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一种基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动 传感器

阅读：183发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于摩擦纳米和电磁发电的自供电传感器，用以解决传感器在井下的供电和安装问题，由振动使得摩擦纳米发电机产生电信号，用以测量涡轮钻具的振动频率，电磁感应发电可以给其它用电部件供电，本发明采用摩擦纳米发电机与传统电磁发电机相结合，由连通器原理保持液面相平，当液面不平时便会使PTFE与铜电极接触发电，铜线圈磁通量改变同时也会发电；本发明实现了井下传感器的自供电，产生的多余电量可以供其它设备使用，该传感器可以悬挂使用也可以放在水平面上使用。，下面是一种基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器，其特征在于，包含传感器外壳以及位于传感器外壳里面的传感器内壳，传感器外壳的上底面与传感器内壳的下底面之间通过弹簧进行弹性连接，从而使得传感器内壳能够相对于传感器外壳的底面进行上下振动，传感器外壳的内侧上沿着径向固定有2组铜线圈，2组铜线圈相隔一定间距进行上下设置，且均为距离传感器内壳的外壁一定距离，传感器内壳的外表面上沿着径向固定有环形磁铁，环形磁铁初始位置位于2组铜线圈之间，以在传感器内壳相对于传感器外壳底面进行上下震动时，环形磁铁的上部能够在上端的一组铜线圈内进出，环形磁铁的下部能够在下端的一组铜线圈内进出；
传感器外壳为顶面开口的圆筒状，传感器内壳的顶面也开口，传感器外壳为双层结构，从而自身内部空心且上端开口；传感器内壳的内部以及传感器外壳的内部空心部分设置有橡胶软膜，橡胶软膜内注满油液；其中，在传感器内壳的底面以及在传感器外壳的上底面上分别开设有通孔，从而设置一根软管连通传感器内壳的内部与传感器外壳的内部橡胶软膜；在传感器内壳的内部的橡胶软膜的上方固定有橡胶软膜侧铜电极，传感器外壳的内部空心部分的橡胶软膜的上方固定有橡胶软膜侧环形铜电极；
传感器外壳的上端开口处设置有外部端盖，传感器内壳的顶面开口处设置有圆形的内部端盖；外部端盖的下表面上由上至下依次设有PTFE膜、端盖侧环形铜电极以及PTFE膜，内部端盖的下表面由上至下依次设有PTFE膜、端盖侧铜电极以及PTFE膜；
端盖侧环形铜电极下方的PTFE膜与橡胶软膜侧环形铜电极上下相对设置，端盖侧铜电极下方的PTFE膜与橡胶软膜侧铜电极上下相对设置；端盖侧环形铜电极与橡胶软膜侧环形铜电极为一组，端盖侧铜电极与橡胶软膜侧铜电极为一组，两组至少有一组引出振动输出，
2组铜线圈上均引出电源输出。
2.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器，其特征在于，
2组铜线圈距离传感器内壳的外壁的距离大于环形磁铁的厚度，且当环形磁铁进入2组铜线圈时，2组铜线圈的内侧与环形磁铁的外侧相隔一定距离。
3.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器，其特征在于，外部端盖上开设有多个悬挂用通孔。
4.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器，其特征在于，外部端盖为环形且围绕着内部端盖进行设置，内部端盖的大小恰好能够设置于环形的外部端盖的内环中。
5.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器，其特征在于，所述弹簧为3个，呈120度进行等间距设置。
6.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器，其特征在于，传感器外壳的内部空心部分的切面为U型，传感器内壳的内部为圆柱形。

说明书全文

一种基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动 传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及振动传感器领域，更具体地说，涉及一种基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器，用以测量涡轮钻具的振动频率和为其它工作设备供电，归属于地质仪器仪表领域。

背景技术

[0002] 随着表层能源的枯竭，人们对于深层资源的需求日益强烈，普通的螺杆钻具逐渐不能胜任深井钻探的任务。由于涡轮钻具在深井高温高压环境中性能优良，逐渐取代传统的螺杆钻具。涡轮钻具在深井中工作时对钻具振动信号的及时收集，有利于实时监测钻具井下工况信息，及时发现工作中的异常，调节钻具维持在较为优良的工作状态。

[0003] 对于涡轮钻具的振动信号，通常使用传感器对信号进行收集。然而传统的传感器在深井中使用有着供电问题，施工过程中更换电池延误工期，也会提高施工成本。传统传感器安装时也存在着不适应深井涡轮钻具的工作环境的情况。

