一种振动加速度传感器

本实用新型涉及加速度传感器技术领域，具体涉及一种振动加速度传感器。

背景技术：

振动作为自然界最普遍的现象之一，大至宇宙，小至粒子，无不存在振动。各种形式的物理现象，包括声、光、热等都包含振动。人们生活中也离不开振动：心脏的搏动、耳膜和声带的振动，都是人体不可缺少的功能；人的视觉靠光的刺激，而光本质上也是一种电磁振动；生活中不能没有声音和音乐，而声音的产生、传播和接收都离不开振动。在工程技术领域中，振动现象也比比皆是。例如，桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动，飞机和船舶在航行中的振动，机床和刀具在加工时的振动，各种动力机械的振动，控制系统中的自激振动等等。大多数振动在超过一定的阈值之后，将会对器械的正常工作造成较大的影响。所以，现在在很多器材上均装有大量的振动传感器来监测振动，但目前使用的传感器都需要外加电源的支持才可以使传感器正常工作。在中国专利cn106500833a中公开了一种基于振动传感器的星载振动监测装置，这个装置中的振动传感器的电池都需要外部电路进行供电，因此也需要在较短时间内便进行更换，这大大增加了监测的成本。同时，如果使用电缆进行供电无疑又使整个监测系统变得繁琐，并且增加了监测的不稳定性。

技术实现要素：

为了克服现有的振动传感器需要外部电源进行供电的不足，本实用新型提供了一种振动加速度传感器，将器械振动的振动能转化为电能，不需再搭载辅助电源，使用更加方便，并且还能同时监测器械的振动状态，稳定性更好。

为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：

一种振动加速度传感器，包括壳体、球体以及绳体；所述球体以及所述绳体均设置在所述壳体的内部，所述绳体的一端连接在所述壳体内部的顶部，所述绳体的另一端与所述球体连接，所述壳体的内表面镀有电极材料，所述球体为带电荷的带电球体，所述球体的材质与所述电极材料的材质不相同，绳体与球体组成钟摆类型，球体可以在壳体内做自由摆动。

本实用新型的振动加速度传感器垂向安装于器械之上，当无振动时，内部的球体由于重力作用垂直于壳体，此时壳体内部保持静电平衡；而当器械振动时，球体同时由于谐振作用发生振动，静电平衡被打破，由于球体的材质与壳体内部电极材料具有不同的电极序，而且由于静电感应作用，在两者的表面就会分别带上异种电荷，在球体的摆动过程中，使镀在正方体内部的电极材料之间产生不同的电势差，这时相向连接在电极材料上的外电路中便会产生电流和电压，由于谐振原理，在不同加速度下会输出不同的电信号，根据电信号的不同就可以得出加速度的大小，从而了解到器械的振动情况，在不需再搭载辅助电源的情况下，还能同时监测器械的振动状态，使用更加方便，实用性更好。

进一步的，所述壳体为由六块正方形基板组合而成的封闭式的正方体壳体，稳定性更好。

进一步的，所述壳体内部的六个面均镀有所述电极材料，监测效果更好。

进一步的，所述电极材料的形状为与所述基板相适应的正方形，所述电极材料的面积小于所述基板的面积，监测效果更好。

进一步的，所述球体的直径为所述基板边长的一半，监测效果更好。

进一步的，所述绳体为弹性绳，具有一定的弹性，摆动效果更好。

进一步的，所述绳体为轻质材料，可以有效减少不必要的损耗。

进一步的，所述绳体的外径小于所述球体的外径，所述绳体的长度小于所述基板边长的二分之一，可以保证球体在摆动到最大幅度时，均不会与壳体内表面发生接触。

进一步的，所述电极材料的材质为铜，导电效果好。

进一步的，所述球体的外表面材料为fep材质，为了提高其输出的电信号，在球体的表面部分或者全部表面还分布有纳米或者次纳米量级的微结构。

进一步的，所述壳体为耐压材料，抗压效果更好。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型将器械振动的振动能转化为电能，不需再搭载辅助电源，使用更加方便；

