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基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，該壓力傳感器包括承壓部件（1）和底座（2），承壓部件（1）和底座（2）之間設(shè)置有摩擦發(fā)電部件（3），摩擦發(fā)電部件（3）與外電路相連，當(dāng)壓力作用于承壓部件（1）并使承壓部件（1）和底座（2）之間的距離改變時(shí)，摩擦發(fā)電部件（3）能夠在外電路中產(chǎn)生用于顯示壓力變化的電量。本發(fā)明的一種基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器精度高、測量范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾性能好。
【專利說明】基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說，涉及一種基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，該 壓力傳感器可以很方便的應(yīng)用在各種工業(yè)自控環(huán)境中。

【背景技術(shù)】
[0002] 壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán) 境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、 機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。
[0003] 目前常用的壓力傳感器主要為電容式壓力傳感器和電阻應(yīng)變式壓力傳感器。常見 的電容式壓力傳感器主要是靜電容量型，例如將玻璃的固定極和硅的可動(dòng)極相對(duì)設(shè)置而形 成電容，并將通過外力（壓力）使可動(dòng)極變形所產(chǎn)生的靜電容量的變化轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)。但 是，這種壓力傳感器存在輸出阻抗高，負(fù)載能力差，易受外界干擾產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí) 甚至無法工作、輸出特性非線性、寄生電容影響大的缺點(diǎn)。而電阻應(yīng)變式壓力傳感器是利用 電阻應(yīng)變片變形時(shí)其電阻也隨之改變的原理進(jìn)行工作，它的缺點(diǎn)是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非 線性、輸出信號(hào)較弱。
[0004] 眾所周知，采用摩擦技術(shù)構(gòu)建的能量收集和轉(zhuǎn)換裝置，在自供電納米系統(tǒng)中起關(guān) 鍵作用。并且，由于其環(huán)保、節(jié)能、自驅(qū)動(dòng)性質(zhì)，受到了廣泛關(guān)注。隨著王中林教授研究組研 發(fā)的壓電摩擦發(fā)電部件首次將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能以來，以壓電和摩擦電為基礎(chǔ)的不同結(jié)構(gòu) 和材料的摩擦發(fā)電部件相繼問世。目前，將摩擦發(fā)電部件應(yīng)用于壓力傳感器的報(bào)道還沒有 出現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種精度高、測量范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾性能好的基于 摩擦發(fā)電的壓力傳感器。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的具體技術(shù)方案為：
[0007] -種基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，包括承壓部件和底座，其中，承壓部件和底座 之間設(shè)置有摩擦發(fā)電部件，摩擦發(fā)電部件與外電路相連，當(dāng)壓力作用于承壓部件并使承壓 部件和底座之間的距離改變時(shí)，摩擦發(fā)電部件能夠在外電路中產(chǎn)生用于顯示壓力變化的電 量。
[0008] 進(jìn)一步，摩擦發(fā)電部件包括第一發(fā)電部和第二發(fā)電部，第一發(fā)電部和第二發(fā)電部 相互接觸并形成摩擦面，當(dāng)承壓部件和底座之間的距離改變時(shí)，該接觸形成的摩擦面的面 積能夠改變，進(jìn)而產(chǎn)生顯示壓力變化的電量。
[0009] 一種壓力檢測裝置，包括基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器和外電路，外電路包括：電容 器，與摩擦發(fā)電部件相連，用于收集摩擦發(fā)電部件產(chǎn)生的電量；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將電容器 中的模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓值；單片機(jī)，與顯示屏和輸出接口相連，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換 器輸出的電壓值，并通過輸出接口輸出，以及控制顯示屏進(jìn)行顯示。
[0010] 本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器利用摩擦發(fā)電的原理，通過載荷的變化，將 載荷的重量變化轉(zhuǎn)換為摩擦發(fā)電部件的接觸面積變化，利用摩擦接觸面積與輸出電壓的線 性關(guān)系，可以直觀的表征出載荷的重量。克服了傳統(tǒng)壓力電容器的易受靜電、電磁場干擾的 缺點(diǎn)，并且具有精度高，測量范圍廣，使用環(huán)境廣泛的優(yōu)點(diǎn)。并且基于摩擦發(fā)電的壓力傳感 器具有自供電的特性，從而制備的壓力傳感器無需外部電源即可正常工作。
[0011]另外，本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器中的摩擦發(fā)電機(jī)具有制作工藝簡單、 成本低、易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，故使其整體也具有制作工藝簡單、成本低、易于大 規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的第一實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0013] 圖2為圖1中的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的剖視圖；
