一種自驅(qū)動警示裝置和救生標(biāo)簽的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種自驅(qū)動警示裝置和救生標(biāo)簽。所述自驅(qū)動警示裝置包含至少一個警示模塊和納米發(fā)電機；其中所述納米發(fā)電機用于將機械能轉(zhuǎn)化成電能，并向所述警示模塊提供驅(qū)動電源，所述警示模塊在所述納米發(fā)電機的驅(qū)動下發(fā)出警示信息。所述救生標(biāo)簽由所述自驅(qū)動警示裝置構(gòu)成，所述警示模塊為發(fā)聲或發(fā)光設(shè)備，如LED燈、揚聲器等。所述LED燈包括多個排列成救生圖案的LED燈，且所述救生標(biāo)簽制作在衣服上，可通過使衣服發(fā)生形變而點亮所述多個LED燈。本實用新型公開的上述方案，能夠解決電子救生標(biāo)簽在電能耗盡的情況下不能工作的問題。
【專利說明】一種自驅(qū)動警示裝置和救生標(biāo)簽
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及納米發(fā)電機技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及到一種能夠?qū)C械能轉(zhuǎn)化成電能進(jìn)而驅(qū)動的警示裝置和救生標(biāo)簽。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)人們在突發(fā)事件中陷入困境需要求助的時候，需要利用一些工具來發(fā)出求救信號。比如用手機呼救、用手電筒引起路人注意等等。但是很多工具需要電源，而大多時候的危急情況下電子設(shè)備很可能沒電。
[0003]氧化鋅具有壓電效應(yīng)，即氧化鋅納米線在發(fā)生形變時，會在兩端產(chǎn)生極化電勢。這就相當(dāng)于一個電池，若將氧化鋅納米線兩端接上LED燈，則可以利用機械能轉(zhuǎn)化為電能來點亮LED燈。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的主要目的是制作一種不需要傳統(tǒng)電源驅(qū)動的可發(fā)光的救生標(biāo)簽。
[0005]本實用新型公開了一種自驅(qū)動警示裝置，其包括:至少一個警示模塊和納米發(fā)電機；其中所述納米發(fā)電機用于將機械能轉(zhuǎn)化成電能，并向所述警示模塊提供驅(qū)動電源，所述警示模塊在所述納米發(fā)電機的驅(qū)動下發(fā)出警示信息；所述納米發(fā)電機為壓電納米發(fā)電機，包括上電極、納米線陣列和下電極，所述納米線陣列垂直生長在上電極和下電極之間。
[0006]本實用新型還公開了一種自驅(qū)動警示裝置，其包括:至少一個警示模塊和納米發(fā)電機；其中所述納米發(fā)電機用于將機械能轉(zhuǎn)化成電能，并向所述警示模塊提供驅(qū)動電源，所述警示模塊在所述納米發(fā)電機的驅(qū)動下發(fā)出警示信息；所述納米發(fā)電機為摩擦納米發(fā)電機，包括上電極、與上電極下表面貼合的第一摩擦層、下電極和與下電極上表面貼合的第二摩擦層，其中所述第一摩擦層和第二摩擦層由兩種得失電子能力不同的高分子絕緣聚合物材料制成并面對面放置，所述第一摩擦層和第二摩擦層能夠發(fā)生接觸-分離循環(huán)或形成相對滑動摩擦。
[0007]本實用新型還公開了一種救生標(biāo)簽，其包括如上所述的自驅(qū)動警示裝置。
[0008]本實用新型公開的上述方案，能夠解決電子救生標(biāo)簽在電能耗盡的情況下不能工作的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型第一優(yōu)選實施例中自驅(qū)動警示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是本實用新型中第二優(yōu)選實施例中自驅(qū)動警示裝置的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖3是本實用新型中直流獲取模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0012]圖4是將本實用新型中自驅(qū)動警示裝置制作在衣服上形成救生標(biāo)簽的示意圖?！揪唧w實施方式】[0013]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明自，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0014]圖1示出了本實用新型第一優(yōu)選實施例中自驅(qū)動警示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖1，該自驅(qū)動警示裝置主要包括:警示模塊I和納米發(fā)電機5。所述納米發(fā)電機5用于將機械能轉(zhuǎn)化成電能，并向警示模塊I提供電流，警示模塊I在納米發(fā)電機的電流驅(qū)動下發(fā)聲或發(fā)光。其中納米發(fā)電機可以為壓電納米發(fā)電機或摩擦納米發(fā)電機。圖1中示出的納米發(fā)電機5為壓電納米發(fā)電機結(jié)構(gòu)。納米發(fā)電機5包括上電極2、納米線3、下電極4以及封裝外殼。其中，所述納米線3為垂直生長在所述上、下電極2、4之間的納米線陣列，所述警示模塊I與所述納米發(fā)電機的兩電極相連；所述封裝外殼用于封裝所述上下電極2、4和納米線
