[发明专利]双摩擦纳米发电机与磁耦合谐振式无线测速系统及方法

说明书

本发明公开了双摩擦纳米发电机与磁耦合谐振式无线测速系统及方法，包括摩擦纳米发电机一、摩擦纳米发电机二、磁耦合谐振式发射模块、磁耦合谐振式接收模块和信号采集与处理模块。本发明直接将待测速物体的机械能转化为电能为磁耦合谐振式发射模块提供能量，不需要外界提供电能；磁耦合谐振式发射模块的谐振信号通过线圈谐振耦合发送出去，磁耦合谐振式接收模块可以轻松接收到磁耦合谐振式发射模块的信号；当待测速物体依次通过摩擦纳米发电机一和摩擦纳米发电机二时，通过信号采集与处理模块可以计算接收到的衰减震荡信号时间差，且由于摩擦纳米发电机一和摩擦纳米发电机二的间距是固定的，所以待测速物体的速度很容易被测得，测速更精确。

技术领域

本发明属于无线测速技术领域，具体涉及一种以摩擦纳米发电机为能源的双摩擦纳米发电机与磁耦合谐振式无线测速系统及方法。

背景技术

随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们在使用有线网络的同时，还可以充分利用无线网络将事物连接起来。这就催生了物联网无线传感器网络，其主要应用于环境科学、智能家居环境、精准农业和新兴的空间探索领域。无线传感器网络的基本组成和功能包括以下几个单元：传感单元(由各类传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(由嵌入式系统组成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)和供电单元。

目前，无线传感器网络在交通监控系统中有着广泛的应用。控制交通流量和限速已成为交通监控实时监控系统的重要任务，比如提供摩托车行驶的实时信息。测量速度的方法有很多种。雷达和激光雷达等主动传感器计算入射频率和接收频率信号之间的时间差，以测量车辆的速度。红外探测和激光探测也是测量车速的方法，但这种方法对健康有害。此外，通过摄像头对连续视频图像进行分析，也是跟踪违法车辆行驶进度的常用方法。目前，模拟摄像机和光纤传输方式广泛应用于交通监控领域。显然，目前主流的智能交通监控系统价格昂贵，需要电池供电设备，无法及时处理违章行为，给社会和受害者造成了无法预料的损失。虽然这些技术可以应用于交通监控领域，但它们不仅需要电池为设备供电，而且价格昂贵，不符合当前绿色能源和可持续发展的发展战略。

摩擦纳米发电机，作为一种新型的纳米能源，可以将传感器周围的环境机械振动(走路，行驶车辆)转换为电能，具有体积小、成本低、性能高的优点。自供电无线测速系统和自供电无线识别系统是智能交通系统最早的发展方向。自供电无线传感的概念是当前研究和发展的热点。然而，这些类型的自功率传感器系统需要收集来自环境的能量，将其存储在能量存储设备中，然后通过电压调节器模块为无线传感器系统供电，使得信号传输会有很大的延迟。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种双摩擦纳米发电机与磁耦合谐振式无线测速系统及方法，结合摩擦纳米发电机新型纳米能源，直接将待测速物体的机械能转化为电能为磁耦合谐振式发射模块提供能量，不需要外界提供电能，而且采用磁耦合共振无线传输，在发射机(磁耦合谐振式发射模块)处包含频率信息的信号可以方便地通过磁共振耦合感应线圈(电感L1)无线传输到接收机(磁耦合谐振式接收模块)。

本发明双摩擦纳米发电机与磁耦合谐振式无线测速系统，包括摩擦纳米发电机一、摩擦纳米发电机二、磁耦合谐振式发射模块、磁耦合谐振式接收模块和信号采集与处理模块；所述的磁耦合谐振式发射模块为由电容C1和电感L1构成的RLC谐振电路；所述的磁耦合谐振式接收模块为由电容C2和电感L2构成的RLC谐振电路。摩擦纳米发电机一的两个电压信号输出端与摩擦纳米发电机二的两个电压信号输出端分别连接，摩擦纳米发电机二的两个电压信号输出端与电容C1的两端分别连接；电感L2的两端均与信号采集与处理模块连接。