[0014] 圖3為圖2中的摩擦發(fā)電部件的替代實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖4為圖1中的承壓部件的替代實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖5為圖1中的承壓部件的另一替代實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖6為本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的第二實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖7為圖6中的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的剖視圖；
[0019] 圖8為圖7中的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器沿A-A向的剖視圖；
[0020] 圖9為圖6中的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器中的摩擦發(fā)電部件的結(jié)構(gòu)放大圖；
[0021] 圖10為本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的第三實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖11為圖10中的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的剖視圖；
[0023] 圖12為圖11中的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器沿A-A向的剖視圖；
[0024] 圖13為圖10中的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器中的摩擦發(fā)電部件的結(jié)構(gòu)放大圖；
[0025] 圖14為本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖15為本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的測試線條圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 為了更好的了解本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)及功能，下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的一種基于 摩擦發(fā)電的壓力傳感器做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0028] 如圖1和圖2所示，其描述了本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的第一實(shí)施例。 其中，本實(shí)施例的壓力傳感器包括正對(duì)設(shè)置的承壓部件1和底座2,承壓部件1和底座2之 間通過多根導(dǎo)向桿5相連，且導(dǎo)向桿5上套設(shè)有彈性部件4,具體來說，彈性部件4為套設(shè)在 承壓部件1和底座2之間的導(dǎo)向桿5上的彈簧，由此，當(dāng)對(duì)承壓部件1施加外力時(shí)，承壓部 件1可相對(duì)底座2移動(dòng)，從而改變承壓部件1與底座2之間的距離。應(yīng)注意的是，本實(shí)施例 中的承壓部件1和底座2的材料可為但不僅限于錯(cuò)合金、合金鋼、304不銹鋼、316不銹鋼。
[0029] 進(jìn)一步，承壓部件1和底座2之間還設(shè)置有摩擦發(fā)電部件3,摩擦發(fā)電部件3包括 第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32,第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32相互接觸并形成摩擦面， 該接觸形成的摩擦面的面積可以改變。具體為，本實(shí)施例中摩擦發(fā)電部件3的第一發(fā)電部 31平鋪在底座2上，第二發(fā)電部32的一端與第一發(fā)電部31固定連接，另一端則可活動(dòng)地 連接在承壓部件1的底面上，使得第二發(fā)電部32整體呈現(xiàn)弧形狀態(tài)。由此，當(dāng)承壓部件1 與底座2之間的距離改變時(shí)，第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32的接觸面積會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變 化。當(dāng)然，本實(shí)施例中也可以將摩擦發(fā)電部件3顛倒設(shè)置，也即，將摩擦發(fā)電部件3的第一 發(fā)電部31平鋪設(shè)置在承壓部件1的底面上，而將第二發(fā)電部32的一端固定于第一發(fā)電部 31上，另一端則可活動(dòng)地連接在底座2上。
[0030] 應(yīng)注意的是，本實(shí)施例中第二發(fā)電部32的一端與承壓部件1底面的活動(dòng)連接具體 是指滑動(dòng)連接，也即，當(dāng)承壓部件1不受載荷壓力時(shí)，承壓部件1相對(duì)底座2靜止，第二發(fā)電 部32的滑動(dòng)連接端與承壓部件1的底面也是相對(duì)靜止地接觸；而當(dāng)承壓部件1受到載荷壓 力時(shí)，承壓部件1會(huì)朝向底座2移動(dòng)，同時(shí)第二發(fā)電部32的滑動(dòng)連接端也會(huì)沿著承壓部件 1的底面滑動(dòng)，直至第二發(fā)電部32與第一發(fā)電部31達(dá)到平行狀態(tài)。
[0031] 由此，當(dāng)壓力作用于承壓部件1時(shí)，第二發(fā)電部32的滑動(dòng)連接端會(huì)沿著承壓部件1 的底面滑動(dòng)，從而使第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32的接觸面積發(fā)生變化，也即形成了更大 的摩擦面。而當(dāng)本實(shí)施例中的第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32相互接觸形成摩擦面時(shí)，第 一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32上會(huì)產(chǎn)生靜電荷，進(jìn)而在第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32之 間產(chǎn)生電勢差，并最終在與摩擦發(fā)電部件3連接的外電路中產(chǎn)生電流，該電壓和/或電流可 用于檢測施加到壓力傳感器上(具體為承壓部件1)的外力。由于本發(fā)明中電流、電壓都可 以用于檢測施加到壓力傳感器上(具體為承壓部件1)的外力，故本發(fā)明中的電量指代電流 和電壓。
