复合发电装置包括：摩擦纳米发电部分和电磁发电部分，实现了摩擦发电和电磁发电结合的复合发电技术，能量转化效率进一步提高；包含气缸外壳、涡轮复合叶片(空心涡轮叶片、弹簧、复合摩擦材料、导线、金属电极、磁片等)、主轴、分风栅格等部分；

摩擦纳米发电部分包括：轮叶片内部滑动发电和叶片尖端与气缸外壳内壁间接触分离发电；

涡轮叶片用于收集气流产生的能量，装置前后两端的分风栅格用于控制气流方向；

单向弹簧和磁铁薄片的组合结构，可将气流转化为持续振动能量推动TENG和EG工作，且通过调整弹簧和磁铁能够有效振动速度与位置，实现了持续的、稳定的电能输出，确保了电能输出的质与量；

电磁感应发电模块采用传统盘式永磁发电机，将涡轮叶片转动转化为电能，发电机的轴向尺寸较小，外形像圆盘一样，非常适合小型化、微型化的需求；

复合发电装置外壳为价格低廉的PVC、PMMA等有机物或钢、铝合金、镁合金等，叶片和摩擦层材料可为FEP、PTFE、Kapton、PDMS和PVC等有机材料或复合有机材料；根据工作方式，金属电极采用单栅格和双栅格组合的方式，材质为Cu、Al及其它耐磨导电薄片；

TENG和EG复合发电可单独使用，也可多个组合在一起形成“多级复合发电装置；TENG管理电路模块及电流收集装置置于主轴内部；涡轮式发电装置外壳前后加装扩口装置，提高收集气流数量；加装固定端口，用于涡轮式发电装置的固定。

4.根据权利要求1所述的一种风力复合自驱动传感技术及应用，其应用技术特征在于：

所述应用技术领域包括货运，具体为公路、铁路和海运中货物、集装箱的监测、定位等；

所述应用技术领域包括移动终端的监测，具体如无人机等；

所述应用技术领域包括固定位置的监测，具体如环境中的噪声、及其它振动监测等；

所述应用技术领域，包括组合使用时通过共振频率对比，实现对整个系统的安全监测、报警、无线传输等，如火车转向架4个车轮同时装配时，可对超载、偏载、车轮温度、车轮损坏等实时监测；以及飞机3个轮胎的监测等；

基于自驱动传感的无线监测装置通过内置的吸振模块与被监测物发生共振，由悬臂梁将共振能量传递给振动质量块，质量块撞击并促使摩擦纳米发电机工作，输出电信号及电能。本专利可广泛用于工业4.0、物联网、遥感等领域。