[发明专利]摩擦电式运动传感器及测量方法

说明书

一种摩擦电式运动传感器及测量方法。所述摩擦电式运动传感器包括：槽型导轨(1)；定子结构(2)，自下往上包括基底(21)和金属电极层(22)，基底(21)设置在槽型导轨(1)的内底面上，金属电极层(22)包括N组金属电极对，每组金属电极对由两个交指金属电极组成，N组金属电极对沿其排列方向上错开设置，N≥3；滑块结构(3)，包括凸膜(31)和用于固定凸膜(31)的滑板(32)，滑板(32)相对于槽型导轨(1)移动，使得凸膜(31)与金属电极层(22)产生摩擦，以在每组金属电极对的两个交指金属电极之间产生交流信号。通过检测多组金属电极对输出的交流信号，可以同时测量传感器的位移、速度、加速度等参数，具有更高的分辨率。

技术领域

本公开涉及运动传感器技术领域，具体地，涉及一种摩擦电式运动传感器及测量方法。

背景技术

随着电子自动化技术的发展，开发结构简单、新原理的运动传感器受到越来越多的关注。传统运动传感器的制作工艺和结构组成比较复杂，成本较高。摩擦电式传感器扩大了材料选择的范围，简化了传感器结构，降低了成本。相关技术中摩擦电式传感器采用刚性接触，磨损量不易控制，使用寿命受到限制，并且传感器的分辨率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种摩擦电式运动传感器及测量方法，可以同时测量位移、速度、移动方向等参数，具有更高的分辨率。

(二)技术方案

本公开提供了一种摩擦电式运动传感器，包括：槽型导轨1；定子结构2，自下往上包括基底21和金属电极层22，所述基底21设置在所述槽型导轨1的内底面上，所述金属电极层22包括N组金属电极对，每组所述金属电极对由两个交指金属电极组成，所述N组金属电极对沿其排列方向上错开设置，N≥3；滑块结构3，包括凸膜31和用于固定所述凸膜31的滑板32，所述滑板32相对于所述槽型导轨1移动，使得所述凸膜31与所述金属电极层22产生摩擦，以在每组所述金属电极对的两个交指金属电极之间产生交流信号。

可选地，相邻的两组所述金属电极对沿其排列方向上错开的距离为所述交指金属电极的N分之一节距。

可选地，所述凸膜31包含周期性凸出分布的第一薄膜311，以及连接所述第一薄膜311的第二薄膜312，两个相邻的所述第一薄膜311之间的距离为所述交指金属电极的节距的两倍。

可选地，所述滑板32设置有周期分布的沟槽321，所述第一薄膜311嵌入设置在所述沟槽321中。

可选地，所述槽型导轨1中设置有狭缝11，所述滑板32的端面与所述狭缝11形成滑动副。

可选地，所述凸膜31由电负性材料组成，所述金属电极层22由电正性材料组成，所述基底21由绝缘材料组成。

可选地，所述金属电极层22上设置一个绝缘层，用于保护所述金属电极层22。

可选地，所述凸膜31的材质为柔性材料。

可选地，所述滑板32相对于所述槽型导轨1的移动为直线移动或旋转移动。

本公开还提供了一种如上所述的摩擦电式运动传感器的测量方法，包括：采集每组金属电极对的两个交指金属电极之间产生交流信号，并对所述交流信号进行放大；根据N组放大后的所述交流信号之间的相位关系，判断所述摩擦电式运动传感器中滑块结构3移动的方向，N为所述摩擦电式运动传感器中金属电极对的数量；根据N组放大后的所述交流信号与预设上限阈值和预设下限阈值之间的大小关系计算所述滑块结构3移动的位移；根据所述滑块结构3在相应时间内移动的位移计算所述滑块结构3移动的速度。

(三)有益效果

本公开提供的摩擦电式运动传感器及测量方法，具有以下有益效果：