(2)利用摩擦纳米发电机技术得出的电信号便能测得器械振动的加速度，可以直接向外部传输电信号，在外部配备处理单元分析系统后，其可以实现长期实时测量，监测效果更好；

(3)可以广泛的布置于整个器械表面，监测整个器械的振动情况，同时不会因为某一个传感器的损坏而影响整个监测系统的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种振动加速度传感器的结构示意图；

图2为本实用新型的一种振动加速度传感器的发电原理图。

图中：1、壳体；2、绳体；3、球体；4、电极材料。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例包括：

如图1所示，一种振动加速度传感器，包括壳体1、球体3以及绳体2；球体3以及绳体2均设置在壳体1的内部，绳体2的一端连接在壳体1内部的顶部，绳体2的另一端与球体3连接，壳体1的内表面镀有电极材料4，球体3为带电荷的带电球体3，球体3的材质与电极材料4的材质不相同，绳体2与球体3组成钟摆类型，球体3可以在壳体1内做自由摆动。

本实用新型的振动加速度传感器垂向安装于器械之上，当无振动时，内部的球体3由于重力作用垂直于壳体1，此时壳体1内部保持静电平衡；而当器械振动时，球体3同时由于谐振作用发生振动，静电平衡被打破，由于球体3的材质与壳体1内部电极材料4具有不同的电极序，而且由于静电感应作用，在两者的表面就会分别带上异种电荷，在球体3的摆动过程中，使镀在正方体内部的电极材料4之间产生不同的电势差，这时相向连接在电极材料4上的外电路中便会产生电流和电压，由于谐振原理，在不同加速度下会输出不同的电信号，根据电信号的不同就可以得出加速度的大小，从而了解到器械的振动情况，在不需再搭载辅助电源的情况下，还能同时监测器械的振动状态，使用更加方便，实用性更好。

更具体的原理如图2所示，由于发电原理相同，以其中两个相向面为例阐述电信号产生的原理，当没有振动时，球体3由于重力作用垂向在壳体1内部；当发生振动时，球体3开始做钟摆运动，当球体3靠近左边时，左边电极感应出正电势，当球体3从左向右运动时，此时在外部电路上电子从右侧电极流向左侧电极。同理，当球体3运动到右边时，右侧电极感应出正电荷，球体3从右侧向左运动时，外部电路上电子从左侧电极流向右侧电极，所以便能产生交流的电信号。

在本实施例中，壳体1为由六块正方形基板组合而成的封闭式的正方体壳体1，稳定性更好。

在本实施例中，壳体1内部的六个面均镀有电极材料4，监测效果更好。

在本实施例中，电极材料4的形状为与基板相适应的正方形，电极材料4的面积小于基板的面积，监测效果更好。

在本实施例中，球体3的直径为基板边长的一半，监测效果更好。

在本实施例中，绳体2为弹性绳，具有一定的弹性，摆动效果更好。

在本实施例中，绳体2为轻质材料，可以有效减少不必要的损耗。

在本实施例中，绳体2的外径小于球体3的外径，绳体2的长度小于基板边长的二分之一，可以保证球体3在摆动到最大幅度时，均不会与壳体1内表面发生接触。

在本实施例中，电极材料4的材质为铜，导电效果好。

在本实施例中，壳体1为耐压材料，抗压效果更好。

本实施例中，电极材料4为铜膜，球体3为fep材质，为了提高发电效率，在球体3的表面部分或者全部表面分布有纳米或者次纳米量级的微结构，该微结构优选为纳米线，纳米管，纳米棒，纳米颗粒，纳米沟槽，微米沟槽，纳米锥，纳米球，以及由前述结构形成的阵列，特别是由纳米线，纳米管或者纳米棒的纳米阵列，可以通过光刻蚀，等离子刻蚀等方法制备的线状，立方体，或者四棱锥形状的阵列，阵列中每个这种单元的尺寸在微米到纳米量级，只要不影响电极材料4的机械强度，具体微结构的单元尺寸和形状不应限制本实用新型的范围，同时，电极材料4的外表面也可以分布由上述的微纳米结构，进一步提高其输出的电信号。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。