一種基于電磁?摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電磁?摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，包括：集成為一體的電磁發(fā)電機(jī)和摩擦納米發(fā)電機(jī)、無(wú)線發(fā)射裝置和接收裝置。利用電源管理電路將電磁發(fā)電機(jī)和摩擦納米發(fā)電機(jī)的電信號(hào)輸出匯聚在一起為無(wú)線發(fā)射裝置供電，車輛經(jīng)過(guò)產(chǎn)生的風(fēng)能會(huì)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生脈沖電流，無(wú)線發(fā)射裝置將電信號(hào)發(fā)射到接收裝置，接收裝置進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在偏遠(yuǎn)地區(qū)隧道和公路等長(zhǎng)期有效的車流量檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】
一種基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種車流量檢測(cè)器，特別是涉及將車輛經(jīng)過(guò)產(chǎn)生的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的不需外加電源的自驅(qū)動(dòng)車流量檢測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通擁堵已經(jīng)成為大中城市交通中的普遍現(xiàn)象，并且城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度落后于車輛增長(zhǎng)速度，截至2013年，全國(guó)汽車保有量為1.37億輛，近十年汽車年均增加1100多萬(wàn)輛，增長(zhǎng)量是2003年汽車數(shù)量的5.7倍，而城市道路每年僅增長(zhǎng)3-5%，交通安全形勢(shì)嚴(yán)峻，每年由于交通事故的發(fā)生造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]智能交通系統(tǒng)將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系，從而建立起一種大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合運(yùn)輸和管理系統(tǒng)，可以有效地綜合運(yùn)用于交通運(yùn)輸、服務(wù)控制和車輛制造，加強(qiáng)車輛、道路、使用者三者之間的聯(lián)系，減少交通事故的發(fā)生，降低能源消耗，減輕環(huán)境污染。
[0004]智能交通系統(tǒng)的有效運(yùn)行與車流量的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)有密不可分的聯(lián)系，目前的車流量檢測(cè)器都需要直接的電源供給，這產(chǎn)生了不必要的能源消耗以及環(huán)境污染，并且在安裝和維護(hù)上也存在較大的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及一種可以將車輛通過(guò)所產(chǎn)生的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，能夠在不需要電源的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)車流量的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)手段是:一種基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，由發(fā)電底座100和風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)200構(gòu)成；風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)200上的中軸220作為樞軸將風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)200插接在發(fā)電底座100之上，且風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)200的底端與發(fā)電底座100的塑料下板104固連；S卩:在風(fēng)力帶動(dòng)下，風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)200帶動(dòng)塑料上板105以中軸220為樞軸作相對(duì)于塑料下板104轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0007]發(fā)電底座100由集成為一體的電磁發(fā)電機(jī)和摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)成；
[0008]摩擦納米發(fā)電機(jī)的構(gòu)成為:覆置在塑料下板104上的第一電極層103為摩擦納米發(fā)電機(jī)的固定部，覆置在塑料上板105上的第二電極層101和摩擦層102構(gòu)成了摩擦納米發(fā)電機(jī)的活動(dòng)部；
[0009]電磁發(fā)電機(jī)的構(gòu)成為:覆置在塑料下板104上的線圈108和覆置在塑料上板105上的磁鐵107構(gòu)成了電磁發(fā)電機(jī)；
[0010]摩擦納米發(fā)電機(jī)和電磁發(fā)電機(jī)的電能由引出線引出供發(fā)射裝置109供電，并通過(guò)發(fā)射裝置109無(wú)線發(fā)射車流狀況電信號(hào)；
