一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置及测试方法

本发明属于电磁感应混合摩擦电能量采集器测试技术领域，涉及一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置，还涉及一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置的测试方法。

背景技术：

振动在我们生活中随处可见，振动能量采集近年来引起了国内内外学者的广泛关注。电磁感应混合摩擦电能量采集器是一种能将生活中随处可见的、不能直接利用的振动能直接转换为电能的装置，能够为无线传感等低功耗设备提供电能，具有广泛的发展应用前景。

以往的研究集中于单一的摩擦电能量采集或者电磁感应发电，而没有将电磁感应和摩擦电结合起来的能量收集器的研究，将摩擦电和电磁感应结合起来，极大的提高了能量采集的效率，将会产生非常多的应用形式，研究潜力巨大，应用前景也非常可观。但是，电磁感应混合摩擦电能量采集器从研发到生产还需要进行专业的测试，现有技术中没有关于电磁感应混合摩擦电能量采集器系统测试的装置，影响了电磁感应混合摩擦电能量采集器的研制效率。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置，解决了现有技术中存在的没有关于电磁感应混合摩擦电能量采集器系统测试的装置的问题。

本发明的第二目的是提供上述一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置的测试方法。

本发明所采用的技术方案是，一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置，包括母板，母板两端装有限位磁铁，与中间的磁场磁铁处于同于轴线上，并处于相互排斥的状态，磁场磁铁装于支撑管内部，通过支撑装置连接于子板上，支撑管固定接于母板，并在靠近两端的位置沿径向去掉一部分，方便装卸磁铁，支撑管在中间部分下部开有凹槽，方便支撑装置沿轴向移动，线圈绕在支撑管中间部分，线圈与外载电阻连接构成回路；子板与母板之间配设有若干顶丝和玻璃珠，子板上连接有子板上电极，母板上连接有母板下电极。

本发明的特点还在于：

子板和母板电极串联电阻形成回路，外载电阻上配设有数据采集设备。

子板上开有若干螺孔，螺孔内配设有顶丝，螺孔上配设有玻璃珠，玻璃珠位于子板与母板之间。

限位磁铁与磁场磁铁位于同轴线上。

母板下电极覆有介电材料，介电材料为聚四氟乙烯薄膜。

支撑管上靠近两端处均开有开口。

一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置的测试方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将母板置于激振器上，检查试验设备及线路是否正常；

步骤2，将激振器频率、位移、加速度调至实验设定的最小值，观察调整增加或减少限位磁铁的数量，保证支撑装置不会碰撞线圈，记录运动正常的限位磁铁数量；

步骤3，保持激振器频率、位移、加速度不变，选择一组运动正常的限位磁铁，在电阻为零的情况下，使用数据采集装置分别测量外载电阻两端的开路电压，记录电压信号；然后逐步增加电阻，每δr为一个增加量，电压表分别测量外载电阻两端的电压，并记录电压信号，记录的电压信号作为分析电磁感应混合摩擦电能量收集器能量变化的数据；

步骤4，保持激振器频率、位移、加速度不变，改变限位磁铁，重复步骤3；直至所有运动正常的限位磁铁数量组合均测试完毕进入下一步；

步骤5、改变激振器激励至下一组实验设定的参数，重复步骤2、步骤3、步骤4；直至所有实验设定激励参数测试完毕，完成测试。

本发明的有益效果是：本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置，解决了现有技术中存在的没有关于电磁感应混合摩擦电能量采集器系统测试的装置的问题。本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置的测试方法。可用于在特定的外激励情况下，研究限位磁铁对电磁感应混合摩擦电能量采集器能领采集效果的影响；还可以改变外界激励，研究不同激励信号对电磁感应混合摩擦电能量采集器能量采集效果的影响；还可以通过改变外载电阻，研究外载电阻对电磁感应混合摩擦电能量采集器电输出特性的影响。本发明可以测量不同外界激励、不同运动、不同外载电阻的电磁感应混合摩擦电能量采集器产生的电压，为电磁感应混合摩擦电能量采集在振动方面的研究提供参考意见。