[0032] 具體參照?qǐng)D2,本實(shí)施例中的第一發(fā)電部31包括依次層疊設(shè)置的第一電極層311 和第一高分子聚合物絕緣層312,第二發(fā)電部32包括依次層疊設(shè)置的第二高分子聚合物絕 緣層321、第二電極層322和第二基層323。其中，第一發(fā)電部31中的第一高分子聚合物絕 緣層312與第二發(fā)電部32中的第二高分子聚合物絕緣層321相接觸，且第一高分子聚合物 絕緣層312和/或第二高分子聚合物絕緣層321上具有微納結(jié)構(gòu)（圖中未示)，優(yōu)選的是，第 一高分子聚合物絕緣層312和第二高分子聚合物絕緣層321表面上設(shè)置的微納結(jié)構(gòu)為凸起 50nm-300nm的納米凹凸結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意的是，第一發(fā)電部31中也可如第二發(fā)電部32 -樣設(shè) 置有基層，其材料可以為軟質(zhì)PVC，發(fā)泡聚氨酯、熱塑性彈性體（TPE)硅橡膠，氟橡膠、PDMS 等交聯(lián)聚合物。
[0033] 由此，當(dāng)壓力作用于本實(shí)施例的壓力傳感器的承壓部件1時(shí)，第二發(fā)電部32在承 壓部件1的底面上滑動(dòng)，從而第二高分子聚合物絕緣層321和第一高分子聚合物絕緣層312 之間形成摩擦面，摩擦面相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的產(chǎn)生會(huì)使第一電極層311和第二 電極層322之間的電荷分布發(fā)生改變，從而導(dǎo)致第一電極層311和第二電極層322之間出 現(xiàn)電勢差。由于該電勢差的存在，自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一 偵牝從而在外電路中形成電流。并且隨著壓力的增加，第二高分子聚合物絕緣層321和第一 高分子聚合物絕緣層312之間的摩擦面積增加，摩擦產(chǎn)生的靜電荷增加，從而使得電路中 的電量增加。
[0034] 應(yīng)注意的是，本實(shí)施例中，第一電極層311和第二電極層322為壓力傳感器的電壓 和電流輸出電極，用于與外電路相連。通常具有導(dǎo)電性的材料均可用作第一電極層311和 第二電極層322,例如：銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金；其中，金屬是金、銀、 鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅 合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰 合金、銀合金或鉭合金。
[0035] 此外，第二發(fā)電部32中的第二基層323為彈性部件，可以為第二發(fā)電部32提供彈 性支撐，從而使第二發(fā)電部32可呈現(xiàn)弧形狀態(tài)，優(yōu)選的是，第二基層323的材料可為但不僅 限于碳素鋼、低錳鋼、不銹鋼等合金材料。
[0036] 而本實(shí)施例中的第一高分子聚合物絕緣層312和第二高分子聚合物絕緣層321則 可以分別選自聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維 素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸 酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生）海綿薄膜、聚氨 酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚丙烯 酸酯聚合物薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮 丁醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚 丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽中的任意一種。
[0037] 當(dāng)然，本發(fā)明中的摩擦發(fā)電部件3的具體結(jié)構(gòu)也可采用其他形式。參見圖3,其示 出了本發(fā)明中的摩擦發(fā)電部件3的另一實(shí)施例。其中，本實(shí)施例中摩擦發(fā)電部件3的第一 發(fā)電部31包括依次層疊設(shè)置的第一電極層311和第一高分子聚合物絕緣層312,而第二發(fā) 電部32僅包括依次層疊設(shè)置的第二電極層322和第二基層323。本實(shí)施例中也可以將摩擦 發(fā)電部件3顛倒設(shè)置，也即，將摩擦發(fā)電部件3的第一發(fā)電部31平鋪設(shè)置在承壓部件1的 底面上，而將第二發(fā)電部32的一端固定于第一發(fā)電部31上，另一端則可活動(dòng)地連接在底座 2上。
[0038] 進(jìn)一步，第一發(fā)電部31中的第一高分子聚合物絕緣層312與第二發(fā)電部32中的 第二電極層322相接觸，且第一高分子聚合物絕緣層312和/或第二電極層322上具有微 納結(jié)構(gòu)（圖中未示)，優(yōu)選的是，第一高分子聚合物絕緣層312和第二電極層322表面上設(shè)置 的微納結(jié)構(gòu)為凸起50nm-300nm的納米凹凸結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意的是，本實(shí)施例的第一發(fā)電部31 中也可如第二發(fā)電部32 -樣設(shè)置有基層，其材料可以為軟質(zhì)PVC，發(fā)泡聚氨酯、熱塑性彈性 體（TPE)硅橡膠，氟橡膠、PDMS等交聯(lián)聚合物。
[0039] 本實(shí)施例中第一電極層311和第一高分子聚合物絕緣層312的材料選擇范圍可與 上面的實(shí)施例中的材料相同。而第二電極322所用材料可以是金屬或合金；其中，金屬是 金、銀、鉬、鈕、錯(cuò)、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、猛、鑰、鶴或1凡；合金是錯(cuò)合金、鈦合金、鎂合金、鈹合 金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合 金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
[0040] 根據(jù)發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，金屬與高分子聚合物摩擦，金屬更易失去電子，而且采用 金屬電極與高分子聚合物摩擦也能提高能量輸出。因此，本實(shí)施例中的摩擦發(fā)電部件3是 通過第一發(fā)電部31中的第一高分子聚合物絕緣層312與第二發(fā)電部32中的第二電極層 322相互接觸摩擦產(chǎn)生電量的。
[0041] 當(dāng)然，應(yīng)注意的是，本實(shí)施例中的摩擦發(fā)電部件3也可設(shè)置成第一發(fā)電部31僅包 括第一電極層311，而第二發(fā)電部32包括依次層疊設(shè)置的第二高分子聚合物絕緣層321、第 二電極層322和第二基層323,第一發(fā)電部31中的第一電極層311與第二發(fā)電部32中的第 二高分子聚合物絕緣層321相互接觸。此種設(shè)置方式、材料的選擇范圍如上述結(jié)構(gòu)類似，因 此不再詳細(xì)描述。
