一种监测汽车减振器运动的自供电传感装置 |
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| 申请号 | CN202410257208.5 | 申请日 | 2024-03-07 | 公开(公告)号 | CN117968824A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 广西科技师范学院; | 发明人 | 姜智超; 张校锋; 钟伟民; 潘洁宗; 胡军旺; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种监测 汽车 减振器 运动的自供电传感装置，包括检测组件和采集处理单元，检测组件的第一输出端和第二输出端、正极输出端分别与采集处理单元连接；被监测设备为汽车减振器，检测组件能够随着汽车减振器运动产生线性变化的 电压 信号 ；采集处理单元接收检测组件发出的电压信号，并将该电压 信号处理 换算成表征减振器运动的运动参数信息，且能够向汽车控制终端传输出该运动参数信息信号。本发明采用正 电极 与摩擦件构建非 接触 式的摩擦纳米发电结构的转 角 或振动检测自供电传感装置，随着汽车减振器做弧线或直线往复运动，正电极与第一摩擦部或第二摩擦部有相对重合面积而产生电压信号，据此处理得到该减振器的转动参数或振动参数信息。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自供电检测组件，其特征在于：所述检测组件包括载体、正电极和摩擦件，所述载体包括第一载体和第二载体，所述第一载体能够相对第二载体做直线或弧线往复运动，所述摩擦件包括第一摩擦部和第二摩擦部、第一电极、第二电极，所述第一载体的靠近第二载体的端面上间隔设置有第一摩擦部和第二摩擦部，所述第一摩擦部与第一载体之间设置有第一电极，所述第二摩擦部与第一载体之间第二电极，且第二电极与第一电极间隔布置，所述第二载体的靠近第一载体的端面上设置有正电极，且正电极与第一摩擦部或第二摩擦部存在一定的垂直间距；正电极处在初始位置状态时，所述正电极处于第一摩擦部和第二摩擦部之间，所述第一摩擦部和第二摩擦部关于第一载体的靠近第二载体的端面的法向面对称布置，且该法向面穿过正电极中点，所述正电极与第一摩擦部或第二摩擦部之间无相对重合面积，且第一摩擦部和第二摩擦部的板面的宽度分别由其靠近正电极初始位置端至其远离正电极初始位置端逐渐变大；在运行状态下，所述正电极在第一摩擦部和第二摩擦部之间做直线或弧线往复运动，所述正电极与第一摩擦部或第二摩擦部有相对重合面积，且该重合面积的大小与第一载体相对第二载体的运动幅度呈线性变化；其中，所述第一电极和第二电极分别作为检测组件的第一输出端和第二输出端，所述正电极作为检测组件的正极输出端，以在正电极与第一摩擦部或第二摩擦部有相对重合面积情形下在正极输出端与第一输出端或第二输出端之间产生电流。 |
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| 说明书全文 | 一种监测汽车减振器运动的自供电传感装置技术领域[0001] 本发明涉及汽车技术领域，特别是一种监测汽车减振器运动的自供电传感装置。 背景技术[0002] 目前，随着新能源汽车的快速发展，智能驾驶、汽车物联网等新技术不断更新迭代，而日益复杂的传感器网络难以满足当下汽车物联网技术发展的需求。现有的汽车传感 器应用中，仍采用有线连接和电池供电的方式为传感器提供能量，然而，采用传统电池和有线供电来驱动汽车传感器的方式存在布线复杂、能耗高等固有问题，且复杂的布线及能量 供应问题是制约传感器多点分布及大规模应用的关键因素，而越来越多种类及数量的传感 器将会安装在汽车的各个位置，这对传感器网络的布置、节点的安装及电能的消耗都会造 成压力。因此，发展无线、清洁的自供电传感技术成为开发下一代汽车传感器网络中亟需解决的关键问题。 [0003] 近年来，环境能量收集技术成为解决无线传感器网络节点供能问题的潜在方案，摩擦纳米发电机技术得到了广泛的关注和研究，摩擦纳米发电机相较于压电及电磁等发电 形式，具有结构设计灵活、低频性能好及材料成本低等优势，其自身可将机械能转化为电信号，有助于构建自驱动无线传感系统，推动汽车向智能车联网的方向发展。因此，本发明将基于摩擦纳米发电机技术设计一种可以监测减振器旋转及振动的主动式传感器。 发明内容[0004] 本发明的发明目的是，针对上述问题，本发明提供一种用于监测汽车减振器运动的自供电传感装置，基于摩擦纳米发电机技术，无需汽车电源供电，自身可将减振器运动的机械能转化为用于监测的电信号并对汽车减振器运动(振动及旋转)进行监测。 [0005] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是： [0006] 本发明提供了一种监测汽车减振器运动的自供电传感装置，包括检测组件和采集处理单元，检测组件的第一输出端和第二输出端、正极输出端分别与采集处理单元连接；被监测设备为汽车减振器，检测组件能够随着汽车减振器运动产生线性变化的电压信号；采 集处理单元接收检测组件发出的电压信号，并将该电压信号处理换算成表征减振器运动的 运动参数信息，且能够向汽车控制终端传输出该运动参数信息信号。 [0007] 其中，检测组件包括载体、正电极和摩擦件，载体包括第一载体和第二载体，第一载体能够相对第二载体做直线或弧线往复运动，摩擦件包括第一摩擦部和第二摩擦部、第一电极、第二电极，第一载体的靠近第二载体的端面上间隔设置有第一摩擦部和第二摩擦 部，第一摩擦部与第一载体之间设置有第一电极，第二摩擦部与第一载体之间第二电极，且第二电极与第一电极间隔布置，第二载体的靠近第一载体的端面上设置有正电极，且正电 极与第一摩擦部或第二摩擦部存在一定的垂直间距；正电极处在初始位置状态时，正电极 处于第一摩擦部和第二摩擦部之间，第一摩擦部和第二摩擦部关于第一载体的靠近第二载 体的端面的法向面对称布置，且该法向面穿过正电极中点，正电极与第一摩擦部或第二摩 擦部之间无相对重合面积，且第一摩擦部和第二摩擦部的板面的宽度分别由其靠近正电极 初始位置端至其远离正电极初始位置端逐渐变大；在运行状态下，正电极在第一摩擦部和 第二摩擦部之间做直线或弧线往复运动，正电极与第一摩擦部或第二摩擦部有相对重合面 积，且该重合面积的大小与第一载体相对第二载体的运动幅度呈线性变化；其中，第一电极和第二电极分别作为检测组件的第一输出端和第二输出端，正电极作为检测组件的正极输 出端，以在正电极与第一摩擦部或第二摩擦部有相对重合面积情形下在正极输出端与第一 输出端或第二输出端之间产生电流。 [0008] 该运动参数信息包括运动方向，该运动方向辨别方法为；先设定采集处理单元有2组正负端；再，该检测组件的正极输出端引出两根导线并分别接入采集处理单元的第1组正负端，该检测组件的第一输出端和第二输出端也分别引出两根导线并分别接入采集处理单 元的第2组正负端；然后，该检测组件运动运行状态下，采集处理单元的2组正负端组获取得到的两个电压值，根据该2组正负端组所得到电压值的正负来判定运动方向。 [0009] 第一电极、第二电极和正电极的材质为金属导电材料，第一摩擦部和第二摩擦部的材质为驻极材料，第一载体和第二载体的材质为亚克力。具体的，第一电极、第二电极和正电极为0.3mm厚的铜薄片，所述第一摩擦部和第二摩擦部为0.2mm厚的聚四氟乙烯薄片。 正电极的宽度与第一摩擦部或第二摩擦部的至大端相同。正电极与第一摩擦部或第二摩擦 部的垂直间距为0.35mm‑0.5mm。 [0010] 检测组件做弧线往复运动情形下，形成转角检测自供电传感装置。