本发明涉及测试技术领域，具体涉及一种可控测试纳米发电机性能的装置及方法。
背景技术：
纳米发电机是一种基于纳米材料，能够将微小形变变化产生能量转化为电能，为一些微小型设备进行供电的电学器件。纳米发电机可以收集能量的来源十分广泛，例如人体运动、肌肉收缩、血液流动等。与此同时，纳米发电机具有的成本低、尺寸小、重量轻等优点，因此其可以直接集成在微小设备上而不会增加过多的重量，这使得纳米发电机一被提出就立即成为纳米科技研究的热点，为新能源技术打开了一个新的研究方向。
纳米发电机不仅在理论上已经取得很大突破，而且在实际应用中具有很好的前景。但是不同于传统的电磁发电机装置，纳米发电机的输出为脉冲形式的交流电而不是恒定的电输出。当纳米发电机在外界应力作用下发生形变时，会瞬时输出沿一个方向的瞬时脉冲电流；当外界应力撤销恢复形变时，会产生向相反方向的脉冲电流。这种对交流脉冲信号进行测试是纳米发电机性能表征的关键，只有这样才能使得其实用才能成为极大可能。
通常情况下，很多研究人员仅仅对纳米发电机的性能测试方法是，在纳米发电机的两个电极直接与测试仪相连的前提下，通过手或者其他来拍击纳米发电机来观察和记录测试仪的数据。最常见的纳米发电机测试仪器有示波器、万用表、电压表、电流表、发光二极管，led显示屏等。测试仪器仅仅显示纳米发电机的输出电压电流以及点亮多少只发光二极管、多长时间led显示屏，从而计算出纳米发电机的输出功率。这仅仅是对纳米发电机的性能进行定性测试，这种测试方法并不能准确给出纳米发电机的各项参数，在一定程度上限制了纳米发电机推广使用。因此现有的测试方法存在如下的不足之处：1、拍击的频率大小未知且不能恒定；2、拍击的力度大小未知且不能恒定；3、纳米发电机的寿命未知。
技术实现要素：
本发明的其中一个目的在于提供一种可控测试纳米发电机性能的装置，用以实现在测试纳米发电机输出特性的过程中，可以控制拍击频率和力度的大小并且保持恒定。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种可控测试纳米发电机性能的装置，包括底座、支架、可调速电动马达、曲柄连杆机构、拍击工具和电测试装置，所述支架安装在底座上，所述可调速电动马达安装在支架上，所述可调速电动马达和拍击工具之间通过曲柄连杆机构连接，所述拍击工具与曲柄连杆机构之间为可拆卸连接，所述拍击工具设置有多个，每个拍击工具的质量不相等，已安装的拍击工具下方且位于底座表面的位置用于放置待测试的纳米发电机，所述电测试装置与待测试的纳米发电机两极连接。
在可选的实施例中，所述曲柄连杆机构的曲轴轴线到连杆最外端的距离与拍击工具的高度之和大于曲柄连杆机构的曲轴轴线到纳米发电机的距离；可调速电动马达转动时，通过曲柄连杆机构带动拍击工具往复平移。采用上述结构后，使拍击工具下落时可以拍击纳米发电机。
在可选的实施例中，所述拍击工具为重锤。重锤的设置可以实现最佳测试效果。
在可选的实施例中，所述重锤顶部设置有连接孔，所述连接孔与连杆之间采用螺栓连接。拆装方便，可以根据需要去更换不同质量的重锤。
在可选的实施例中，所述可调速电动马达与一个独立的供电电路连接，所述供电电路中设置有电路开关。在测试的过程中，将电路开关设置为断开状态后，方便调节马达的转速、拍击工具的重量和电测试装置的参数，调节完毕后，再闭合电路开关，进行测试。
在可选的实施例中，所述电测试装置包括数据输出记录模块和图像输出显示模块。电测试装置能对输出信号进行处理，然后将处理结果以图像、数值的形式显示，实现电测试装置能够实时记录纳米发电机的输出参数。
在可选的实施例中，所述电测试装置包括硬件信号处理电路、arm处理器及其外围控制电路、显示屏，所述电测试装置设置有选择按钮。硬件信号处理电路用来接收处理纳米发电机的输出数据，arm处理器及其外围控制电路用来实时处理纳米发电机输出数据，显示屏用来显示纳米发电机的输出波形以及实时记录显示纳米发电机的输出数据，通过控制选择按钮记录纳米发电机输出数据以及显示纳米发电机输出特性曲线。
本发明的另一个目的在于提供一种可控测试纳米发电机性能的方法，用以实现在测试纳米发电机的过程中，可以控制拍击频率和力度的大小并且保持恒定。
一种可控测试纳米发电机性能的方法，采用可控测试纳米发电机性能的装置，对纳米发电机进行机械自动化拍击并收集纳米发电机两极输出的电参数。
在可选的实施例中，调整可调速电动马达的转速以调整拍击的频率，安装不同质量的拍击工具以调整拍击的力度。
在可选的实施例中，包括有以下步骤：
1)将纳米发电机、底座、支架、可调速电动马达、曲柄连杆机构、拍击工具和电测试装置组装成一个完整的系统装置；
2)将可调速电动马达的电路开关设置为断开状态后，保证拍击工具的质量不变，调节可调速电动马达的转速，闭合可调速电动马达的电路开关，电测试装置能够实时监测纳米发电机的输出信息；
3)重复步骤2)，分析电测试装置得到的信息，找出输出的电参数和拍击纳米发电机不同频率的定量关系；