[0042] 進(jìn)一步，參見圖4,其示出了圖1中的承壓部件的替代實(shí)施例。本實(shí)施例中，承壓部 件1上設(shè)置有承壓面13,承壓面13為平板狀結(jié)構(gòu)，可有效增大壓力傳感器的受壓面積。具 體來說，承壓面13通過支撐件14設(shè)置在承壓部件1上，本實(shí)施例中，支撐件14為兩根，且 分別設(shè)置在承壓面13的兩端。應(yīng)注意的是，本實(shí)施例中的支撐件14的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際 需要靈活設(shè)定，并不局限于附圖中所顯示的數(shù)量。
[0043] 由此，當(dāng)壓力作用于承壓部件1上的承壓面13時(shí)，承壓面13和承壓部件1 一起朝 向底座2移動(dòng)，使摩擦發(fā)電部件3中的第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32的接觸面積發(fā)生變 化，從而在外電路中產(chǎn)生用于顯示壓力變化的電量。
[0044] 當(dāng)然，應(yīng)注意的是，也可將本實(shí)施例中的壓力傳感器倒置使用，也即，底座2起到 承壓的作用，而承壓部件1起到底座的作用，負(fù)載壓力作用于底座2時(shí)，底座2帶動(dòng)彈性部 件4壓縮，使得摩擦發(fā)電部件3摩擦起電，從而實(shí)現(xiàn)壓力傳感器的作用。
[0045] 進(jìn)一步，參見圖5,其示出了圖1中的承壓部件的另一替代實(shí)施例。本實(shí)施例中，承 壓部件1上也設(shè)置有平板狀的承壓面13,承壓面13通過支撐件14設(shè)置在承壓部件1上，而 本實(shí)施例中支撐件14為三根，均勻分布在承壓面13與承壓部件1之間。應(yīng)注意的是，本實(shí) 施例中的支撐件14的數(shù)量也可靈活設(shè)置，如一根、兩根或多根等，并不局限于附圖中顯示 的數(shù)量。
[0046] 由此，與圖4中所示的相同，當(dāng)壓力作用于承壓部件1上的承壓面13時(shí)，承壓面13 和承壓部件1 一起朝向底座2移動(dòng)，使摩擦發(fā)電部件3中的第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32 的接觸面積發(fā)生變化，從而在外電路中產(chǎn)生用于顯示壓力變化的電量。此外，本實(shí)施例中的 壓力傳感器也可倒置使用，具體方式可參見上面的描述。
[0047] 如圖6至圖9所示，其描述了本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的第二實(shí)施例。 其中，本實(shí)施例中的壓力傳感器包括承壓部件1和底座2,承壓部件1為T字型結(jié)構(gòu)，包括 水平部分11和堅(jiān)直部分12 ;而底座2上則設(shè)置有壁板6,壁板6中間形成有容置承壓部件 1的堅(jiān)直部分12的空腔61。本實(shí)施例中承壓部件1的堅(jiān)直部分12可在壁板6形成的空腔 61中縱向移動(dòng)，從而改變承壓部件1與底座2之間的距離。應(yīng)注意的是，本實(shí)施例中的承壓 部件1、底座2和壁板6的材料為但不僅限于鋁合金、合金鋼、304不銹鋼、316不銹鋼；而壁 板6的材料優(yōu)選為304不銹鋼板。
[0048] 具體來說，承壓部件1的堅(jiān)直部分12上設(shè)置有第一軌道121，壁板6上設(shè)置有第二 軌道62,第一軌道121和第二軌道62滑動(dòng)配合，由此使得承壓部件1的堅(jiān)直部分12可在 壁板6形成的空腔61內(nèi)縱向滑動(dòng)，應(yīng)注意的是，雖然附圖8中顯示本實(shí)施例中的第一軌道 121和第二軌道62均呈"工"字型，但本發(fā)明中的第一軌道121和第二軌道62的具體形狀 并不受上述形狀的限制，任何能夠?qū)崿F(xiàn)滑動(dòng)配合的軌道結(jié)構(gòu)均可應(yīng)用在本發(fā)明中。而且，優(yōu) 選的是，本實(shí)施例中的第一軌道121和第二軌道62的材料為但不僅限于高碳鉻軸承鋼。
[0049] 此外，承壓部件1的水平部分11上還縱向設(shè)置有多根導(dǎo)向桿5,也即，導(dǎo)向桿5與 承壓部件1的堅(jiān)直部分12平行設(shè)置，且在底座2上的壁板6中形成有容置導(dǎo)向桿5的導(dǎo)向 孔63,承壓部件1上的導(dǎo)向桿5可在壁板6上的導(dǎo)向孔63中縱向移動(dòng)。而且參見圖6和 圖7可知，本實(shí)施例中的導(dǎo)向桿5上套設(shè)有彈性部件4,具體來說，彈性部件4為位于承壓部 件1的水平部分11和壁板6之間的導(dǎo)向桿5上的彈簧。本實(shí)施例中，彈性部件4位于承壓 部件1的水平部分11的底面與壁板6的頂面之間，也即，彈性部件4的直徑大于壁板6上 的導(dǎo)向孔63的直徑，而導(dǎo)向桿5的直徑則小于導(dǎo)向孔63的直徑，由此使得導(dǎo)向桿5可在導(dǎo) 向孔63中縱向滑動(dòng)，同時(shí)彈性部件4支撐在承壓部件1的水平部分11的底面與壁板6上 的導(dǎo)向孔63的上邊沿處。但應(yīng)注意的是，本發(fā)明中的彈性部件4的設(shè)置并不限定于此，也 可直接設(shè)置在導(dǎo)向孔63中，并位于導(dǎo)向孔63的底部和承壓部件1的水平部分11的底面之 間。
[0050] 進(jìn)一步，如圖6和圖7所示，本實(shí)施例中承壓部件1的堅(jiān)直部分12與壁板6形成 的空腔61的側(cè)壁之間設(shè)置有摩擦發(fā)電部件3,摩擦發(fā)電部件3包括第一發(fā)電部31和第二 發(fā)電部32,第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32相互接觸并形成摩擦面，該接觸形成的摩擦面 的面積可以改變。具體為，本實(shí)施例中摩擦發(fā)電部件3的第一發(fā)電部31平鋪在壁板6形成 的空腔61的內(nèi)側(cè)壁上，而第二發(fā)電部32的整體呈現(xiàn)弧形狀態(tài)，其一端與第一發(fā)電部31固 定連接，另一端則活動(dòng)地置放在壁板6形成的空腔61中，使得第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部 32之間具有一定的角度。由此，當(dāng)承壓部件1的堅(jiān)直部分12在壁板6形成的空腔61中縱 向移動(dòng)時(shí)，第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32的接觸面積會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化。
