[发明专利]一种基于摩擦伏特效应的压力传感装置及其应用

说明书

本发明涉及压力传感器技术领域，特别是涉及一种基于摩擦伏特效应的压力传感装置及其应用。本发明采用平行设置的上板和下板构成框架，通过上板感应压力作用，使传动支架将施加在上板的压力转化到平行于下板方向，并通过设置在传动支架和框架之间的摩擦伏特纳米发电组件，使传动支架带动半导体片在导电金属片上摩擦，这样基于摩擦伏特效应产生电能，既对压力传感装置供电、又用于反映压力大小，实现自供电和压力传感；同时由于摩擦伏特纳米发电组件采用了半导体片和导电金属片，其优异性能也保证了本发明在高温高湿环境中能够正常工作。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，特别是涉及一种基于摩擦伏特效应的压力传感装置及其应用。

背景技术

自物联网(IoT)和大数据诞生以来，它们相辅相成，在医疗保健、智能家具、交通、自然环境和人文环境等领域的应用对人类的生活质量有着显著提升。而能够实现实时数据采集的机械传感器则在物联网和大数据时代下有着不可替代的作用。虽然目前商用的机械传感器有着优越的性能，但是从成本、便携性等方面考虑还是有可提高的地方。例如，MEMS压力传感器在汽车电子(如汽车刹车系统工期压力传感器)、消费电子(如太阳能热水器用液位控制压力传感器)以及工业电子(如数字压力表)方面应用广泛。但是这些报道的压力传感器都需要外部电源供电，无法实现自驱动。如果机械传感器能够实现自供电，即从机械传感器对应的应用环境中获得驱动传感器的能量，那么这将会对传感器的便携性、成本等方面产生进一步改善。另一方面，现有的机械传感器的工作环境要求较严苛，高温高湿环境下、易出现功能异常。

发明内容

基于此，有必要针对现有机械传感器不能自供电、高温高湿环境下易出现功能异常的问题，提供一种基于摩擦伏特效应的压力传感装置及其应用。

本发明采用以下技术方案实现：

第一方面：

本发明公开了一种基于摩擦伏特效应的压力传感装置，包括框架、伸缩弹簧、至少一组传动支架、摩擦伏特纳米发电组件、电信号处理模块；框架包括平行设置的上板和下板，上板用于感知压力；伸缩弹簧连接在上板和下板之间，用于对上板进行支撑和复位；传动支架设置在上板和下板之间，用于将施加在上板的压力转化到平行于下板方向；传动支架为两根杆件构成的交叉杆架，中段通过安装轴铰接、并形成可开合结构；交叉杆架对上板移动进行导向；交叉杆架其中一个顶端与上板铰接、其中一个底端与下板铰接，该顶端和底端位于不同根杆件上；交叉杆架另一个顶端或/和另一个底端铰接有移动块；摩擦伏特纳米发电组件设置在交叉杆架和框架之间；摩擦伏特纳米发电组件包括电极、半导体片、导电金属片；电极设置在移动块上；半导体片被电极覆盖住，半导体片一端伸出电极；导电金属片设置在框架上、并贴着半导体片伸出电极的一端；上板受到压力作用，使交叉杆架带动半导体片在导电金属片上摩擦，并基于摩擦伏特效应产生电能，既对压力传感装置供电、又用于反映压力大小；电信号处理模块与摩擦伏特纳米发电组件连接，用于采集处理电能的电信号；电信号处理模块根据预设线性关系函数确定当前电信号所对应的压力。

该基于摩擦伏特效应的压力传感装置的实现根据本公开的实施例的方法或过程。

第二方面：

本发明还公开了另一种基于摩擦伏特效应的压力传感装置，包括框架、弹簧杆、至少一组传动支架、摩擦伏特纳米发电组件、电信号处理模块；