[0011]所述摩擦層102以及電極層103表面設(shè)置有微結(jié)構(gòu)陣列修飾；
[0012]所述檢測(cè)器在車輛經(jīng)過(guò)產(chǎn)生氣流的作用下，葉片210帶動(dòng)下，風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)的活動(dòng)部旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電能和脈沖信號(hào)經(jīng)發(fā)射器傳輸?shù)浇邮昭b置，實(shí)現(xiàn)對(duì)車流量的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0013]這樣，車輛通過(guò)時(shí)，風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)210帶動(dòng)塑料上板105旋轉(zhuǎn)，線圈108中的磁通量由于磁鐵107的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生變化，在線圈108中產(chǎn)生變化的電流，同時(shí)，由于第一電極層103和摩擦層102的摩擦，在第一電極層103和第二電極層101之間有脈沖電信號(hào)輸出，所述摩擦層102為接觸電極，第二電極層1I充當(dāng)背電極，產(chǎn)生的脈沖電信號(hào)經(jīng)過(guò)整流電路和發(fā)射裝置109進(jìn)行無(wú)線發(fā)射，接收裝置110進(jìn)行接收，并且對(duì)車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)車流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列有益效果:
[0015]1、本發(fā)明提供的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器采用最新的納米摩擦發(fā)電技術(shù)以及電磁感應(yīng)技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)造價(jià)昂貴，體積及質(zhì)量龐大的渦輪式風(fēng)能發(fā)電機(jī)，它在增強(qiáng)發(fā)電適用性，大大的降低成本的同時(shí)仍然能保持非常有益的功率的輸出。
[0016]2、本發(fā)明提供的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器采用電源管理電路，將摩擦納米發(fā)電機(jī)和電磁發(fā)電機(jī)的電信號(hào)輸出進(jìn)行整合。
[0017]3、采用具有一定機(jī)械強(qiáng)度、絕緣性能的高分子塑料作為基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器主要框架，成本低廉。
[0018]4、對(duì)于采用納米線陣列以及納米孔陣列作為摩擦納米發(fā)電機(jī)的接觸面，不但可以增加接觸面積，而且納米線外壁與導(dǎo)電面的滑動(dòng)增強(qiáng)發(fā)電機(jī)的摩擦起電效果，雜化了接觸起電效應(yīng)和摩擦起電效應(yīng)，從而大大地提高了發(fā)電機(jī)的輸出功率。
[0019]5、本發(fā)明的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備方法簡(jiǎn)單，對(duì)材料無(wú)特殊要求，可以實(shí)現(xiàn)在沒(méi)有電源的情況下對(duì)車流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0021 ]圖1為本發(fā)明車流量檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為實(shí)施例二在柔性塑料薄膜表面設(shè)置微結(jié)構(gòu)陣列修飾層的表面形貌經(jīng)50000倍放大后的掃描電子顯微鏡圖譜。
[0023]圖3為實(shí)施例二在金屬電極層表面設(shè)置微結(jié)構(gòu)陣列修飾層的表面形貌經(jīng)50000倍放大后的掃描電子顯微鏡圖譜。
[0024]圖4為電源管理的簡(jiǎn)易電路示意圖。
[0025]圖5、圖6和圖7分別為摩擦納米發(fā)電機(jī)部分、電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)部分和電源管理整流后的開(kāi)路電壓測(cè)量結(jié)果。
[0026]圖8、圖9和圖10分別為摩擦納米發(fā)電機(jī)部分、電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)部分和電源管理整流后的短路電流測(cè)量結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器的【具體實(shí)施方式】。
[0028]實(shí)施例一:
[0029]參見(jiàn)圖1，基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器包括覆置在塑料下板104上的第一電極層103和覆置在塑料上板105上的第二電極層101和摩擦層102，覆置在塑料下板104上的線圈108和覆置在塑料上板105上的磁鐵107，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)210，無(wú)線發(fā)射裝置109和接收裝置110。