此时，第一载体为内固定环，第二载体为外固定环，外固定环与内固定环能够分别安装在被监测设备上，外固定环的内径大于内固定环的外径，第一电极和第二电极分别固定连接在内固定环的外圆周端面，第一摩擦部和第二摩擦部分别设在第一电极和第二电极上，正电极固定连接在外 固定环的内圆周端面，正电极的内圆周端面轨迹面分别与第一摩擦部及第二摩擦部的外圆 周板面存在一定垂直间距，且外固定环在被监测设备处于运动情形下能够在内固定环外做 弧线往复运动。其中，第一摩擦部和第二摩擦部的板面在展开状态下均呈梯形状结构。检测组件做弧线往复运动，该汽车减振器的运动参数信息包括转向、转动角度及转速，检测组件输出的开路电压与表示运动幅度的转动角度成正比，计算公式为：UR＝k1α，其中，UR为开路电压，α为转动角度，k1为常数；每次转动运动的转动角度与转速关系式为：α＝VRtR，其中，VR为转速，tR为转动运动的时间。 [0011] 检测组件做直线往复运动情形下，形成振动检测自供电传感装置。此时，第一载体为滑动座，第二载体为配合滑动座滑动的滑块，滑动座上设置有滑动凹槽，滑块的内端嵌设在滑动凹槽开口处并与滑动座滑动连接，滑动座与滑块的外端能够分别安装在被监测设备上；第一电极和第二电极分别固定连接在滑动凹槽的底壁上，第一摩擦部和第二摩擦部分 别设在第一电极和第二电极上，正电极固定连接在滑块的内端端面，正电极的内端面轨迹 面分别与第一摩擦部及第二摩擦部的外板面存在一定垂直间距，且滑块在被监测设备处于 运动情形下能够沿着滑动凹槽做直线往复运动。其中，第一摩擦部和第二摩擦部的板面均 呈梯形状结构。检测组件做直线往复运动，该汽车减振器的运动参数信息包括振动方向、振动幅度及振动速度，检测组件输出的开路电压与表示运动幅度的振动幅度成正比，计算公 式为：US＝k2l，其中，US为开路电压，l为振动幅度，k2为常数；每次振动运动的振动幅度与振动速度关系式为：l＝VStS，其中，VS为振动速度，tS为振动运动的时间。 [0012] 如上述，采用正电极与摩擦件构建非接触式的摩擦纳米发电结构的转角或振动检测自供电传感装置，随着汽车减振器做弧线或直线往复运动，正电极与第一摩擦部或第二 摩擦部有相对重合面积而产生电压信号，据此处理得到该减振器的转动参数或振动参数信 息。 [0013] 作为一选项，基于前述方案，在改进方案中，该自供电传感装置还包括信号发射单元，所述信号发射单元与采集处理单元连接，使得采集处理单元通过信号发射单元与汽车控制终端无线通信连接，以将该运动参数信息信号传输至汽车控制终端。优选采用无线传 输方式通信连接，便于布置。 [0014] 由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果： [0015] 1.本发明基于摩擦纳米发电机技术，采用正电极与摩擦件构建非接触式的摩擦纳米发电结构的转角或振动检测自供电传感装置，以自发电的形式给传感器供电，替代了传 统有线连接和电池供电等外部电源方式为传感器提供电能，解决了传感器网络的布线及能 量供应问题，有助于实现汽车无线传感器网络系统的搭建。而且，根据非接触式的结构特 点，还可以大大减少摩擦部和电极的磨损情况，提高器件的可靠性与使用寿命，有效地减少材料和制造成本。 [0017] 图1是本发明自供电传感装置的信号传输原理图。 [0018] 图2是本发明的检测组件实例1结构示意图。 [0019] 图3是图2的局部结构示意图。 [0020] 图4是图2的剖视图及局部放大图。 [0021] 图5是本发明的检测组件实例1的开路电压曲线图。 [0022] 图6是本发明的检测组件实例2结构示意图。 [0023] 图7是图6的局部结构示意图。 [0024] 图8是图6的摩擦部板面布置图。 [0025] 图9是图6的剖视图及局部放大图。 [0026] 图10是本发明的检测组件实例2电荷转移原理图。 [0027] 图11是本发明的检测组件实例2的开路电压曲线图。 [0028] 附图中，100、转角检测组件，200、振动检测组件，300、固定卡扣。 