[发明专利]一种自驱动摩擦纳米运动传感装置及其传感方法

说明书

本发明公开了一种自驱动摩擦纳米运动传感装置及传感方法，包括相对设置的第一导电部和第二导电部，第一导电部、第二导电部均具有摩擦面；所述第一导电部的摩擦面为非对称结构，第一导电部摩擦面的面积小于第二导电部摩擦面的面积；通过外力的施加和撤去，摩擦面接触和分离以产生不对称的电信号，并通过第一导电部和第二导电部向外输出所述电信号。本发明通过引入不对称结构的摩擦面，进而产生不对称电信号，将不对称电信号进行分析处理，每组不对称电信号有四个电信号，通过对比第一个和第二个电信号的大小，第一个和第三个电信号出现的时间差来进行传感，可以用于判断人体的运动状态和运动速度。

技术领域

本发明涉及一种传感装置及传感方法，特别是涉及一种自驱动摩擦纳米运动传感装置及其传感方法。

背景技术

随着人工智能和计算机技术的不断发展，大量新型具有多种功能和高度集成化的微型电子器件被不断地开发出来，在人们的日常生活以及科学研究等各个领域中扮演着越来越重要的角色，同时也体现了前所未有的应用前景。但是随着各种电子设备的不断发展，给其供电的电源系统却始终保持着一个较低的技术水平，现在给微型电子器件供电的最普遍的方式主要是直接或间接来源于电池。电池不仅体积较大、质量较重，而且电池里面的化学物质对人体和环境存在一定的危害。因此针对此种情况而言，开发出一种将环境中的振动能、运动能转化为电能储存起来并方便携带使用的技术是具有极其重要的意义。摩擦纳米发电机是一种极其灵敏的装置，即使在极其微小的扰动下也能够有电信号产生，而且摩擦纳米发电机不需要额外的能量输入，可以吸收环境中的振动能来供给自己工作，可以免掉更换能量装置的过程，超高的灵敏性，从环境中摄取的振动能来维持自己工作，对于实现完全自驱动高灵敏度传感有着极其重要的意义。

振动能是一种丰富、近乎无尽且广泛分布的清洁能源，从古至今一直广受人们的重视。通过高效地利用振动能转换为电能储存在储能设备中来解决目前在全世界范围内的能源紧缺问题，这已经是成为了全世界人类的一个共识。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种自驱动摩擦纳米运动传感装置，该装置能够对于人体运动过程中产生的振动能的高效吸收，实现较高性能的输出，从而通过输出曲线的规律来检测速度以及人体运动具有比较明显的特征优势；本发明的另一个目的是提供一种自驱动摩擦纳米运动传感装置的传感方法。

技术方案：本发明的自驱动摩擦纳米运动传感装置，包括相对设置的第一导电部和第二导电部，第一导电部、第二导电部均具有摩擦面；所述第一导电部的摩擦面为非对称结构，第一导电部摩擦面的面积小于第二导电部摩擦面的面积；通过外力的施加和撤去，摩擦面接触和分离以产生不对称的电信号，并通过第一导电部和第二导电部向外输出该电信号。

进一步地，所述第一导电部包括第一导电元件、与第一导电元件相连的第二导电元件，第二导电部包括第三导电元件；所述第一导电元件的下表面为第一摩擦面，第二导电元件的上表面、下表面分别为第二摩擦面、第三摩擦面，第三导电元件的上表面为第四摩擦面。其中，第一导电元件和第二导电元件可以使用绝缘双面胶粘接，如Kapton绝缘不导电双面胶。

进一步地，所述第一摩擦面的材料和第二摩擦面的材料具有摩擦电极序差异，所述第三摩擦面的材料和第四摩擦面的材料具有摩擦电极序差异。

进一步地，所述第一导电部设置在第二导电部的上方，第二导电部包括下基板和相对于下基板对称设置的跷跷板结构；所述跷跷板结构包括固定设置的转轴、与转轴铰接的跷跷板，跷跷板的一端与下基板柔性连接；下基板和跷跷板上均设有摩擦面。对称设置的跷跷板结构可以使得第二导电部平稳升降。