[0051] 也就是說，當(dāng)壓力作用于承壓部件1時(shí)，承壓部件1的堅(jiān)直部分12會(huì)沿著壁板6 形成的空腔61朝向底座2縱向移動(dòng)，而由于第二發(fā)電部32的整體呈現(xiàn)弧形狀態(tài)，且一端與 第一發(fā)電部31固定連接，另一端活動(dòng)地置放在壁板6形成的空腔61中，所以當(dāng)承壓部件1 的堅(jiān)直部分12在壁板6形成的空腔61中移動(dòng)時(shí)，會(huì)逐漸擠壓第二發(fā)電部32與第一發(fā)電部 31固定連接的一端，使第二發(fā)電部32逐漸平直，并與第一發(fā)電部31的接觸面積逐漸增大， 也即在第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32之間形成了更大的摩擦面。而當(dāng)本實(shí)施例中的第一 發(fā)電部31和第二發(fā)電部32相互接觸形成摩擦面時(shí)，第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32上會(huì) 產(chǎn)生靜電荷，進(jìn)而在第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32之間產(chǎn)生電勢差，并最終在與摩擦發(fā)電 部件3連接的外電路中產(chǎn)生電流，該電量可用于檢測施加到壓力傳感器上(具體為承壓部 件1)的外力。
[0052] 具體參見圖9,本實(shí)施例中的第一發(fā)電部31包括依次層疊設(shè)置的第一基層313、第 一電極層311和第一高分子聚合物絕緣層312,第二發(fā)電部32包括依次層疊設(shè)置的第二高 分子聚合物絕緣層321、第二電極層322和第二基層323。其中，第一發(fā)電部31的第一高分 子聚合物絕緣層312與第二發(fā)電部32的第二高分子聚合物絕緣層321相接觸，且第一高分 子聚合物絕緣層312和/或第二高分子聚合物絕緣層321上具有微納結(jié)構(gòu)（圖中未示)，優(yōu) 選的是，第一高分子聚合物絕緣層312和第二高分子聚合物絕緣層321表面上設(shè)置的微納 結(jié)構(gòu)為凸起50nm-300nm的納米凹凸結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意的是，本實(shí)施例的第一發(fā)電部31中也可 不設(shè)置第一基層313,而僅包括第一電極層311和第一高分子聚合物絕緣層312。
[0053] 由此，當(dāng)壓力作用于本實(shí)施例的壓力傳感器的承壓部件1時(shí)，彈性部件4被壓縮， 從而承壓部件1的堅(jiān)直部分12發(fā)生縱向位移，承壓部件1的堅(jiān)直部分12堅(jiān)直向下擠壓摩 擦發(fā)電部件3的第二發(fā)電部32的固定端，使得第一發(fā)電部31中的第一高分子聚合物絕緣 層312與第二發(fā)電部32中的第二高分子聚合物絕緣層321的接觸面積逐漸增大，從而第二 高分子聚合物絕緣層321和第一高分子聚合物絕緣層312之間形成摩擦面，摩擦面相互摩 擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的產(chǎn)生會(huì)使第一電極層311和第二電極層322之間的電荷分布發(fā)生 改變，從而導(dǎo)致第一電極層311和第二電極層322之間出現(xiàn)電勢差。由于該電勢差的存在， 自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。并 且隨著壓力的增加，第二高分子聚合物絕緣層321和第一高分子聚合物絕緣層312之間的 摩擦面積增加，摩擦產(chǎn)生的靜電荷增加，從而使得電路中的電量增加。
[0054] 應(yīng)注意的是，本實(shí)施例中，第一電極層311和第二電極層322為壓力傳感器的電壓 和電流輸出電極，用于與外電路相連。通常具有導(dǎo)電性的材料層均可用作第一電極層311 和第二電極層322,例如：銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金；其中，金屬是金、 銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或1凡；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、 銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、 鑰合金、銀合金或鉭合金。
[0055] 此外，第一發(fā)電部31中的第一基層313和第二發(fā)電部32中的第二基層323為彈 性部件，可以為第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32提供彈性支撐，從而使第二發(fā)電部32可呈 現(xiàn)弧形狀態(tài)，優(yōu)選的是，第一基層313和第二基層323的材料可為但不僅限于碳素鋼、低錳 鋼、不銹鋼等合金材料。
[0056] 而本實(shí)施例中的第一高分子聚合物絕緣層312與第二高分子聚合物絕緣層321可 以分別選自聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素 薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯 薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生）海綿薄膜、聚氨酯 彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚丙烯酸 酯聚合物薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁 醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙 烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽中的任意一種。
[0057] 當(dāng)然，應(yīng)注意的是，第一實(shí)施例中描述的摩擦發(fā)電部件3的另一實(shí)施方式也可應(yīng) 用在本實(shí)施例的壓力傳感器中。也即，本實(shí)施例的摩擦發(fā)電部件3中的第一發(fā)電部31包括 依次層疊設(shè)置的第一基層313、第一電極層311和第一高分子聚合物絕緣層312,第二發(fā)電 部32包括依次層疊設(shè)置的第二電極層322和第二基層323,第一發(fā)電部31的第一高分子聚 合物絕緣層312與第二發(fā)電部32的第二電極層322相接觸。或者，第一發(fā)電部31包括依 次層疊設(shè)置的第一基層313、第一電極層311，第二發(fā)電部32包括依次層疊設(shè)置的第二高分 子聚合物絕緣層321、第二電極層322和第二基層323,第一發(fā)電部31的第一電極層311與 第二發(fā)電部32的第二電極層322相接觸。上述摩擦發(fā)電部件3的設(shè)置方式、材料選擇范圍 與前面描述的第一實(shí)施例中相似，在此不再詳細(xì)說明。
[0058] 如圖10至圖13所示，其描述了本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的第三實(shí)施 例。本實(shí)施例中的壓力傳感器與上述第二實(shí)施例中的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)近似，都包括承壓 部件1和底座2,承壓部件1為T字型結(jié)構(gòu)，包括水平部分11和堅(jiān)直部分12 ;而底座2上則 設(shè)置有壁板6,壁板6中間形成有容置承壓部件1的堅(jiān)直部分12的空腔61，承壓部件1的 堅(jiān)直部分12可在壁板6形成的空腔61中縱向移動(dòng)，從而改變承壓部件1與底座2之間的 距離。