[0030]塑料板105和104具有一定機(jī)械強(qiáng)度和厚度，車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)210帶動(dòng)塑料上板105旋轉(zhuǎn)，線圈108中的磁通量由于磁鐵107的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生變化，在線圈108中產(chǎn)生變化的電流，同時(shí)，由于第一電極層103和摩擦層102的摩擦，在第一電極層103和第二電極層101之間有脈沖電信號(hào)輸出，所述摩擦層102為接觸電極，第二電極層101充當(dāng)背電極，產(chǎn)生的脈沖電信號(hào)經(jīng)過(guò)電源管理電路和發(fā)射裝置109進(jìn)行無(wú)線發(fā)射，接收裝置110進(jìn)行接收，并且對(duì)車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)車流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0031 ]本發(fā)明的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器中，摩擦層102與第一電極層103可以完全接觸及滑動(dòng)后完全分開(kāi)，也可以部分接觸及滑動(dòng)后分開(kāi)，也就使其接觸面積發(fā)生不斷的變化。
[0032]本發(fā)明的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器利用了具有不同摩擦電極序的摩擦層材料接觸時(shí)發(fā)生表面電荷轉(zhuǎn)移的原理。本發(fā)明中所述的“摩擦電極序”，是指根據(jù)材料對(duì)電荷的吸引程度將其進(jìn)行的排序，兩種材料在相互接觸的瞬間，在接觸面上正電荷從摩擦電極序中極性較負(fù)的材料表面轉(zhuǎn)移至摩擦電極序中極性較正的材料表面。迄今為止，還沒(méi)有一種統(tǒng)一的理論能夠完整的解釋電荷轉(zhuǎn)移的機(jī)制，一般認(rèn)為，這種電荷轉(zhuǎn)移和材料的表面功函數(shù)相關(guān)，通過(guò)電子或者離子在接觸面上的轉(zhuǎn)移而實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。需要說(shuō)明的是，摩擦電極序只是一種基于經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，即兩種材料在該序列中相差越遠(yuǎn)，接觸后所產(chǎn)生電荷的正負(fù)性和該序列相符合的幾率就越大，而且實(shí)際的結(jié)果受到多種因素的影響，比如材料表面粗糙度、環(huán)境濕度和是否有相對(duì)摩擦等。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果兩種材料在摩擦電極序中處于較接近的位置，接觸后電荷分布的正負(fù)性可能并不符合該序列的預(yù)測(cè)。需要進(jìn)一步說(shuō)明是，電荷的轉(zhuǎn)移并不需要兩種材料之間的相對(duì)摩擦，只要存在相互接觸即可，因此，從嚴(yán)格意義上講，摩擦電極序的表述是不準(zhǔn)確的，但由于歷史原因而一直沿用至今。
[0033]本發(fā)明中所述的“接觸電荷”，是指在兩種摩擦電極序極性存在差異的材料在接觸并分離后其表面所帶有的電荷，一般認(rèn)為，該電荷只分布在材料的表面，分布最大深度不過(guò)約為10納米。研究發(fā)現(xiàn)，該電荷能夠保持較長(zhǎng)的時(shí)間，根據(jù)環(huán)境中濕度等因素，其保持時(shí)間在數(shù)小時(shí)甚至長(zhǎng)達(dá)數(shù)天，而且其消失的電荷量可以通過(guò)再次接觸得以補(bǔ)充，因此，本發(fā)明人認(rèn)為，在本發(fā)明中接觸電荷的電量可以近似認(rèn)為保持恒定。需要說(shuō)明的是，接觸電荷的符號(hào)是凈電荷的符號(hào)，即在帶有正接觸電荷的材料表面的局部地區(qū)可能存在負(fù)電荷的聚集區(qū)域，但整個(gè)表面凈電荷的符號(hào)為正。
[0034]本發(fā)明的車流量檢測(cè)器中，摩擦層和第一電極層的材料選擇，只要滿足:摩擦層材料與第一電極層材料存在摩擦電極序差異。本發(fā)明的發(fā)電機(jī)相當(dāng)于第一電極層103、摩擦層102和第二電極層101形成摩擦納米發(fā)電單元。
[0035]所述的摩擦納米發(fā)電單元工作原理說(shuō)明:摩擦層102和第一電極層103是兩種存在摩擦電極序差的材料，風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)210帶動(dòng)塑料上板105轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，摩擦層102和第一電極層103相互接觸，在接觸時(shí)發(fā)生表面電荷轉(zhuǎn)移，形成一層表面接觸電荷。由于摩擦層102和第一電極層103的材料在摩擦電極序中的位置不同，第一電極層103表面產(chǎn)生正電荷，而摩擦層102表面產(chǎn)生負(fù)電荷，兩種電荷的電量大小相同，因此在第一電極層103和第二電極層101之間沒(méi)有電勢(shì)差，也就沒(méi)有電荷流動(dòng)。一旦轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦層102和第一電極層103發(fā)生相對(duì)位移，此時(shí)由第二電極層101和摩擦層102所構(gòu)成的整體具有凈剩負(fù)電荷，而第一電極層103具有凈剩正電荷，因此在第一電極層103和第二電極層101之間產(chǎn)生了電勢(shì)差。為平衡該電勢(shì)差，電子通過(guò)外接導(dǎo)線由第二電極層101流入第一電極層103，從而在外電路產(chǎn)生由第一電極層到第二電極層的瞬時(shí)電流，當(dāng)摩擦層102與第一電極層103完全分開(kāi)，二者的電荷都達(dá)到平衡，在第一電極層103和第二電極層101之間沒(méi)有電勢(shì)差，在外電路也就沒(méi)有電流產(chǎn)生。