3。納米線3在受到拉伸、壓縮等機械振動而發(fā)生形變的時候會在納米線的兩端產(chǎn)生極化電勢，其輸出與外界機械激勵的頻率有關(guān)。當(dāng)納米線3不斷發(fā)生形變的時候所產(chǎn)生的交流電通過所述上、下電極2、4傳輸至警示模塊1，從而驅(qū)動警示模塊I發(fā)聲或發(fā)光，其中所述警示模塊I可以為發(fā)聲或發(fā)光設(shè)備，如LED燈、揚聲器等，所述納米線3可以為氧化鋅納米線。
[0015]其中，上電極2和下電極4都為柔性金屬電極。所述封裝外殼用于封裝氧化鋅納米線和電極的外殼。具體地，可以是在PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)，Kapton(聚酰亞胺)等柔性高分子材料上濺射或者熱蒸鍍一層金屬電極。金屬電極用到的金屬可以是金、鉬、銅、鋁、鎳、鉻、鈦等，優(yōu)選電極為金電極，電極的厚度為50-300nm，優(yōu)選為lOOnm。所述納米發(fā)電機用環(huán)氧樹脂等絕緣封裝材料進(jìn)行封裝，防止實際測量中外界環(huán)境對壓電納米線的直接影響。所述壓電納米線發(fā)電機如下制作形成:
[0016]由于納米線具有壓電效應(yīng)，壓電納米發(fā)電機的下電極與納米線之間行成肖特基接觸，外電路電子在壓電勢的驅(qū)動下形成電流回路，外界環(huán)境發(fā)生變化，帶動壓電納米線發(fā)電機運動，兩電極之間的壓電納米線受到壓縮作用產(chǎn)生壓電勢，由于納米線和電極之間形成肖特基接觸，壓電電勢得到保持，外電路電子運動以屏蔽該壓電勢，形成電流脈沖，外界環(huán)境變化消失，納米線由壓縮變形恢復(fù)至正常狀態(tài)，壓電電勢消失，外電路電子相反運動形成第二個電流脈沖。
[0017]對于摩擦電納米發(fā)電機，該摩擦電納米發(fā)電機包括上、下電極和分別與上、下電極表面貼合的第一摩擦層和第二摩擦層，所述第一摩擦層和第二摩擦層由兩種得失電子能力不同的高分子絕緣聚合物材料制成并面對面放置，所述第一摩擦層和第二摩擦層能夠發(fā)生接觸-分離循環(huán)或形成相對滑動摩擦。所述兩種得失電力能力不同的高分子絕緣聚合物可以是PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)、Kapton (聚酰亞胺)、Teflon (特氟龍)等中的任意兩種。兩種絕緣聚合物材料接觸面可以通過表面光刻，砂紙打磨等方法提高表面粗糙度。在外界機械運動的作用下兩電極之間產(chǎn)生相對運動，從而帶動第一摩擦層和第二摩擦層發(fā)生接觸-分離或滑動摩擦，從而產(chǎn)生靜電荷，隨著第一摩擦層和第二摩擦層滑動摩擦的面積發(fā)生變化或者在接觸-分離過程中表面電荷的不平衡，導(dǎo)致上下電極之間產(chǎn)生電勢差，該電勢差驅(qū)動外電路電子由低電勢端向高電勢端運動，從而在外電路中形成電流。
[0018]圖2示出了本實用新型第二優(yōu)選實施例中自驅(qū)動警示裝置的電路圖。如圖2所示，該自驅(qū)動警示裝置包括:納米發(fā)電機模塊8、第一雙擲開關(guān)9、直流獲取模塊13、充電電池14、第二雙擲開關(guān)15和LED19。其中，所述納米發(fā)電機模塊8由上下電極以及上下電極之間的納米線構(gòu)成。所述上電極與第一雙擲開關(guān)9的動端10相連，所述下電極與警示模塊19的一端相連；所述警示模塊19的另一端與第二雙擲開口的動端16相連；所述第一雙擲開關(guān)9的第一不動端11與第二雙擲開關(guān)15的腳第一不動端17直接相連，所述第一雙擲開關(guān)9的第二不動端12和第二雙擲開關(guān)15的第二不動端18之間連接有直流獲取模塊和充電電池。
[0019]所述第一雙擲開關(guān)和第二雙擲開關(guān)用于選擇警示模塊19是時開時斷狀態(tài)還是通過直流獲取模塊和充電電池后的常開狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝浑p擲開關(guān)9的動端10和第一不動端11導(dǎo)通，并且第二雙擲開關(guān)15的動端16和第一不動端17導(dǎo)通時，警示模塊19直接與納米發(fā)電機8連通，此時警示模塊19處于時開時斷模式，這種模式下警示模塊19處于斷續(xù)發(fā)聲或閃爍狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝浑p擲開關(guān)9的動端10和第一不動端11導(dǎo)通，并且第二雙擲開關(guān)15的動端16和第二不動端18導(dǎo)通時，警示模塊19直接與充電電池14連通，且納米發(fā)電機模塊8不與直流獲取模塊13連通，此時警示模塊19處于常開模式，且納米發(fā)電機模塊8不給充電電池14充電，所述常開模式下所述警示模塊19處于持續(xù)發(fā)聲或常亮狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝浑p擲開關(guān)9的動端10和第二不動端12導(dǎo)通，并且第二雙擲開關(guān)15的動端16和第二不動端18導(dǎo)通時，警示模塊19直接與充電電池14連通，且納米發(fā)電機模塊8與直流獲取模塊13連通，此時警示模塊19處于常亮模式，且納米發(fā)電機模塊8給充電電池14充電。
