利用摩擦发电测量物体运动参数的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于运动的测量技术领域，具体涉及利用摩擦发电来测量物体运动参数的方法和装置。
【背景技术】
[0002]排在摩擦电序中不同位置的两种材料，由于保持电子(电荷)的能力不同，相互摩擦时，会由于电荷的转移而分别带上正电和负电。基于此原理可制作摩擦纳米发电机，其采用纳米材料作为摩擦材料。根据摩擦面的接触方式不同，摩擦纳米发电机又被分为接触-分离式摩擦纳米发电机和滑动式摩擦纳米发电机。然而，现有的摩擦纳米发电机都是直接利用机械能通过摩擦转换的电能以对外部器件进行供电，对摩擦纳米发电机的输出电信号的变化不进行分析和应用。
[0003]现有的测量物体运动参数的设备常见的有GPS、测速雷达，无线基站定位等等，多基于陀螺仪，多普勒效应，电磁波的发射和接收等原理。但是它们需要外部供电，不能做到自驱动。另外现有的广泛应用的测量物体运动参数的设备多针对宏观上较大尺度，较少针对小尺度。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本发明所要解决的技术问题是现有的广泛应用的测量物体运动参数的设备多针对宏观上较大尺度，较少针对小尺度，需要外部供电，不能做到自驱动。
[0006](二)技术方案
[0007]为解决上述技术问题，本发明的一个方面是提出一种测量物体在一维方向上运动参数的装置，包括一个滑动件、至少两个固定件，所述至少两个固定件在一个指定的被测方向上排列并被固定，所述滑动件(101)能够在所述被测方向上运动并分别与所述至少两个固定件产生滑动摩擦，所述滑动件和所述至少两个固定件均包括摩擦层，所述滑动件的摩擦层与所述至少两个固定件的摩擦层由具有不同摩擦电序的材料构成；所述滑动件与所述至少两个固定件之间产生的电信号的幅度不相等。
[0008]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述各摩擦层的不作为滑动摩擦面的一面均连接有一个导电层；或者，所述滑动件、所述至少两个固定件中至少一个的摩擦层的材料为导电材料，由导电材料构成的摩擦层直接作为导电层，不连接其他导电层，并且所述滑动件与所述至少两个固定件之间产生的电信号是指所述滑动件的导电层与所述至少两个固定件之间的导电层之间产生的电信号。
[0009]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述至少两个固定件的摩擦层采用相同摩擦电序的材料，但是滑动摩擦面积不同；或者，所述至少两个固定件的摩擦层具有相同的滑动摩擦面积，但由不同摩擦电序的材料构成。
[0010]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述至少两个固定件的摩擦层采用相同摩擦电序的材料，所述滑动件、所述至少两个固定件均为矩形条，各矩形条具有相等的宽度，且各矩形条的长度方向垂直于指定的测量方向，并且，所述至少两个固定件的长度不同，所述滑动件的长度大于所述至少两个固定件中的任一个。
[0011]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述固定件多于两个，各固定件与所述滑动件的滑动摩擦面积或其摩擦层的摩擦电序在所述指定测量方向上不呈对称分布。
[0012]本发明的另一个方面是提出一种测量物体在一维方向上运动参数的方法，包括如下步骤:将被测物体固定在一个滑动件上；将至少两个固定件在一个指定的被测方向上排列并固定，所述滑动件能够在所述被测方向上运动并分别与所述至少两个固定件产生滑动摩擦，所述滑动件和所述至少两个固定件均包括摩擦层，所述滑动件的摩擦层与所述至少两个固定件的摩擦层由具有不同摩擦电序的材料构成；各固定件与所述滑动件的滑动摩擦面积或其摩擦层的摩擦电序在所述指定测量方向上不呈对称分布；测量所述滑动件与所述至少两个固定件之间产生的电信号，并根据该电信号获得所述被测物体的运动方向。
[0013]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，还包括:根据所述电信号获得所述滑动件滑动至所述至少两个固定件的时刻，结合所述至少两个固定件之间的间距，获得所述被测物体在所述被测方向上的速度。