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦層102和第一電極層103又相互接觸，由于摩擦層102與第一電極層103接觸面積變大，摩擦層102表面的負(fù)電荷對(duì)第一電極層103中負(fù)電荷的排斥作用增強(qiáng)，由此導(dǎo)致第一電極層103和第二電極層101之間的電勢(shì)差減小。為進(jìn)一步平衡該電勢(shì)差，電子通過(guò)外電路由第一電極層103流入第二電極層101，從而在外電路產(chǎn)生與第一次方向相反的瞬時(shí)電流。當(dāng)摩擦層102與第一電極層103完全接觸，重復(fù)上面步驟的情形。由此可見(jiàn)，當(dāng)外力(風(fēng)力作用)作用于基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器時(shí)，會(huì)促使轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)摩擦層102和第一電極層103的不斷接觸和分離兩個(gè)過(guò)程，分別產(chǎn)生方向相反的脈沖電流，實(shí)現(xiàn)在第一電極層103和第二電極層1I之間的脈沖發(fā)電。
[0036]絕緣體材料，例如常規(guī)的高分子聚合物都具有摩擦電特性，均可以作為制備本發(fā)明摩擦層102的材料，此處列舉一些常用的高分子聚合物材料:聚四氟乙烯，聚二甲基硅氧烷，聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹(shù)脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、再生纖維海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、酚醛樹(shù)脂薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)薄膜或聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。限于篇幅的原因，并不能對(duì)所有可能的材料進(jìn)行窮舉，此處僅列出幾種具體的聚合物材料從人們參考，但是顯然這些具體的材料并不能成為本發(fā)明保護(hù)范圍的限制性因素，因?yàn)樵诎l(fā)明的啟示下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)這些材料所具有的摩擦電特性很容易選擇其他類似的材料。
[0037]相對(duì)于絕緣體，半導(dǎo)體和金屬均具有容易失去電子的摩擦電特性，在摩擦電極序的列表中常位于末尾處。因此，半導(dǎo)體和金屬也可以作為制備第一電極層103的原料。常用的半導(dǎo)體包括:硅、鍺;第m和第V族化合物，例如砷化鎵、磷化鎵等;第π和第VI族化合物，例如硫化鎘、硫化鋅等；以及由m - V族化合物和π -Vi族化合物組成的固溶體，例如鎵鋁砷、鎵砷磷等。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。非導(dǎo)電性氧化物、半導(dǎo)體氧化物和復(fù)雜氧化物也具有摩擦電特性，能夠在摩擦過(guò)程形成表面電荷，因此也可以用來(lái)作為本發(fā)明的摩擦層，例如錳、鉻、鐵、銅的氧化物，還包括氧化硅、氧化錳、氧化絡(luò)、氧化鐵、氧化銅、氧化鋅、B12和Υ2θ3;常用的金屬包括金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、鈦、絡(luò)或砸，以及由上述金屬形成的合金。當(dāng)然，還可以使用其他具有導(dǎo)電特性的材料充當(dāng)容易失去電子的摩擦層材料，例如銦錫氧化物ΙΤ0。
[0038]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摩擦層102與第一電極層103材料的得電子能力相差越大(即在摩擦電極序中的位置相差越遠(yuǎn))時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)越強(qiáng)。所以，可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇合適的材料來(lái)制備摩擦層102和第一電極層103以獲得更好的輸出效果。
[0039]本發(fā)明的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器中，摩擦層102和第一電極層103的厚度無(wú)特別要求，本發(fā)明中優(yōu)選為0.01-0.05毫米。
[0040]本發(fā)明的車流量檢測(cè)器中，對(duì)摩擦層102的下表面和第一電極層103的上表面進(jìn)行物理改性，使其表面具有微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)或者納米材料的點(diǎn)綴或涂層。所述微結(jié)構(gòu)可以選自納米線、納米管、納米顆粒、納米溝槽、微米溝槽、納米錐、微米錐、納米球、納米孔和微米球狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選為在摩擦層102的表面、第一電極層103的表面包括上述微結(jié)構(gòu)形成的陣列。
[0041]所述的電磁發(fā)電單元工作原理說(shuō)明:風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)210帶動(dòng)塑料上板105轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)磁鐵107位于線圈108正上方時(shí)，線圈108中的磁通量達(dá)到最大，線圈中沒(méi)有電路產(chǎn)生，當(dāng)磁鐵107與線圈108的相對(duì)位置發(fā)生變化，線圈108中的磁通量發(fā)生改變，產(chǎn)生呈正弦波形的電流。