[0020]圖3示出了本實用新型中直流獲取模塊的結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，直流獲取模塊包括:整流模塊20、濾波模塊21、穩(wěn)壓模塊22。由于氧化鋅壓電納米發(fā)電機的輸出電流為大小和方向均會隨時間變化的交流電，整流模塊20能夠?qū)⒓{米發(fā)電機輸出的交流電整流為大小變化但方向不隨時間變化的脈動直流電，再通過濾波模塊21，可將整流模塊20輸出的脈動直流電轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ρ容^穩(wěn)定的直流電，最后用穩(wěn)壓模塊22對相對比較穩(wěn)定的直流電進(jìn)一步穩(wěn)壓。那么納米發(fā)電機就可以給鋰電池進(jìn)行充電，這樣就可以使警示模塊19保持持續(xù)發(fā)生或常亮狀態(tài)。
[0021]本實用新型還公開了一種由上述自驅(qū)動警示裝置構(gòu)成的救生標(biāo)簽。如圖4所示，將所述自驅(qū)動警示裝置制作成各種能夠制作在衣服上的標(biāo)簽形式，形成袖章6、衣服7的前后標(biāo)簽等。穿戴這種救生標(biāo)簽后，可以通過揮舞手臂，或者利用空氣流、水流等使圖1所述氧化鋅納米發(fā)電機的氧化鋅納米線3發(fā)生形變產(chǎn)生極化電勢，從而驅(qū)動自由電子在外電路流動產(chǎn)生電流來打開警示模塊。所述警示模塊可以為發(fā)聲或發(fā)光設(shè)備，如LED、揚聲器等，如果是發(fā)光設(shè)備，則還可以排列成各種圖案，如SOS等。
[0022]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，包括:至少一個警示模塊和納米發(fā)電機；其中所述納米發(fā)電機用于將機械能轉(zhuǎn)化成電能，并向所述警示模塊提供驅(qū)動電源，所述警示模塊在所述納米發(fā)電機的驅(qū)動下發(fā)出警示信息；所述納米發(fā)電機為壓電納米發(fā)電機，包括上電極、納米線陣列和下電極，所述納米線陣列垂直生長在上電極和下電極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述警示模塊為發(fā)聲或發(fā)光設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述納米線陣列為氧化鋅納米線陣列，所述上電極和下電極為金屬電極。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述納米發(fā)電機和所述警示模塊之間由雙擲開關(guān)連接，用于控制警示模塊的工作模式。
5.如權(quán)利要求4所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述雙擲開關(guān)包括第一雙擲開關(guān)和第二雙擲開關(guān)，且兩個雙擲開關(guān)的動端之間連接有納米發(fā)電機和警示模塊，第一不動端直接相連，第二不動端之間連接有直流獲取模塊和充電電池。
6.如權(quán)利要求5所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述警示模塊具有兩種工作模式:斷續(xù)開關(guān)模式和常開模式。
7.如權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，當(dāng)?shù)谝浑p擲開關(guān)的動端和第一不動端導(dǎo)通，并 且第二雙擲開關(guān)的動端和第一不動端導(dǎo)通時，警示模塊直接與納米發(fā)電機連通，此時警示模塊處于斷續(xù)開關(guān)模式。
8.如權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，當(dāng)?shù)谝浑p擲開關(guān)的動端和第一不動端導(dǎo)通，并且第二雙擲開關(guān)的動端和第二不動端導(dǎo)通時，警示模塊直接與充電電池連通，且納米發(fā)電機模塊不與直流獲取模塊連通，此時警示模塊處于常開模式。
9.如權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，當(dāng)?shù)谝浑p擲開關(guān)的動端和第二不動端導(dǎo)通，并且第二雙擲開關(guān)的動端和第二不動端導(dǎo)通時，警示模塊直接與充電電池連通，且納米發(fā)電機模塊與直流獲取模塊連通，此時警示模塊處于常開模式，納米發(fā)電機為所述充電電池充電。
