[发明专利]一种高灵敏度自供电加速度传感器及其制备方法

说明书

一种高灵敏度自供电加速度传感器，包括绝缘外壳和设置于绝缘外壳内的传感系统，传感系统包括第一电极层、第二电极层、第一摩擦层、第二摩擦层；的第一电极层附着在第一摩擦层的下表面，第一电极层的下表面设有第一电极引线点及由第一电极引线点向外引出的第一导线；第二电极层附着在第二摩擦层的上表面，第二电极层的上表面设有第二电极引线点及由第二电极引线点向外引出的第二导线；第二电极层的上表面连接有绝缘层，绝缘层的上方设置有质量块；第一摩擦层和第二摩擦层均呈拱状且方向相反，第一摩擦层上附着有正电序列摩擦层，第二摩擦层与正电序列摩擦层的电序列相反并在质量块的带动下可与正电序列摩擦层接触分离。

技术领域

本发明涉及自供电加速度传感器技术领域，特别是一种高灵敏度自供电加速度传感器及其制备方法。

背景技术

加速度传感器是一种测量加速度的装置，在卫星、生物医学设备、大型机械结构测试、安全气囊、地震监测等领域发挥着重要作用。根据不同的原理加速度传感器可以分为不同的类型，常见的传感器有电容式加速度传感器、压阻式加速度传感器和压电式加速度传感器等。其中电容式加速度传感器和压阻式加速度传感器需要外部供电才能正常工作，很大程度上降低了它们的应用范围。压电传感器虽然能实现自供电，但输出的电信号很小，容易受到环境噪声的影响。基于上述存在的问题，基于摩擦发电效应的自供电加速度传感器被广泛的研究。实践证明，由于自身的结构和现有工艺的缺陷，现有的基于摩擦发电效应的自供电加速度传感器普遍存在下述问题：其一，现有的基于摩擦发电效应的自供电加速度传感器的灵敏度较低且输出功率小；其二，现有的基于摩擦发电效应的自供电加速度传感器制作难度大，不能进行大规模生产；其三，现有的基于摩擦发电效应的自供电加速度传感器普遍采用弹簧结构，增大了成本且占用空间。

发明内容

本发明提供了一种灵敏度高、功率密度大、抗冲击能力强、具有可穿戴性、高稳定性、良好的稳定性和一致性的高灵敏度自供电加速度传感器。

本发明还提供了一种器件制作工艺简单、成本低，能实现大规模生产以及自供电特性的高灵敏度自供电加速度传感器制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种高灵敏度自供电加速度传感器，其特征在于：包括绝缘外壳和设置于绝缘外壳内的传感系统，所述传感系统包括第一电极层、第二电极层、第一摩擦层、第二摩擦层；

所述的第一电极层附着在第一摩擦层的下表面，第一电极层的下表面设有第一电极引线点及由第一电极引线点向外引出的第一导线；所述第二电极层附着在第二摩擦层的上表面，第二电极层的上表面设有第二电极引线点及由第二电极引线点向外引出的第二导线；所述第二电极层的上表面连接有绝缘层，所述绝缘层的上方设置有质量块；

所述第一摩擦层和第二摩擦层均呈拱状且方向相反，所述第一摩擦层上附着有正电序列摩擦层，所述第二摩擦层与正电序列摩擦层的电序列相反并在质量块的带动下可与正电序列摩擦层接触分离。

进一步，所述第一摩擦层和第二摩擦层采用强力胶带相连呈拱状，通过胶带的恢复张力实现两层之间的接触与分离，替代了传统的弹簧结构，节约了制备成本，降低器件结构的复杂度。

进一步，所述的第一摩擦层和第二摩擦层采用绝缘型柔性薄膜，具有强大的抗机械冲击能力，进而提高传感器的使用寿命，并具有良好的光学特性。

进一步，所述绝缘型柔性薄膜采用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯或聚乙烯。

进一步，所述正电序列摩擦层材料采用聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺或蚕丝蛋白。

进一步，所述正电序列摩擦层通过喷涂技术喷涂于第一摩擦层上。第一摩擦层附着的正电序列摩擦层，通过操作简单、成本低廉的喷涂技术制得，可实现本发明传感器的大规模生产。

进一步，所述绝缘外壳的两侧均设置有通孔，所述第一导线和第二导线分别从相应的通孔内穿出与外部电路连接。