[0042]本發(fā)明的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器中，制備磁鐵107的材料可以選擇欽鐵棚，鐵氧體，招銀鉆，衫鉆，鐵碳招等材料，線圈108的材料可以選擇導(dǎo)電性好的金屬和合金材料，例如:銅、鋁、鋁合金和銀等。
[0043]本發(fā)明的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備方法簡(jiǎn)單，對(duì)材料無(wú)特殊要求，在實(shí)際使用中，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的固定和封裝，即可應(yīng)用在公路和隧道中對(duì)車流量進(jìn)行檢測(cè)，具有廣泛的實(shí)際用途。
[0044]實(shí)施例二:
[0045]具體介紹本實(shí)施例中車流量檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)圖1，摩擦層102采用納米陣列表面修飾的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜材料，其厚度為25-50微米，在聚四氟乙烯材料的另一面鍍上銅膜作為第二電極層101，第一電極層103采用納米孔陣列表面修飾的鋁箔材料，其厚度為20-50微米，以厚度為500-1000微米的高分子聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為塑料104、105和風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)210的材料，磁鐵107采用釹鐵硼材料，線圈108采用銅漆包線材質(zhì)；
[0046]本實(shí)施例中，檢測(cè)器各部分的材料選擇與實(shí)施例一中的相同，在這里不再?gòu)?fù)述，檢測(cè)器的工作原理與實(shí)施例一中的也相同。
[0047]實(shí)施例三:
[0048 ]本發(fā)明各實(shí)施例的發(fā)電機(jī)部分輸出的初始電信號(hào)為交流脈沖電信號(hào)，經(jīng)過(guò)整流電路后變成直流信號(hào)，整流電路如圖4所示，摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出電信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器、整流橋后變?yōu)橹绷麟娦盘?hào)，電磁發(fā)電機(jī)的輸出電信號(hào)經(jīng)過(guò)整流橋直接變成直流電信號(hào)，并聯(lián)兩個(gè)發(fā)電機(jī)得到總的電信號(hào)輸出為無(wú)線發(fā)射器供電。
[0049]在轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)每分鐘的情況下，對(duì)本實(shí)施例中的摩擦納米發(fā)電機(jī)部分、電磁發(fā)電機(jī)部分以及經(jīng)過(guò)電源管理后的輸出進(jìn)行了開(kāi)路電壓和短路電流的測(cè)量，結(jié)果分別如圖5-7和圖8-10所示，圖5-7為摩擦納米發(fā)電機(jī)部分、電磁發(fā)電機(jī)部分以及經(jīng)過(guò)電源管理后的開(kāi)路電壓測(cè)量結(jié)果，圖8-10為摩擦納米發(fā)電機(jī)部分、電磁發(fā)電機(jī)部分以及經(jīng)過(guò)電源管理后的短路電流測(cè)量結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看到，經(jīng)過(guò)電源管理后，摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出電壓從240伏下降到7伏，但是輸出電流卻得到了提高，電源管理后總的輸出電壓為7伏，短路電流為11毫安，足以為無(wú)線發(fā)射裝置提供充足的供電。
[0050]實(shí)施例四:
[0051]本實(shí)施例中，在第三實(shí)施例的基礎(chǔ)上，將檢測(cè)器運(yùn)用到對(duì)車流量的檢測(cè)中。發(fā)電機(jī)部分直徑為10厘米，高為15厘米，無(wú)線發(fā)射裝置長(zhǎng)和寬為5厘米，高為3厘米，無(wú)線接收裝置長(zhǎng)為8厘米，寬為5厘米，高為4厘米，用一個(gè)風(fēng)機(jī)來(lái)模擬汽車通過(guò)時(shí)所產(chǎn)生的風(fēng)，該車流量檢測(cè)器可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量風(fēng)機(jī)吹動(dòng)風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)的次數(shù)。
[0052]本發(fā)明各實(shí)施例的發(fā)電機(jī)部分初始輸出的電信號(hào)為交流脈沖電信號(hào)，可以在發(fā)電機(jī)的輸出端連接變壓器和全橋整流器，將發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)整流為直流脈沖電信號(hào)來(lái)為無(wú)線發(fā)射裝置進(jìn)行供電。