具体实施方式[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 [0030] 实施例1 [0031] 参见图1‑图5，本实施例1的一种监测汽车减振器运动的自供电传感装置，具体形成转角检测自供电传感装置。转角检测自供电传感装置包括转角检测组件及采集处理单 元，其中转角检测组件100即为旋转式主动传感器100。 [0032] 如图1所示，本实施例1的检测组件(主动传感器)为旋转式主动传感器，在减振器的旋转激励作用下，使得该传感器中的摩擦层不断产生相互运动，从而可以收集旋转参数。 旋转式主动传感器产生的电压信号会传递到信号采集处理单元(采集处理单元，微处理器 或MCU等，本申请以单片机STM32L010C6为例进行说明)，经过处理后得到转动参数，再通过数据传输线或信号发射单元(WiFi或蓝牙等无线模块)发射出去。 [0033] 如图2及图4所示，其中图4为检测组件实例1内部结构示意图，其中还给出了A1、A2及A3部放大图。本实施例1的旋转式主动传感器100由内固定环101、第一电极102、第二电极107、第一摩擦薄膜(第一摩擦部)103、第二摩擦薄膜(第二摩擦部)108、正电极104及外固定环105组成。本实施例中的内固定环101及外固定环105所用的材料为亚克力，第一电极102、第二电极107与正电极104都是0.3毫米厚的铜膜(铜薄片)，第一摩擦薄膜103与第二摩擦薄 膜108都是0.2毫米厚的聚四氟乙烯薄膜(薄片)。如图4示A1和A2部图示，两个摩擦薄膜103 和108及其相连的两个电极102及107分别固定在内固定环101上，正电极104固定在外固定 环105上，两个摩擦薄膜103和108的外圆周面与正电极104的内圆周面之间的间隔为0.5毫 米，内固定环101和外固定环105分别采用板架焊接或螺栓连接固定在减振器的相对转动一 定角度的两个部件上，例如减振器平面轴承上支座和下支座。如图3及图4示A3部图所示，两个摩擦薄膜103和108是隔断的形式，以便分辨汽车左右转向的信号。 [0034] 由于麦弗逊悬架是随着转向机构的转动而转动，为了实现正电极在第一摩擦部和第二摩擦部之间做弧线往复运动，可以设置内固定环固定且外固定环能相对转动，还可以 设置内固定环能相对转动且外固定环固定，内固定环和外固定环均相对转动，等，本实施例以内固定环101在固定位置的外固定环105内周往复转动为例进行说明，其中外固定环105 固定在平面轴承的上支座，内固定环101固定在平面轴承的下支座。当车轮的转角为0时，正电极104处于初始位置(如图4所示位置)，此时，正电极104与两个摩擦薄膜103和108均无重合面积。当车轮如图逆时针转向时，组成麦弗逊悬架的减振器会随之旋转，在减振器的旋转运动带动内固定环101逆时针转动下，使得第一摩擦薄膜103与正电极104产生非接触式的 相对旋转，并在第一摩擦薄膜103及正电极104的表面产生感应电荷，通过与外电路连接，会不断产生电流，从而将转向运动转化为电压信号。同理，当车轮如图示顺时针转动时，带动内固定环101顺时针转动，则第二摩擦薄膜108及正电极104会产生非接触式的相对旋转，从而将转向运动转化为电压信号。其中，第一摩擦部和第二摩擦部的板面在展开状态下均呈 长方形结构，板面宽度与固定环相同，具体如图3所示，当然还可以采用直角梯形或方形等； 电压信号的大小会随着摩擦薄膜与正电极重合面积的增大而增大，具体规律如图5曲线所 示；然后，电压信号通过采集处理单元的计算，可以辨别旋转的方向、旋转角度及旋转速度。 [0035] 如图1所示，转动方向辨别的方法设定如下：设定采集处理单元(MCU)有2组正负端组，旋转式主动传感器的正电极(即正极输出端)引出两根导线并分别接入MCU的第1组正负 端组(正极端P1和负极端N1)，旋转式主动传感器的两个负电极(第一电极和第二电极，即第一输出端和第二输出端)也分别引出两根导线并分别接入MCU的第2组正负端组(正极端P2 和负极端N2)；由于两个负电极薄片之间是隔断的状态，所以，当减振器朝一个方向转动时，MCU的第1组正负端组和第2组正负端组之间只会得到一个电压信号，反之亦然；且，正电极和第一电极输出电压U1，正电极和第二电极输出电压U2，U1和U2电压值正负相反，MCU的2组正负端(即4个正极端和负极端)之中正极端P1或负极端N1与正极端P2或负极端N2(即，正极 端P1和负极端N2；或，正极端P2和负极端N1)获取得到的两个电压值U1和U2的符号是相反的，由此可以根据该2组正负端组所得到电压值的正负来辨别旋转的方向。 [0036] 参见后述实施例2的检测组件实例2电荷转移原理(见图10)，在本实施例1中，在初始状态，正电极104处于初始位置，位于两个摩擦薄膜之间且不存在重合。然后，正电极104逆时针转动，正电极104和第一摩擦薄膜103有重合面，进而输出开路电压，并逐渐增大，在至左位置时达到最大。而正电极104转动回到中间位置(初始位置)，没有产生电压。同理，正电极104顺时针转动，正电极104和第二摩擦薄膜108有重合面，输出开路电压，并逐渐增大，在至右位置时达到最大。随着转向运动，会重复对应状态过程。 [0037] 非接触式摩擦的重合面积变化是线性的，开路电压随运动幅度变化也是线性的。如图5所示，为旋转式主动传感器中摩擦纳米发电机的开路电压特性曲线图，旋转式主动传感器所产生的电压输出至MCU的2组正负端组，最高开路电压可达4.8V，无论正电极相对进 行正向还是反向旋转，其输出的开路电压与旋转角度(转动角度)成正比，其变化规律可用 线性方程UR＝k1α表示，其中，UR为开路电压，α为转动角度，k1为常数。因此，根据开路电压，可计算出对应的旋转角度；根据每次转动运动的不同时间段内所转动的角度，利用公式α＝VRtR可计算出摩擦薄膜之间的相对转速，其中，VR为转速，tR为转动运动的时间，时间越小，转速越精准。 [0038] 如上述，采用正电极与摩擦件构建非接触式的摩擦纳米发电结构的转角或振动检测自供电传感装置，随着汽车减振器做弧线往复运动，正电极与第一摩擦部或第二摩擦部 有相对重合面积而产生电压信号，据此处理得到该减振器的转动参数信息。 [0039] 实施例2 [0040] 参见图1及图6‑图11，本实施例2的一种监测汽车减振器运动的自供电传感装置，具体形成振动检测自供电传感装置。振动检测自供电传感装置包括振动检测组件及采集处 理单元，振动检测组件200即为滑动式主动传感器200。其中，为了简化说明相应部件以图示及标号进行区分；例如，本实施例2的第一电极204和前述实施例1的第一电极102区分。 [0041] 如图1所示，本实施例2的检测组件(主动传感器)为滑动式主动传感器，在减振器的振动激励作用下，使得该传感器中的摩擦层不断产生相互运动，从而可以收集振动参数。 滑动式主动传感器产生的电压信号会传递到信号采集处理单元(采集处理单元，微处理器 或MCU等，本申请以单片机STM32L010C6为例进行说明)，经过处理后得到振动参数，再通过数据传输线或信号发射单元(WiFi或蓝牙等无线模块)发射出去。 [0042] 如图6‑图9所示，其中图9为检测组件实例2内部结构示意图，其中还给出了B部放大图。本实施例2的滑动式主动传感器200由滑面201、滑块202、第一摩擦薄膜(第一摩擦部) 203、第二摩擦薄膜(第二摩擦部)209、第一电极204、第二电极208、正电极205及滑动座(壳体)207组成。本实施例2中的滑面201、滑块202、壳体(滑动座)207所用的材料为亚克力，两个摩擦薄膜203及209都是0.2毫米厚的聚四氟乙烯薄膜(薄片)，第一电极204、第二电极208与正电极205都是0.3毫米厚的铜膜(铜薄片)，两个摩擦薄膜与正电极205之间的间隔为 0.35毫米。滑动座设置有内腔，在滑面上开设滑动凹槽，两个摩擦薄膜铺设在内腔底壁上，滑块可呈一字型或十字型块状结构，相比于一字型结构，十字型结构的滑块起到在槽深方 向进行限位，确保正电极与第一摩擦部或第二摩擦部相互间隔一定间距。 [0043] 为了实现正电极在第一摩擦部和第二摩擦部之间做直线往复运动，可以设置滑动座207固定且滑块202能滑动，还可以设置滑动座207能相对滑动且滑块202固定，等，本实施例以滑动座207固定且滑块202能滑动设置为例进行说明。滑动座207安装于减振器固定端 上，滑块202安装在减振器弹簧上，在减振器弹簧振动时，滑块202跟着滑动，两个摩擦薄膜与正电极205产生非接触的相对运动，并在该摩擦薄膜及正电极205的表面产生感应电荷， 在摩擦薄膜和电极之间电子转移的过程中，会不断产生电流，从而将机械运动转化为电压 信号。其中，两个摩擦薄膜203及209板面均为梯形结构，具体可为直角梯形或等腰梯形等，如图8所示本实施例以直角梯形为例，该摩擦薄膜与正电极205之间相对运动时，重合面积 的变化是线性的，因此，其电压信号随时间的变化也是线性的，变化规律如图11曲线所示； 然后，电压信号通过采集处理单元的计算，可以分析出弹簧振动的方向、幅度及速度。 [0044] 弹簧振动方向辨别方法与实施例1中的转动方向辨别方法相同；简要说明如下：先设定采集处理单元(MCU)有2组正负端组，滑动式主动传感器的正电极引出两根导线并分别 接入MCU的第1组正负端组，滑动式主动传感器的两个负电极也分别引出两根导线并分别接 入MCU的第2组正负端组；MCU的2组正负端组获取得到的两个电压值U3和U4，根据该2组正负端组所得到电压值的正负来辨别振动方向。 [0045] 如图10所示，在减振器弹簧的振动激励作用下，两种不同电负性的材料将产生相对运动，通过静电感应机制，基于非接触模式的摩擦纳米发电机的基本工作过程如图10的 A‑D图所示。参见图10的A图，在初始状态，滑块202处于初始位置，位于两个摩擦薄膜之间且不存在重合；第一摩擦薄膜203和第一电极204相互接触且固定，基于摩擦电序列，电子将从电极204表面转移到摩擦薄膜203表面；第一摩擦薄膜203和第一电极204的表面将获得相等 且相反的电荷；在这种状态下，摩擦纳米发电机处于静电平衡状态，外部电路中没有电子流动；同理，第二摩擦薄膜209和第二电极208也是如此。然后，参见图10的B图，滑块向上滑动，第一摩擦薄膜203和正电极205开始相对运动，当两者之间的表面相互重合时表面产生感应 电荷，此时，正电极205表面带正电，第一摩擦薄膜203表面带负电，因此，摩擦薄膜与电极之间产生电位差，并且电位差会驱动电子通过外部电路从第一电极204流向正电极205，以获 得静电平衡；而且，如图8所示，第一摩擦薄膜203是倒梯形结构，随着正电极205继续向上运动，两层之间的重合面积越来越大，因此外电路的开路电压也会持续增大，直至运动至至上位置。参见图10的C图，当正电极205向下运动到达中间位置(初始位置)时，两层之间没有重合面积，因此外电路无电压输出。参见图10的D图，同理，随着正电极205继续向下运动，会在外电路产生电压。随着弹簧的不断振动，此过程也会不断重复下去。 [0046] 非接触式摩擦的重合面积变化是线性的，开路电压随运动幅度变化也是线性的。如图11所示，为滑动式主动传感器的摩擦纳米发电的开路电压特性曲线图，滑动式主动传 感器所产生的电压输出至MCU的2组正负端组，最高开路电压可达3.6V，图中可以看出，无论正电极向上还是向下运动，其输出的开路电压与滑动距离成正比，其变化规律可用线性方 程US＝k2l表示，其中，US为开路电压，l为滑动距离，k2为常数。因此，根据开路电压，可计算出对应的滑动距离，也就是弹簧的振动幅度；根据每次振动不同时间段内所滑动距离，利用公式l＝VStS可计算出摩擦薄膜之间的相对滑动速度，其中，VS为振动速度，tS为振动运动的时间，时间越小，振动速度越精准。当然，参见前述实施例1，还可将本实施例2的滑动式主动传感器的最高开路电压设置为4.8V。 [0047] 作为一选项，基于前述实例，在改进实例中，该振动检测自供电传感装置还包括固定卡扣300，如图6所示，两个固定卡扣300分别通过焊接或螺栓连接固定连接在滑块的外端及滑动座上，用于将滑块及滑动座可拆卸安装在被振动器上。如此，便于进行可拆卸连接。 [0048] 如上述，采用正电极与摩擦件构建非接触式的摩擦纳米发电结构的转角或振动检测自供电传感装置，随着汽车减振器做直线往复运动，正电极与第一摩擦部或第二摩擦部 有相对重合面积而产生电压信号，据此处理得到该减振器的振动参数信息。 [0049] 需要说明的是，上述实施例1和实施例2的自供电传感装置方案包含检测组件方案，该检测组件方案具体参见实施例1及实施例2之中，为了简化说明在此就不展开说明。在其他可替代或优选的实施例中，电极可以采用其他金属导电材料，摩擦部可以采用其他驻 极材料，其它正电极厚度等尺寸参数还可以调整。 [0050] 如上述，基于减振器结构设计的自供电传感装置主要由旋转式主动传感器和/或滑动式主动传感器组成，采集处理单元接收电压信号，处理得到电压值，进而计算得到该次运动的相关运动参数。其中，旋转式主动传感器由正极摩擦层(正电极，铜膜)、负极摩擦层(摩擦件，聚四氟乙烯薄膜)、铜电极(第一电极及第二电极)与环形壳体(亚克力)组成，正极摩擦层材料厚度为0.3mm，负极摩擦层材料厚度为0.2mm，正负极摩擦层之间的间隔为 0.5mm，正负极所在的环形壳体分别安装在减振器顶部相对旋转的部件上，当减振器旋转 时，两个摩擦层之间会相对转动，同时在摩擦层表面产生感应电荷，并在外电路产生电压信号，产生的电压信号会随两个摩擦层的相对转动而发生变化，由此可以监测减振器的旋转 角度及速度。滑动式主动传感器由正极摩擦层(正电极，铜膜)、负极摩擦层(摩擦件，聚四氟乙烯薄膜)、铜电极与壳体(亚克力滑动座)组成，正极摩擦层材料厚度为0.2mm，负极摩擦层材料厚度为0.2mm，正负极摩擦层之间的间隔为0.35mm，该传感器壳体上的两个卡环(固定 卡扣)分别固定在相邻的弹簧圈上，当弹簧振动时，卡环可以使正负之间极产生相对滑动，同时在摩擦层表面产生感应电荷，并在外电路产生电压信号，电压信号的不断变化可以反 应减振器振动的幅度及速度。 [0051] 本发明基于摩擦纳米发电机技术，采用非接触式的摩擦层结构，设计了旋转式及滑动式主动传感器，可实现对悬架减振器上下振动及旋转运动的有效监测，有助于促进汽 车无线传感器网络技术的进步，推动汽车物联网的发展。优点如下： [0052] 1.基于摩擦纳米发电机技术，采用非接触式的摩擦层结构，可实现对汽车减振器旋转运动及上下振动的有效监测，且结构设计简单合理，安装方便，器件可靠性强，成本低。 [0053] 2.基于摩擦纳米发电机主动传感的技术特性，无需外部电源给传感器供电，有助于实现汽车无线传感器网络系统的搭建。 [0054] 3.通过将旋转式主动传感器安装到减振器顶部，可实现对减振器转角的有效监测。通过将非接触式滑动结构的摩擦纳米发电机安装到减振器弹簧上，可有效测量减振器 的振动状态，并且可以监测到超低频率下的振动状态。 [0055] 4.基于非接触式的摩擦纳米发电机结构，可以大大减少摩擦层的磨损情况，提高器件的可靠性与使用寿命。 [0056] 5.基于摩擦纳米发电机的结构特点，可以大大减少材料及制造成本。 [0057] 需要指出的是，上述实施例的实例可以根据实际需要优选一个或两个以上相互组合，而多个实例采用一套组合技术特征的附图说明，在此就不一一展开说明。 [0058] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0059] 如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。 |
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