[0014]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述固定件多于两个，所述方法还包括:根据所测量的滑动件在多个固定件之间的速度来计算所述被测物体的加速度。
[0015]本发明的另一个方面是提出一种测量物体在一维方向上运动参数的装置，其特征在于，包括一个滑动件和一个梳状固定件，所述滑动件呈现条状，所述梳状固定件包括一个平行于指定被测方向的侧边和从侧边垂直伸出的多个条状梳齿，所述滑动件和所述梳状固定件均包括摩擦层，所述滑动件的摩擦层与所述至梳状固定件的摩擦层由具有不同摩擦电序的材料构成；所述滑动件与所述梳状固定件之间产生的电信号的幅度不相等。
[0016]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述滑动件仅由一种导电材料构成，自身既充当摩擦层又充当导电层，所述梳状固定件从下至上由基板、导电层和摩擦层叠置而成。
[0017]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述多个梳齿的宽度相等，且其长度的分布在滑动方向上不对称。
[0018]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述摩擦层的材料为聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林。
[0019]本发明的另一个方面是提出一种测量物体在一维方向上运动参数的方法，包括如下步骤:将被测物体固定在一个滑动件上；使该滑动件在一个梳状固定件上滑动，所述滑动件仅由一种导电材料构成，自身既充当摩擦层又充当导电层，所述梳状固定件从下至上由基板、导电层和摩擦层叠置而成，并且，所述多个梳齿的宽度相等，且其长度的分布在滑动方向上不对称；测量所述滑动件与所述多个条状梳齿之间产生的电信号，并根据该电信号获得所述被测物体的运动方向。
[0020]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，还包括如下步骤:根据所述电信号获得所述滑动件滑动至所述多个梳齿的时刻，结合所述多个梳齿之间的间距，获得所述被测物体在所述被测方向上的速度。
[0021]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，还包括如下步骤:根据所测量的滑动件在多个梳齿之间的速度来计算所述被测物体的加速度。
[0022]本发明的另一个方面是提出一种测量物体在二维方向上运动参数的装置，其特征在于，包括一个正“十”字形的十字滑动件和一个正方形的固定件，所述十字滑动件由相互正交且中心对称的四条滑动臂构成，所述固定件包括依次层叠的基板、导电层和摩擦层，所述摩擦层由多个呈条状的摩擦条构成，各摩擦条分布于所述固定件的四个侧面；所述固定件的中部不具有所述摩擦条的位置开有格形的凹槽，所述格形包括纵横排列的多个单元格，所述滑动件的十字交叉位置设置有一个凸块，该凸块容纳于所述凹槽中，以至于所述滑动件能够在所述凹槽中沿着凹槽滑动，从而，使所述滑动件的四个滑动臂与所述摩擦层产生滑动摩擦，在该滑动件与所述导电层之间产生电信号，
[0023]所述滑动件的凸块在所述凹槽内平动时，所述滑动件运动范围始终能覆盖所述滑动条，当所述滑动件的所述凸块位于所述凹槽的各个单元格的顶点时，其不与任何摩擦条相接触，所述摩擦条的分布使得当所述滑动件沿着所述凹槽的单元格的边平动时所产生的电信号不同。
[0024]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述各摩擦条呈矩形，其长度方向垂直于所述固定件的侧边，其宽度则相等。
[0025]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述各摩擦条的长度为η个长度值中的一个，所述固定件各侧边的摩擦条的长度分布为左右相同，上下相同，其中η > 2。
[0026]根据本发明该方面的一种【具体实施方式】，所述格形为田字形，η=2，所述左右侧边上部、左右侧边下部、上下侧边左部、上下侧边右部的摩擦条组成四个小组，各个摩擦条组包括相同长短分布的两个小组，即左右两个小组或上下两个小组，不同摩擦条组的长短分布的正序和倒序均各不相同，分别对