发明内容

[0004] 基于以上的问题，本发明设计了一种基于摩擦纳米和电磁发电的自供电传感器，用以解决传感器在井下的供电和安装问题，由振动使得摩擦纳米发电机产生电信号，用以测量涡轮钻具的振动频率，电磁感应发电可以给其它用电部件供电。本传感器设计为圆柱形，可以为一个短节安装在涡轮钻具上。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器，包含传感器外壳以及位于传感器外壳里面的传感器内壳，传感器外壳的上底面与传感器内壳的下底面之间通过弹簧进行弹性连接，从而使得传感器内壳能够相对于传感器外壳的底面进行上下振动，传感器外壳的内侧上沿着径向固定有2组铜线圈，2组铜线圈相隔一定间距进行上下设置，且均为距离传感器内壳的外壁一定距离，传感器内壳的外表面上沿着径向固定有环形磁铁，环形磁铁初始位置位于2组铜线圈之间，以在传感器内壳相对于传感器外壳底面进行上下震动时，环形磁铁的上部能够在上端的一组铜线圈内进出，环形磁铁的下部能够在下端的一组铜线圈内进出；

[0006] 传感器外壳为顶面开口的圆筒状，传感器内壳的顶面也开口，传感器外壳为双层结构，从而自身内部空心且上端开口；传感器内壳的内部以及传感器外壳的内部空心部分设置有橡胶软膜，橡胶软膜内注满油液；其中，在传感器内壳的底面以及在传感器外壳的上底面上分别开设有通孔，从而设置一根软管连通传感器内壳的内部与传感器外壳的内部橡胶软膜；在传感器内壳的内部的橡胶软膜的上方固定有橡胶软膜侧铜电极，传感器外壳的内部空心部分的橡胶软膜的上方固定有橡胶软膜侧环形铜电极；

[0007] 传感器外壳的上端开口处设置有外部端盖，传感器内壳的顶面开口处设置有圆形的内部端盖；外部端盖的下表面上由上至下依次设有PTFE膜、端盖侧环形铜电极以及PTFE膜，内部端盖的下表面由上至下依次设有PTFE膜、端盖侧铜电极以及PTFE膜；

[0008] 端盖侧环形铜电极下方的PTFE膜与橡胶软膜侧环形铜电极上下相对设置，端盖侧铜电极下方的PTFE膜与橡胶软膜侧铜电极上下相对设置；端盖侧环形铜电极与橡胶软膜侧环形铜电极为一组，端盖侧铜电极与橡胶软膜侧铜电极为一组，两组至少有一组引出振动输出，2组铜线圈上均引出电源输出。

[0009] 进一步地，在本发明的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器中， 2组铜线圈距离传感器内壳的外壁的距离大于环形磁铁的厚度，且当环形磁铁进入2组铜线圈时，2组铜线圈的内侧与环形磁铁的外侧相隔一定距离。

[0010] 进一步地，在本发明的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器中，外部端盖上开设有多个悬挂用通孔。

[0011] 进一步地，在本发明的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器中，外部端盖为环形且围绕着内部端盖进行设置，内部端盖的大小恰好能够设置于环形的外部端盖的内环中。

[0012] 进一步地，在本发明的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器中，所述弹簧为3个，呈120度进行等间距设置。

[0013] 进一步地，在本发明的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器中，传感器外壳的内部空心部分的切面为U型，传感器内壳的内部为圆柱形。

[0014] 实施本发明的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器，具有以下有益效果：本发明采用摩擦纳米发电机与传统电磁发电机相结合，由连通器原理保持液面相平，当液面不平时便会使PTFE与铜电极接触发电，铜线圈磁通量改变同时也会发电；本发明实现了井下传感器的自供电，产生的多余电量可以供其它设备使用，该传感器可以悬挂使用也可以放在水平面上使用。附图说明

[0015] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0016] 图1是自供电振动传感器一实施例的主视图；

