[发明专利]一种基于摩擦纳米发电机与电磁感应的三维振动传感器

说明书

本发明提供一种基于摩擦纳米发电机与电磁感应的三维振动传感器，包括壳体、电磁感应装置、第一摩擦纳米发电装置和四个第二摩擦纳米发电装置，电磁感应装置包括柱状磁铁和铜线圈；第一摩擦纳米发电装置包括第一PTFE薄膜和第一铜电极，第一铜电极固定在柱状磁铁的下表面，第一PTFE薄膜位于第一铜电极正下方；各第二摩擦纳米发电装置均包括T型撞柱、圆弧叶片、第二PTFE薄膜和第二铜电极，T型撞柱连接圆弧叶片，第二PTFE薄膜与第二铜电极相对设置。本发明的有益效果：本发明分别通过第一摩擦纳米发电装置和四个第二摩擦纳米发电装置测量蜗轮钻具在三维方向的振动频率，以对蜗轮钻具进行实时监控，以便及时发现异常。

技术领域

本发明涉及三维振动传感器技术领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机与电磁感应的三维振动传感器。

背景技术

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。而涡轮钻具因在深井高温高压环境中性能优良，故其已逐渐取代传统的螺杆钻具。涡轮钻具在深井中工作时，通过对钻具振动信号的及时收集，有利于实时监测钻具井下的工况信息，以及时发现工作中的异常，并可及时调节钻具以维持其较为优良的工作状态。

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。传统的传感器在深井中使用时，一方面传统的传感器无法长期在高温和高压的环境下工作；另一方面传统的传感器还存在供电问题，即需通过电路或电池对传感器进行供电。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于摩擦纳米发电机与电磁感应的三维振动传感器。

本发明的实施例提供一种基于摩擦纳米发电机与电磁感应的三维振动传感器，包括壳体，及设置于所述壳体内部的电磁感应装置、第一摩擦纳米发电装置和四个第二摩擦纳米发电装置，所述电磁感应装置包括柱状磁铁和铜线圈，所述柱状磁铁可活动弹性连接在所述壳体上，所述铜线圈固定在所述柱状磁铁正下方；所述第一摩擦纳米发电装置包括第一PTFE薄膜和第一铜电极，所述第一铜电极固定在所述柱状磁铁的下表面，所述第一PTFE薄膜位于所述第一铜电极正下方且其与所述第一铜电极之间留有间隙；四所述第二摩擦纳米发电装置均匀分布在所述壳体内，且每一所述第二摩擦纳米发电装置均包括T型撞柱、圆弧叶片、第二PTFE薄膜和第二铜电极，所述T型撞柱位于所述柱状磁铁周围，且所述T型撞柱连接所述圆弧叶片，所述第二PTFE薄膜贴在所述圆弧叶片的外圆弧面上，所述第二铜电极为圆弧状，且所述第二铜电极安装在所述壳体内壁上，所述第二PTFE薄膜与所述第二铜电极相对设置且其与所述第二铜电极之间留有间隙，所述电磁感应装置用于产生电流以为所述三维振动传感器供电，所述第一摩擦纳米发电装置用于测量蜗轮钻具在竖直方向的振动频率，四所述第二摩擦纳米发电装置用于测量蜗轮钻具在水平方向和前后方向的振动频率。

进一步地，所述壳体包括内壳和外壳，所述外壳嵌套在所述内壳外部，且所述外壳位于所述内壳下方。

进一步地，每一所述T型撞柱的大头端均靠近所述柱状磁铁，其另一端穿过所述内壳连接在所述圆弧叶片的内圆弧面上。

进一步地，所述T型撞柱外套设有复位弹簧，且所述复位弹簧位于所述T型撞柱的大头端与所述内壳之间。

进一步地，所述内壳包括上端盖和下端盖，所述上端盖下方设有悬挂弹簧，所述悬挂弹簧一端固定在所述上端盖上，其另一端连接磁铁座，所述柱状磁铁固定在所述磁铁座上。

进一步地，所述下端盖纵截面为工字型，所述铜线圈缠绕在所述下端盖上，所述第一PTFE薄膜贴于所述下端盖的上表面且其位于所述铜线圈上方。

进一步地，四所述圆弧叶片均位于所述内壳与所述外壳之间，且四所述圆弧叶片均匀分布。