[发明专利]利用摩擦发电测量物体运动参数的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于运动的测量技术领域，具体涉及利用摩擦发电来测量物体运动参数的方法和装置。 

背景技术

排在摩擦电序中不同位置的两种材料，由于保持电子（电荷）的能力不同，相互摩擦时，会由于电荷的转移而分别带上正电和负电。基于此原理可制作摩擦纳米发电机，其采用纳米材料作为摩擦材料。根据摩擦面的接触方式不同，摩擦纳米发电机又被分为接触-分离式摩擦纳米发电机和滑动式摩擦纳米发电机。然而，现有的摩擦纳米发电机都是直接利用机械能通过摩擦转换的电能以对外部器件进行供电，对摩擦纳米发电机的输出电信号的变化不进行分析和应用。 

现有的测量物体运动参数的设备常见的有GPS、测速雷达，无线基站定位等等，多基于陀螺仪，多普勒效应，电磁波的发射和接收等原理。但是它们需要外部供电，不能做到自驱动。另外现有的广泛应用的测量物体运动参数的设备多针对宏观上较大尺度，较少针对小尺度。 

发明内容

（一）要解决的技术问题 

本发明所要解决的技术问题是现有的广泛应用的测量物体运动参数的设备多针对宏观上较大尺度，较少针对小尺度，需要外部供电，不能做到自驱动。 

（二）技术方案 

为解决上述技术问题，本发明的一个方面是提出一种测量物体在一维方向上运动参数的装置，包括一个滑动件、至少两个固定件，所述至少两个固定件在一个指定的被测方向上排列并被固定，所述滑动件（101）能够在所述被测方向上运动并分别与所述至少两个固定件产生滑动摩擦，所 述滑动件和所述至少两个固定件均包括摩擦层，所述滑动件的摩擦层与所述至少两个固定件的摩擦层由具有不同摩擦电序的材料构成；所述滑动件与所述至少两个固定件之间产生的电信号的幅度不相等。 

根据本发明该方面的一种具体实施方式，所述各摩擦层的不作为滑动摩擦面的一面均连接有一个导电层；或者，所述滑动件、所述至少两个固定件中至少一个的摩擦层的材料为导电材料，由导电材料构成的摩擦层直接作为导电层，不连接其他导电层，并且所述滑动件与所述至少两个固定件之间产生的电信号是指所述滑动件的导电层与所述至少两个固定件之间的导电层之间产生的电信号。 

根据本发明该方面的一种具体实施方式，所述至少两个固定件的摩擦层采用相同摩擦电序的材料，但是滑动摩擦面积不同；或者，所述至少两个固定件的摩擦层具有相同的滑动摩擦面积，但由不同摩擦电序的材料构成。 

根据本发明该方面的一种具体实施方式，所述至少两个固定件的摩擦层采用相同摩擦电序的材料，所述滑动件、所述至少两个固定件均为矩形条，各矩形条具有相等的宽度，且各矩形条的长度方向垂直于指定的测量方向，并且，所述至少两个固定件的长度不同，所述滑动件的长度大于所述至少两个固定件中的任一个。 

根据本发明该方面的一种具体实施方式，所述固定件多于两个，各固定件与所述滑动件的滑动摩擦面积或其摩擦层的摩擦电序在所述指定测量方向上不呈对称分布。 

本发明的另一个方面是提出一种测量物体在一维方向上运动参数的方法，包括如下步骤：将被测物体固定在一个滑动件上；将至少两个固定件在一个指定的被测方向上排列并固定，所述滑动件能够在所述被测方向上运动并分别与所述至少两个固定件产生滑动摩擦，所述滑动件和所述至少两个固定件均包括摩擦层，所述滑动件的摩擦层与所述至少两个固定件的摩擦层由具有不同摩擦电序的材料构成；各固定件与所述滑动件的滑动摩擦面积或其摩擦层的摩擦电序在所述指定测量方向上不呈对称分布；测量所述滑动件与所述至少两个固定件之间产生的电信号，并根据该电信号获得所述被测物体的运动方向。 

根据本发明该方面的一种具体实施方式，还包括：根据所述电信号获得所述滑动件滑动至所述至少两个固定件的时刻，结合所述至少两个固定件之间的间距，获得所述被测物体在所述被测方向上的速度。 

根据本发明该方面的一种具体实施方式，所述固定件多于两个，所述方法还包括：根据所测量的滑动件在多个固定件之间的速度来计算所述被测物体的加速度。 

本发明的另一个方面是提出一种测量物体在一维方向上运动参数的装置，其特征在于，包括一个滑动件和一个梳状固定件，所述滑动件呈现条状，所述梳状固定件包括一个平行于指定被测方向的侧边和从侧边垂直伸出的多个条状梳齿，所述滑动件和所述梳状固定件均包括摩擦层，所述滑动件的摩擦层与所述至梳状固定件的摩擦层由具有不同摩擦电序的材料构成；所述滑动件与所述梳状固定件之间产生的电信号的幅度不相等。