[0059] 另外，承壓部件1的堅(jiān)直部分12上設(shè)置有第一軌道121，壁板6上設(shè)置有第二軌道 62,第一軌道121和第二軌道62滑動(dòng)配合，由此使得承壓部件1的堅(jiān)直部分12可在壁板6 形成的空腔61內(nèi)縱向滑動(dòng)。而且承壓部件1的水平部分11上還縱向設(shè)置有多根導(dǎo)向桿5， 也即，導(dǎo)向桿5與承壓部件1的堅(jiān)直部分12平行設(shè)置，且在底座2上的壁板6中形成有容 置導(dǎo)向桿5的導(dǎo)向孔63,承壓部件1上的導(dǎo)向桿5可在壁板6上的導(dǎo)向孔63中縱向移動(dòng)。 進(jìn)一步，本實(shí)施例中的導(dǎo)向桿5上套設(shè)有彈性部件4,具體為彈性部件4為位于承壓部件1 的水平部分11和壁板6之間的導(dǎo)向桿5上的彈簧。本實(shí)施例中，彈性部件4是位于承壓部 件1的水平部分11的底面與壁板6的頂面之間，也即，彈性部件4的直徑大于壁板6上的 導(dǎo)向孔63的直徑，而導(dǎo)向桿5的直徑則小于導(dǎo)向孔63的直徑，由此使得導(dǎo)向桿5可在導(dǎo)向 孔63中縱向滑動(dòng)，同時(shí)彈性部件4支撐在承壓部件1的水平部分11的底面與壁板6上的導(dǎo) 向孔63的上邊沿處。但應(yīng)注意的是，本發(fā)明中的彈性部件4的設(shè)置并不限定于此，也可直 接設(shè)置在導(dǎo)向孔63中，并位于導(dǎo)向孔63的底部和承壓部件1的水平部分11的底面之間。
[0060] 進(jìn)一步，如圖10和圖11所示，本實(shí)施例中承壓部件1的堅(jiān)直部分12與壁板6形 成的空腔61的側(cè)壁之間設(shè)置有摩擦發(fā)電部件3,摩擦發(fā)電部件3包括第一發(fā)電部31和第二 發(fā)電部32,第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32相互接觸并形成摩擦面，該接觸形成的摩擦面的 面積可以改變。
[0061] 應(yīng)注意的是，與第二實(shí)施例中描述的壓力傳感器不同的是，本實(shí)施例的壓力傳感 器中對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)摩擦發(fā)電部件3。具體來說，本實(shí)施例中的承壓部件1的堅(jiān)直部分12 的兩邊側(cè)面與壁板6形成的空腔61內(nèi)側(cè)壁之間分別設(shè)置有一個(gè)摩擦發(fā)電部件3,也即，壁板 6形成的空腔61的兩相對(duì)內(nèi)側(cè)壁上分別鋪設(shè)有摩擦發(fā)電部件3的第一發(fā)電部31，而整體呈 現(xiàn)弧形狀態(tài)的第二發(fā)電部32則分別對(duì)應(yīng)各自的第一發(fā)電部31，一端與第一發(fā)電部31固定 連接，另一端活動(dòng)地置放在壁板6形成的空腔61中，使得第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32 之間具有一定的角度。由此，當(dāng)承壓部件1的堅(jiān)直部分12在壁板6形成的空腔61中縱向 移動(dòng)時(shí)，壁板6形成的空腔61中相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)摩擦發(fā)電部件3中的第一發(fā)電部31和第 二發(fā)電部32的接觸面積都會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化。
[0062] 參見圖13,與第二實(shí)施例中相同，本實(shí)施例中的第一發(fā)電部31包括依次層疊設(shè)置 的第一基層313、第一電極層311和第一高分子聚合物絕緣層312,第二發(fā)電部32包括依次 層疊設(shè)置的第二高分子聚合物絕緣層321、第二電極層322和第二基層323。其中，第一發(fā) 電部31的第一高分子聚合物絕緣層312與第二發(fā)電部32的第二高分子聚合物絕緣層321 相接觸，且第一高分子聚合物絕緣層312和/或第二高分子聚合物絕緣層321上具有微納 結(jié)構(gòu)（圖中未示)，優(yōu)選的是，第一高分子聚合物絕緣層312和第二高分子聚合物絕緣層321 表面上設(shè)置的微納結(jié)構(gòu)為凸起50nm-300nm的納米凹凸結(jié)構(gòu)。
[0063] 由此，當(dāng)壓力作用于本實(shí)施例的壓力傳感器的承壓部件1時(shí)，彈性部件4被壓縮， 承壓部件1的堅(jiān)直部分12發(fā)生縱向位移，承壓部件1的堅(jiān)直部分12堅(jiān)直向下擠壓相對(duì)設(shè) 置的兩個(gè)摩擦發(fā)電部件3的第二發(fā)電部32中的第二高分子絕緣層321的固定端，使得空腔 61兩側(cè)的第一發(fā)電部31中的第一高分子聚合物絕緣層312與第二發(fā)電部32中的第二高分 子聚合物絕緣層321的接觸面積都逐漸增大，從而第二高分子聚合物絕緣層321和第一高 分子聚合物絕緣層312之間形成摩擦面，摩擦面相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的產(chǎn)生會(huì)使 第一電極層311和第二電極層322之間的電荷分布發(fā)生改變，從而導(dǎo)致第一電極層311和 第二電極層322之間出現(xiàn)電勢差。由于該電勢差的存在，自由電子將通過外電路由電勢低 的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。并且隨著壓力的增加，第二高分子聚 合物絕緣層321和第一高分子聚合物絕緣層312之間的摩擦面積增加，摩擦產(chǎn)生的靜電荷 增加，從而使得電路中的電流增加，電壓也相應(yīng)的增加。通過上述描述可知，與第二實(shí)施例 對(duì)比，本實(shí)施例中的壓力傳感器設(shè)有兩個(gè)摩擦發(fā)電部件3,使得摩擦面積擴(kuò)大一倍，靈敏度 也是第二實(shí)施例的兩倍。
[0064] 應(yīng)注意的是，本實(shí)施例中，第一電極層311和第二電極層322為壓力傳感器的電壓 和電流輸出電極，用于與外電路相連。通常具有導(dǎo)電性的材料層均可用作第一電極層311 和第二電極層322,例如：銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金；其中，金屬是金、 銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或1凡；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、 銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、 鑰合金、銀合金或鉭合金。