附图说明

图1是本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置及测试方法的主视图；

图2是本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置及测试方法的a-a剖视图；

图3是本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置及测试方法的俯视图；

图4是本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置及测试方法支撑装置的主视图和左视图；

图5是本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置及测试方法的原理图。

图中，1.母板，2.子板，301.限位磁铁，302.磁场磁铁，4.线圈，5.支撑装置，6.支撑管，7.开口，8.玻璃珠，9.顶丝，10.介电材料，11.母板下电极，12.子板上电极，13.凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置，如图1、图2、图3和图4所示，包括母板1，母板1两端装有限位磁铁301，与中间的磁场磁铁302处于同于轴线上，并处于相互排斥的状态，磁场磁铁302装于支撑管6内部，通过支撑装置5连接于子板2上，支撑管6固定接于母板1，并在靠近两端的位置沿径向去掉一部分7，方便装卸磁铁，支撑管6在中间部分下部开有凹槽13，方便支撑装置沿轴向移动，线圈4绕在支撑管6中间部分，线圈4与外载电阻连接构成回路；子板2与母板1之间配设有若干顶丝9和玻璃珠8，子板2上连接有子板上电极12，母板上连接有母板下电极11。

子板2和母板1电极串联电阻形成回路，外载电阻上配设有数据采集设备。

子板2上开有若干螺孔，螺孔内配设有顶丝9，螺孔上配设有玻璃珠8，玻璃珠8位于子板2与母板1之间。

限位磁铁301与磁场磁铁302位于同轴线上。

母板下电极11覆有介电材料10，介电材料10为聚四氟乙烯薄膜。

支撑管6上靠近两端处均开有开口7。

实施例

本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置，母板1和子板2，为装置提供主体支撑，为摩擦面提供基面；电极分别贴在母板1和子板2的上、下面上，母板下电极11覆有介电材料10(聚四氟乙烯薄膜)，上下电极通过基体引出导线，与外载电阻连接形成回路；

所提到的装置母板两端装有限位磁铁301，与中间的磁场磁铁302处于同于轴线上，并处于相互排斥的状态，磁场磁铁302装于支撑管6内部，通过支撑装置5连接于子板2上，支撑管5固定接于母板1，并在靠近两端的位置沿径向去掉一部分7，方便装卸磁铁，支撑管6在中间部分下部开有凹槽13，方便支撑装置5沿轴向移动，线圈4绕在支撑装置5中间部分，线圈4与外载电阻连接构成回路；

子板2厚8mm，在上下和左右两侧共开有十二个m5螺孔，填有直径5mm的玻璃珠8，用顶丝9顶住；装置子板2、母板1的相对位置可通过顶丝9来微调玻璃珠8的位置进行调整；玻璃珠8的使用，使子板2和母板1为点面接触，减少阻力，上下摩擦面几乎不存在磨损；

激振器采用za-zdt02e便携式低频振动台，提供外界激励，振动台激励频率、位移和加速度均可调；

子板和母板选用有机玻璃。母板1平面使用8mm厚有机玻璃，长150mm、宽88mm，两端用三氯甲烷粘接有两块15mm厚的有机玻璃板，有机玻璃板嵌有底面直径15mm、厚10mm的钕铁硼磁铁(限位磁铁301)。支撑管6为内径20mm的有机玻璃管，在底部中间开有宽6mm、长70mm的凹槽13，便于支撑装置5移动，支撑管6两端开有宽16mm、长20mm的槽子7，方便增加或减少限位磁铁3，支撑管6固接在母板1两端的有机玻璃板上，与限位磁铁301同轴心；子板2使用8mm有机玻璃板，磁场磁铁302为4块底面直径15mm、厚10mm的钕铁硼磁铁，封装于内径15mm的有机玻璃管内，装于支撑管6内部，通过支撑装置5与子板2固接，支撑装置5为5mm有机玻璃切割而成，用三氯甲烷完成固接；支撑装置5中间部分缠绕有直径0.5mm漆包铜线4，子板2与母板1发生相对运动时发生电磁感应；