[0053]發(fā)明人的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明各實(shí)施例的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器的發(fā)電機(jī)部分在實(shí)際工作當(dāng)中，外加負(fù)載的電阻值對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出功率有很大的影響。隨著負(fù)載電阻值的增大，負(fù)載兩端的電壓增大，通過(guò)負(fù)載的電流減小，而實(shí)際輸出功率先增大后減小，并出現(xiàn)極大值。需要說(shuō)明的是，本文中使用的“輸出功率”，是指脈沖電流的極大值和在負(fù)載兩端形成的脈沖電壓的極大值的乘積，即瞬時(shí)極大功率。
[0054]本發(fā)明的車流量檢測(cè)器的發(fā)電機(jī)部分的輸出功率除了受到外界環(huán)境因素，包括風(fēng)力的大小，外加負(fù)載的電阻值等影響外，還受到納米摩擦風(fēng)能發(fā)電機(jī)本身的設(shè)計(jì)和制造，包括摩擦層和電極層材料的選擇，以及各部分的尺寸大小，和摩擦層材料表面的物理和化學(xué)性質(zhì)的影響，電磁發(fā)電機(jī)的本身的設(shè)計(jì)和制造，包括磁鐵的大小、材料以及線圈的大小、材料和匝數(shù)的影響。
[0055]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，其特征在于，由發(fā)電底座(100)和風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)(200)構(gòu)成;風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)(200)上的中軸(220)作為樞軸將風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)(200)插接在發(fā)電底座(100)之上，且風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)的底端與發(fā)電底座的塑料下板(104)固連；SP:在風(fēng)力帶動(dòng)下，風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)(200)帶動(dòng)塑料上板(105)以中軸(220)為樞軸作相對(duì)于塑料下板(104)轉(zhuǎn)動(dòng)； 發(fā)電底座由集成為一體的電磁發(fā)電機(jī)和摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)成； 摩擦納米發(fā)電機(jī)的構(gòu)成為:覆置在塑料下板(104)上的第一電極層(103)為摩擦納米發(fā)電機(jī)的固定部，覆置在塑料上板(105)上的第二電極層(101)和摩擦層(102)構(gòu)成了摩擦納米發(fā)電機(jī)的活動(dòng)部； 電磁發(fā)電機(jī)的構(gòu)成為:覆置在塑料下板(104)上的線圈(108)和覆置在塑料上板(105)上的磁鐵(107)構(gòu)成了電磁發(fā)電機(jī)； 摩擦納米發(fā)電機(jī)和電磁發(fā)電機(jī)的電能由引出線引出供發(fā)射裝置(109)供電，并通過(guò)發(fā)射裝置無(wú)線發(fā)射車流狀況電信號(hào)； 所述摩擦層(102)以及第一電極層(103)表面設(shè)置有微結(jié)構(gòu)陣列修飾； 所述檢測(cè)器在車輛經(jīng)過(guò)產(chǎn)生氣流的作用下，葉片(210)帶動(dòng)下，風(fēng)力轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)的活動(dòng)部旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電能和脈沖信號(hào)經(jīng)發(fā)射器傳輸?shù)浇邮昭b置，實(shí)現(xiàn)對(duì)車流量的實(shí)時(shí)檢測(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，其特征在于，所述覆置在塑料襯底上的摩擦層材料與相鄰摩擦層的導(dǎo)電材料之間存在電極序差異。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，其特征在于，所述電極層材料微結(jié)構(gòu)陣列為金屬材料的納米孔陣列。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，其特征在于，所述電極材料微結(jié)構(gòu)陣列的高度或深度為200納米至2微米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，其特征在于，所述摩擦層微結(jié)構(gòu)陣列為高分子材料的納米線、納米錐、納米棒陣列。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，其特征在于，所述絕緣材料微結(jié)構(gòu)陣列的高度或深度為200納米至2微米。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，其特征在于，所述摩擦層和電極層的厚度優(yōu)選為0.01-0.05毫米。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁-摩擦雜化納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)無(wú)線車流量檢測(cè)器，其特征在于，所述電能由引出線引出后通過(guò)電源管理電路向發(fā)射裝置(109)供電。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK106056904SQ201610459384
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】楊維清, 張彬彬, 靳龍, 張磊, 張海濤, 朱旻昊
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)