[0065] 此外，第一發(fā)電部31中的第一基層313和第二發(fā)電部32中的第二基層323為彈 性部件，可以為第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32提供彈性支撐，從而使第二發(fā)電部32可呈 現(xiàn)弧形狀態(tài)，優(yōu)選的是，第一基層313材料可為但不僅限于軟質(zhì)PVC，發(fā)泡聚氨酯、熱塑性彈 性體（TPE)硅橡膠，氟橡膠、PDMS等交聯(lián)聚合物；而第二基層323的材料可為但不僅限于碳 素鋼、低錳鋼、不銹鋼等合金材料。
[0066] 而本實(shí)施例中的第一高分子聚合物絕緣層312與第二高分子聚合物絕緣層321可 以分別選自聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素 薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯 薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生）海綿薄膜、聚氨酯 彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚丙烯酸 酯聚合物薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚異丁烯薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁 醛薄膜、甲醛苯酚縮聚物薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙 烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽中的任意一種。
[0067]當(dāng)然，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中描述的摩擦發(fā)電部件3 的具體結(jié)構(gòu)同樣適用于本實(shí)施例中。也即，例如摩擦發(fā)電部件3的第一發(fā)電部31中基層的 設(shè)置、第一發(fā)電部31和第二發(fā)電部32具體接觸面的設(shè)置方式、材料選擇范圍等同樣適用于 本實(shí)施例中。
[0068] 如圖14所示，其示出了本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。 本發(fā)明的外電路包括順次連接的電容器71、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)72和單片機(jī)73,其中， 電容器71與壓力傳感器內(nèi)部的摩擦發(fā)電部件3相連，用于收集摩擦發(fā)電部件3產(chǎn)生的電 量，具體來說，電容器71是與摩擦發(fā)電部件3中的第一電極層311和第二電極層322相連。
[0069] 進(jìn)一步，模數(shù)轉(zhuǎn)換器72與電容器71的輸出端相連接，用于將電容器71中的模擬 電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓值；而模數(shù)轉(zhuǎn)換器72的輸出端則連接有單片機(jī)73,本實(shí)施例中單片 機(jī)73分別與顯示屏74和輸出接口 75相連，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器72輸出的電壓值，并將其 通過輸出接口 75輸出給外部設(shè)備，以及控制顯示屏74進(jìn)行顯示。
[0070] 應(yīng)注意的是，本實(shí)施例中的電容器71可為但不僅限于聚四氟乙烯，聚苯乙烯， 聚丙烯等高聚物電容；單片機(jī)73可為但不僅限于MSP430, AVR，PIC，ARM7, Cortex M0， Cortex M3，MSC51等；輸出接口 75的電路可以選用不同電壓檔位的接口電路（0?5V、0? 10V、-5?+5V)、不同電流檔位的接口電路（0?10mA、4?20mA)、數(shù)字信號(hào)接口（I2C、SPI、 UART、USB)、無線接口（WIFI、Bluetooth、RF、Zigbee)，但不僅限于此。
[0071] 本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器利用摩擦發(fā)電的原理，通過載荷的變化，將 載荷的重量變化轉(zhuǎn)換為摩擦發(fā)電部件的接觸面積變化，利用摩擦接觸面積與輸出電壓的線 性關(guān)系，可以直觀的表征出載荷的重量。克服了傳統(tǒng)壓力電容器的易受靜電、電磁場干擾的 缺點(diǎn)，并且具有精度高，測量范圍廣，使用環(huán)境廣泛的優(yōu)點(diǎn)。
[0072] 下表中是根據(jù)本發(fā)明的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器的測試數(shù)據(jù)：
[0073]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，包括承壓部件（1)和底座（2)，其特征在于，承壓 部件（1)和底座（2)之間設(shè)置有摩擦發(fā)電部件（3)，摩擦發(fā)電部件（3)與外電路相連，當(dāng)壓力 作用于承壓部件（1)并使承壓部件（1)和底座（2)之間的距離改變時(shí)，摩擦發(fā)電部件（3)能 夠在外電路中產(chǎn)生用于顯示壓力變化的電量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，摩擦發(fā)電部件（3) 包括第一發(fā)電部（31)和第二發(fā)電部（32)，第一發(fā)電部（31)和第二發(fā)電部（32)相互接觸并 形成摩擦面，當(dāng)承壓部件（1)和底座（2)之間的距離改變時(shí)，該接觸形成的摩擦面的面積能 夠改變，進(jìn)而產(chǎn)生顯示壓力變化的電量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，承壓部件（1)和底 座（2 )正對(duì)設(shè)置，摩擦發(fā)電部件（3 )的第一發(fā)電部（31)平鋪在底座（2 )上，第二發(fā)電部（32 ) 的一端與第一發(fā)電部（31)固定連接，另一端活動(dòng)連接在承壓部件（1)的底面上，當(dāng)承壓部 件（1)與底座（2)之間的距離改變時(shí)，第一發(fā)電部（31)和第二發(fā)電部（32)的接觸面積發(fā)生 變化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，承壓部件（1)和底 座（2)之間通過多根導(dǎo)向桿（5)相連，導(dǎo)向桿（5)上套設(shè)有彈性部件（4)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，承壓部件（1) 上設(shè)置有平板狀的承壓面（13)，承壓面（13)與承壓部件（1)之間設(shè)置有多根支撐件（14)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，承壓部件（1)為T 