10.如權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述直流獲取模塊用于將所述納米發(fā)電機輸出的交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電，其包括整流模塊、濾波模塊和穩(wěn)壓模塊；所述整流模塊用于將納米發(fā)電機輸出的交流電整流為脈動直流電，所述濾波模塊用于將所述脈動直流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電，所述穩(wěn)壓模塊用于進(jìn)一步穩(wěn)壓。
11.一種自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，包括:至少一個警示模塊和納米發(fā)電機；其中所述納米發(fā)電機用于將機械能轉(zhuǎn)化成電能，并向所述警示模塊提供驅(qū)動電源，所述警示模塊在所述納米發(fā)電機的驅(qū)動下發(fā)出警示信息；所述納米發(fā)電機為摩擦納米發(fā)電機，包括上電極、與上電極下表面貼合的第一摩擦層、下電極和與下電極上表面貼合的第二摩擦層，其中所述第一摩擦層和第二摩擦層由兩種得失電子能力不同的高分子絕緣聚合物材料制成并面對面放置，所述第一摩擦層和第二摩擦層能夠發(fā)生接觸-分離循環(huán)或形成相對滑動摩擦。
12.如權(quán)利要求11所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述警示模塊為發(fā)聲或發(fā)光設(shè)備。
13.如權(quán)利要求11-12任一項所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述納米發(fā)電機和所述警示模塊之間由雙擲開關(guān)連接，用于控制警示模塊的工作模式。
14.如權(quán)利要求13所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述雙擲開關(guān)包括第一雙擲開關(guān)和第二雙擲開關(guān)，且兩個雙擲開關(guān)的動端之間連接有納米發(fā)電機和警示模塊，第一不動端直接相連，第二不動端之間連接有直流獲取模塊和充電電池。
15.如權(quán)利要求14所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述警示模塊具有兩種工作模式:斷續(xù)開關(guān)模式和常開模式。
16.如權(quán)利要求15所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，當(dāng)?shù)谝浑p擲開關(guān)的動端和第一不動端導(dǎo)通，并且第二雙擲開關(guān)的動端和第一不動端導(dǎo)通時，警示模塊直接與納米發(fā)電機連通，此時警示模塊處于斷續(xù)開關(guān)模式。
17.如權(quán)利要求15所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，當(dāng)?shù)谝浑p擲開關(guān)的動端和第一不動端導(dǎo)通，并且第二雙擲開關(guān)的動端和第二不動端導(dǎo)通時，警示模塊直接與充電電池連通，且納米發(fā)電機模塊不與直流獲取模塊連通，此時警示模塊處于常開模式。
18.如權(quán)利要求15所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，當(dāng)?shù)谝浑p擲開關(guān)的動端和第二不動端導(dǎo)通，并且第二雙擲開關(guān)的動端和第二不動端導(dǎo)通時，警示模塊直接與充電電池連通，且納米發(fā)電機模塊與直流獲取模塊連通，此時警示模塊處于常開模式，納米發(fā)電機為所述充電電池充電。
19.如權(quán)利要求15所述的自驅(qū)動警示裝置，其特征在于，所述直流獲取模塊用于將所述納米發(fā)電機輸出的交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電，其包括整流模塊、濾波模塊和穩(wěn)壓模塊；所述整流模塊用于將納米發(fā)電機輸出的交流電整流為脈動直流電，所述濾波模塊用于將所述脈動直流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電，所述穩(wěn)壓模塊用于進(jìn)一步穩(wěn)壓。
20.一種救生標(biāo)簽，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-19任一項所述的自驅(qū)動警示裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的救生標(biāo)簽，其特征在于，所述警示模塊為發(fā)聲或發(fā)光設(shè)備，所述發(fā)光設(shè)備包括多個排列成救生圖案的LED燈。
22.如權(quán)利要求20-21任一項所述的救生標(biāo)簽，其特征在于，所述救生標(biāo)簽制作在衣服上，可通過使衣服發(fā)生形變而使納米發(fā)電機產(chǎn)生電流。
【文檔編號】H02N2/18GK203574565SQ201320576295
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】李舟, 石波璟, 王中林 申請人:國家納米科學(xué)中心