4)将可调速电动马达的电路开关设置为断开状态后，保证可调速电动马达的转速不变，改变拍击工具的质量，闭合可调速电动马达的电路开关，电测试装置能够实时监测纳米发电机的输出信息；
5)重复步骤4)，分析电测试装置得到的信息，找出输出的电参数和拍击纳米发电机不同力度大小的定量关系。
本发明的原理是：可控测试纳米发电机性能的装置组装有可调速电动马达和不同质量的拍击工具，可调速电动马达可以控制拍击的频率，不同质量的拍击工具控制不同的拍击力度，即可实现可控的拍击频率和可控的拍击力度，实现恒定的拍击频率和恒定的拍击力度；拍击工具的质量的递增相当于拍击工具整体的体积均匀递增，质量越大的拍击工具其体积也越大，在拍击纳米发电机时，纳米发电机的形变也越大，由于纳米发电机的输出电压是受其形变的大小影响的，利用不同质量的拍击工具从而得到纳米发电机输出的电参数和拍击纳米发电机力度的定量关系。可调速电动马达与拍击工具之间采用曲柄连杆机构连接，曲柄连杆机构在电动马达的带动下，将电动马达的周期性转动转换为重锤的周期性上下振动，重锤在周期性上下振动过程中实现周期性拍击发电机。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
1.本发明所设计可控测试纳米发电机性能的装置与通常情况下有很大的不同。在通常情况下，用手拍击纳米发电机的频率不稳定且不可控、用手拍击纳米发电机力的大小不稳定且不可控、并且还不能测试纳米发电机的寿命，因此这会导致得到纳米发电机的性能参数与设定的条件不能很好的匹配，并且不能很好地得出纳米发电机的输出量与输入量之间的关系。本发明所设计可控测试纳米发电机性能的装置可以实现拍击频率稳定、施加力的大小稳定且可控以及测试纳米发电机的寿命，因此能够很好解决这些问题。
2.本发明装置操作简单使用方便，仅仅需要设置几个为数不多的参数就可以得到结论。
3.本发明装置有助于人们理解纳米发电机的原理。
4.本发明实现了纳米发电机性能的测试由定性测试转换为定量测试，即实现量化的过程。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的可控测试纳米发电机性能的装置结构示意图。
附图标记：
1、纳米发电机；2、底座；3、支架；4、可调速电动马达；5、曲柄连杆机构；6、重锤；7、电测试装置。
具体实施方式
下面结合图1对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
实施例1
参见图1所示，本发明实施例提供一种可控测试纳米发电机性能的装置，包括底座2、支架3、可调速电动马达4、曲柄连杆机构5、重锤6和电测试装置7。
支架3呈l型状，其一端竖直安装在底座2上，另一端用于固定可调速电动马达4；重锤6总共有十个，重锤6的底部拍击面光滑平整；每个重锤6的质量不相等，从第一个重锤6开始，重锤6的质量依次递增，其质量的递增为重锤6整体的体积均匀递增；可调速电动马达4与单个重锤6之间采用曲柄连杆机构5连接，所述重锤6与曲柄连杆机构5之间为可拆卸连接，已安装的重锤6下方且位于底座2表面的位置用于放置待测试的纳米发电机1，曲柄连杆机构5的作用为将可调速马达4的旋转运动转换为重锤6的上下运动，实现重锤6拍击纳米发电机1的效果。
重锤6顶部设置有连接孔，连接孔与曲柄连杆机构5之间采用螺栓连接；
曲柄连杆机构5的曲轴轴线到连杆最外端的距离与重锤6的高度之和大于曲柄连杆机构5的曲轴轴线到纳米发电机1的距离，以保证重锤6下落到最低点时可以拍击纳米发电机1。
电测试装置包括数据输出记录模块和图像输出显示模块。
电测试装置包括硬件信号处理电路、arm处理器及其外围控制电路、显示屏，所述电测试装置设置有选择按钮。
纳米发电机1的两极与电测试装置7连接，电测试装置7能够实时监测纳米发电机1的输出数据和波形图像。
可调速电动马达4与一个独立的供电电路连接，供电电路中设置有电路开关。
一种可控测试纳米发电机性能的方法，包括以下步骤：
1)将纳米发电机1、底座2、支架3、可调速电动马达4、曲柄连杆机构5、重锤6和电测试装置7组装成一个完整的系统装置；
2)将可调速电动马达4的电路开关设置为断开状态后，保证重锤6的质量不变，调节可调速电动马达4的转速，闭合可调速电动马达4的电路开关，电测试装置能够实时监测纳米发电机的输出信息。
3)重复步骤2)，分析电测试装置得到的数据和输出波形，找出输出电压和拍击纳米发电机1不同频率的定量关系。
4)将可调速电动马达4的电路开关设置为断开状态后，保证可调速电动马达4的转速不变，改变重锤6的质量，闭合可调速电动马达4的电路开关，电测试装置能够实时监测纳米发电机1的输出信息。
5)重复步骤4)，分析电测试装置7得到的数据和输出波形，能够找出输出电压和拍击纳米发电机1不同力度大小的定量关系。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限定。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。