字型結(jié)構(gòu)，包括水平部分（11)和堅(jiān)直部分（12)，底座（2)上設(shè)置有壁板（6)，壁板（6)中間 形成有容置承壓部件（1)的堅(jiān)直部分（12)的空腔（61 )，承壓部件（1)的堅(jiān)直部分（12)與壁 板（6)的空腔（61)的側(cè)壁之間設(shè)置有摩擦發(fā)電部件（3)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，摩擦發(fā)電部件（3) 的第一發(fā)電部（31)平鋪在壁板（6)中的空腔（61)的內(nèi)側(cè)壁上，第二發(fā)電部（32)的整體呈 弧形狀態(tài)，一端與第一發(fā)電部（31)固定連接，另一端活動(dòng)置放在壁板（6)的空腔（61)中，當(dāng) 承壓部件（1)的堅(jiān)直部分（12)在壁板（6)的空腔（61)中縱向移動(dòng)時(shí)，第一發(fā)電部（31)和 第二發(fā)電部（32)的接觸面積發(fā)生變化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，承壓部件（1)的水 平部分（11)上縱向設(shè)置有多根導(dǎo)向桿（5)，導(dǎo)向桿（5)上套設(shè)有彈性部件（4)，底座（2)上 的壁板（6)中形成有容置導(dǎo)向桿（5)的導(dǎo)向孔（63)，導(dǎo)向桿（5)能夠在壁板（6)上的導(dǎo)向孔 (63)中縱向移動(dòng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，承壓部件 (1)的堅(jiān)直部分（12)上設(shè)置有第一軌道（121)，壁板（6)上設(shè)置有第二軌道（62)，第一軌道 (121)和第二軌道（62)滑動(dòng)配合，使得承壓部件（1)的堅(jiān)直部分（12)能夠在壁板（6)的空 腔（61)內(nèi)縱向滑動(dòng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于， 第一發(fā)電部（31)包括第一電極層（311); 第二發(fā)電部（32)包括依次層疊設(shè)置的第二高分子聚合物絕緣層（321)、第二電極層 (322)和第二基層（323); 第一發(fā)電部（31)中的第一電極層（311)與第二發(fā)電部（32)中的第二高分子聚合物絕 緣層（321)相接觸形成摩擦面； 第一電極層（311)和第二電極層（322 )為摩擦發(fā)電部件（3 )的電壓和電流輸出電極。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于， 第一發(fā)電部（31)包括依次層疊設(shè)置的第一電極層（311)和第一高分子聚合物絕緣層 (312)； 第一發(fā)電部（31)中的第一高分子聚合物絕緣層（312)與第二發(fā)電部（32)中的第二高 分子聚合物絕緣層（321)相接觸形成摩擦面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于， 第一發(fā)電部（31)包括依次層疊設(shè)置的第一電極層（311)和第一高分子聚合物絕緣層 (312)； 第二發(fā)電部（32)包括依次層疊設(shè)置的第二電極層（322)和第二基層（323); 第一發(fā)電部（31)中的第一高分子聚合物絕緣層（312)與第二發(fā)電部（32)中的第二電 極層（322)相接觸形成摩擦面； 第一電極層（311)和第二電極層（322 )為摩擦發(fā)電部件（3 )的電壓和電流輸出電極。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于， 第二發(fā)電部（32)包括依次層疊設(shè)置的第二高分子聚合物絕緣層（321)、第二電極層 (322)和第二基層（323); 第一發(fā)電部（31)中的第一高分子聚合物絕緣層（312)與第二發(fā)電部（32)中的第二高 分子聚合物絕緣層（321)相接觸形成摩擦面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，第 一發(fā)電部（31)中設(shè)置有第一基層（313)，第一基層（313)設(shè)置在第一發(fā)電部（31)上遠(yuǎn)離第 二發(fā)電部（32)的一側(cè)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，第 一發(fā)電部（31)和第二發(fā)電部（32)的接觸面上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，第 二發(fā)電部（32)中的第二基層（323)為彈性部件，為第二發(fā)電部（32)的彎曲提供支撐。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1-15所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，外電路包括： 電容器（71)，與摩擦發(fā)電部件（3)相連，用于收集摩擦發(fā)電部件（3)產(chǎn)生的電量。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的基于摩擦發(fā)電的壓力傳感器，其特征在于，外電路還包括： 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（72)，用于將電容器（71)中的模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓值； 單片機(jī)（73)，與顯示屏（74)和輸出接口（75)相連，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器（72)輸出的電 壓值，并通過輸出接口（75)輸出，以及控制顯示屏（74)進(jìn)行顯示。
19. 一種壓力檢測裝置，其特征在于，包括上述權(quán)利要求1-18中描述的基于摩擦發(fā)電 的壓力傳感器和外電路，外電路包括： 電容器（71)，與摩擦發(fā)電部件（3)相連，用于收集摩擦發(fā)電部件（3)產(chǎn)生的電量； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（72)，用于將電容器（71)中的模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓值； 單片機(jī)（73)，與顯示屏（74)和輸出接口（75)相連，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器（72)輸出的電 壓值，并通過輸出接口（75)輸出，以及控制顯示屏（74)進(jìn)行顯示。
【文檔編號(hào)】G01L1/16GK104280162SQ201310294188
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】吳寶榮, 張濤, 梁宏增, 邱霄, 馬志海, 程馳 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司