[0017] 图2是沿着图1中AA剖开后的主视图；

[0018] 图3是沿着图2中BB切开后的俯视图；

[0019] 图4是自供电振动传感器的立体图。

具体实施方式

[0020] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

[0021] 参考图1至图3，本实施例的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器，包含传感器外壳5以及位于传感器外壳5里面的传感器内壳9，传感器外壳5的上底面与传感器内壳9的下底面之间通过弹簧8进行弹性连接，从而使得传感器内壳9能够相对于传感器外壳5的底面进行上下振动，弹簧8为3 个，呈120度进行等间距设置。传感器外壳5的内侧上沿着径向固定有2组铜线圈11，2组铜线圈11相隔一定间距进行上下设置，且均为距离传感器内壳 9的外壁一定距离，传感器内壳9的外表面上沿着径向固定有环形磁铁10，环形磁铁10初始位置位于2组铜线圈11之间，以在传感器内壳9相对于传感器外壳5底面进行上下震动时，环形磁铁10的上部能够在上端的一组铜线圈11 内进出，环形磁铁10的下部能够在下端的一组铜线圈11内进出。传感器外壳 5的内部空心部分的任一切面为U型，传感器内壳9的内部为圆柱形

[0022] 传感器外壳5为顶面开口的圆筒状，传感器内壳9的顶面也开口，传感器外壳5为双层结构，从而自身内部空心(即双层结构的中间部分)且上端开口；传感器内壳9的内部以及传感器外壳5的内部空心部分设置有橡胶软膜4，橡胶软膜4内注满油液7；其中，在传感器内壳9的底面以及在传感器外壳5的上底面上分别开设有通孔，从而设置一根软管6连通传感器内壳9的内部与传感器外壳5的内部橡胶软膜4；在传感器内壳9的内部的橡胶软膜4的上方固定有橡胶软膜侧铜电极，传感器外壳5的内部空心部分的橡胶软膜4的上方固定有橡胶软膜侧环形铜电极。

[0023] 传感器外壳5的上端开口处设置有外部端盖2，传感器内壳9的顶面开口处设置有圆形的内部端盖1，外部端盖2为环形且围绕着内部端盖1进行设置，内部端盖1的大小恰好能够设置于环形的外部端盖2的内环中。

[0024] 外部端盖2的下表面上由上至下依次设有PTFE膜3、端盖侧环形铜电极 12以及PTFE膜3，内部端盖1的下表面由上至下依次设有PTFE膜3、端盖侧铜电极以及PTFE膜3。应当理解的是图2中仅标示出端盖侧环形铜电极12，其他部分的铜电极(包括环形铜电极)为未标识出来，其与端盖侧环形铜电极 12一样，在图中均是用黑色区域标识出来；图中PTFE膜3也仅仅标识出一个，实际上端盖侧环形铜电极以及端盖侧铜电极的上下表面上均具有PTFE膜3。

[0025] 端盖侧环形铜电极12下方的PTFE膜3与橡胶软膜侧环形铜电极上下相对设置，端盖侧铜电极下方的PTFE膜3与橡胶软膜侧铜电极上下相对设置；端盖侧环形铜电极12与橡胶软膜侧环形铜电极为一组，端盖侧铜电极与橡胶软膜侧铜电极为一组，两组至少有一组引出振动输出，2组铜线圈11上均引出电源输出。

[0026] 为了使得环形磁铁10的上部能够在上端的一组铜线圈11内进出，环形磁铁10的下部能够在下端的一组铜线圈11内进出，2组铜线圈11距离传感器内壳9的外壁的距离大于环形磁铁10的厚度，且当环形磁铁10进入2组铜线圈11时，2组铜线圈11的内侧与环形磁铁10的外侧相隔一定距离。

[0027] 参考图4，在本发明的基于摩擦纳米与电磁感应的自供电振动传感器中，外部端盖2上开设有多个悬挂用通孔13。

[0028] 当传感器在水平面上时，工作台纵向发生振动，传感器内壳9相对于传感器外壳5底部会发生纵向振动，初始状态下内外壳的液面相平，PTFE膜与铜电极以及环形铜电极未发生接触，震动时当传感器内壳9位置降低时，内部液面高度也会降低，此时传感器外壳5里的油液便会进入传感器内壳9中，使得在传感器内壳9中PTFE膜3与铜电极接触从而产生电信号，此时内壳上的环形磁铁10进入下方铜线圈11，会在线圈中产生电流，可以供给其它耗电装置使用；震动时当传感器内壳9位置上升时，其工作过程于此相似，这里不再赘述。当传感器内壳9通过悬挂用通孔13悬挂固定时，调节液面高度便可以用作悬挂式传感器使用。

[0029] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

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