限位磁铁301与磁场磁铁302处于同一轴线、互相排斥的状态，磁铁力与外界激励耦合，柔化运动，可以根据外界的激励添加或减少限位磁铁301来调整子板2相对母板1的运动；

电极(11、12)使用厚度0.02mm的铜皮(材料可替换)、介电材料10为0.03mm的聚四氟乙烯薄膜(材料可替换)；

实验使用krypton数据采集模块以及其配套的软件采集数据；

本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置的测试方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将母板1置于激振器上，检查试验设备及线路是否正常；

步骤2，将激振器频率、位移、加速度调至实验设定的最小值，观察调整增加或减少限位磁铁301的数量，保证支撑装置5不会碰撞线圈4，记录运动正常的限位磁铁301数量；

步骤3，保持激振器频率、位移、加速度不变，选择一组运动正常的限位磁铁301，在电阻为零的情况下，使用数据采集装置分别测量外载电阻两端的开路电压，记录电压信号；然后逐步增加电阻，每δr为一个增加量，数据采集装置分别测量外载电阻两端的电压，并记录电压信号，记录的电压信号作为分析电磁感应混合摩擦电能量收集器能量变化的数据；

步骤4，保持激振器频率、位移、加速度不变，改变限位磁铁301，重复步骤3；直至所有运动正常的限位磁铁301数量组合均测试完毕进入下一步；

步骤5、改变激振器激励至下一组实验设定的参数，重复步骤2、步骤3、步骤4；直至所有实验设定激励参数测试完毕，完成测试。

本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置及测试方法的原理为，如图5所示，由激振器提供稳定外界激励，与磁铁力耦合，子板2与母板1形成相对运动，子板和母板的上下摩擦面形成相对运动，产生感应电荷，上下电极与外载电阻及电压测量装置连接，收集所产生的电压信号，即为摩擦电电压数据，得到可以研究的不同外载电阻、不同限位磁铁组合在特定外界激励下的摩擦电能量采集实验数据，另一方面，子板2和母板1相对运动，带动磁场磁铁302和线圈4产生相对运动，使得线圈4切割磁感线，在电磁感应作用下产生电荷，线圈4用导线与外载电阻及电压测量装置连接，收集所产生的电压信号，即为线圈4的电压测量数据，得到可用于研究不同负载、不同限位磁铁组合在特定外界激励下的电磁感应能量采集实验数据。

激振器提供外界激励，与磁铁力耦合，子板2与母板1形成相对运动，子板2和母板1的上下摩擦面形成相对运动，产生感应电荷，上下电极与外载电阻相连，接入电阻的阻值可以改变，可以分析不同电阻对系统动力学的影响。另一方面，子板和母板相对运动，带动磁场磁铁302和线圈4产生相对运动，使得线圈4切割磁感线，在电磁感应作用下产生电荷，线圈4用导线与外载电阻相连，接入电阻的阻值可以改变，可以分析不同电阻对系统动力学的影响。

改变激振器激振信号的频率、位移、加速度，可以得到外界激励对电磁感应混合摩擦电能量采集器采集能量能力的影响。

本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置及测试方法，解决了现有技术中存在的没有关于摩擦电能量采集器系统测试的装置的问题。本发明一种电磁感应混合摩擦电能量采集器测试装置的测试方法。可用于在特定的外激励情况下，研究限位磁铁对电磁感应混合摩擦电能量采集器能领采集效果的影响；还可以改变外界激励，研究不同激励信号对电磁感应混合摩擦电能量采集器能量采集效果的影响；还可以通过改变外载电阻，研究外载电阻对电磁感应混合摩擦电能量采集器电输出特性的影响。本发明可以测量不同外界激励、不同运动、不同外载电阻的电磁感应混合摩擦电能量采集器产生的电压，为电磁感应混合摩擦电能量采集在振动方面的研究提供参考意见。