分子聚合材料件组成)。此时，由于承压板未受外力，弹性回复件400 (此处为挤压垫圈)没有形变而处于自然状态，间隙60的距离保持不变；当承压板受力时，使得弹性回复件400在承压板和屏蔽壳体的压力下发生形变，从而使得第一静电部和第二静电部之间的间隙60的距离发生变化，继而使得第一静电部和第二静电部之间的输出电压发生变化，然后采用静电压计或其他静电电压检测设备即可测得第一静电部和第二静电部之间的电压，即可反映出该传感器输出电压的变化，然后根据第一静电部和第二静电部间的间距X(t)与所测得电压V的函数关系式即可得到如式I所示关于X(t)的函数关系式，
[0065]X (t) = KV 式 I
[0066]其中，K为一固定系数
[0067]由此，进一步从承压板开始受力时计时，可以对式I函数关系式关于时间t微分得到速度函数v(t)关系式，对速度函数v(t)关系式关于时间t微分得到加速度函数a(t)关系式，由于挤压垫圈变形量与第一静电部和第二静电部间的间距X(t)相等，即可得到承压板所受外力F= Φ (X(t))的函数关系式。
[0068]具体的，以本发明的自供能传感器为例，通过步进电机滑台控制第一静电部和第二静电部之间的距离，并采用静电压计(KEITHLEY Model 6514 System Electromer)测定其开路电压。
[0069]实验步骤:将本发明的自供能传感器的两个静电部保持分离状态12小时即弹性回复件没有形变的状态，利用步进电机滑台紧贴该传感器中的第一静电部和第二静电部，使得第一静电部和第二静电部之间的距离每次减小0.1_，期间利用静压电压计测得每一定点位移的电压值，得到的位移电压曲线图如图8所示。
[0070]在图8中，纵坐标数值代表静电电压计所测得的电压值，横坐标数值代表第一静电部和第二静电部之间距离变化量，由图可知，传感器的输出电压值同两静电部之间的距离变化量呈良好的线性关系，更优的，可以截取一段线性最好的曲线对应的两发电部间隙距离变化区间作为传感器的工作范围。
[0071]根据在学术期刊《能源与环境科学》发表的论文《Theoretical study ofcontact-mode triboelectric nanogenerators as an effective power source》(ENERGY&ENVIRONMENTAL SCIENCE, 2013 ；6(12):3576)中的记载及发明人的试验(如图 8)可知，上述的输出电压值与第一摩擦发电部和第二摩擦发电部之间的间距存在一一对应的线性关系，得到相应的位移函数关系，实现了将位移变化转换为输出电压变化的过程，即位移传感器的功能，然后通过相应的函数计算，还可以得到加速度、速度、压力等函数，实现其他如加速度、压力传感器的功能。
[0072]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0073]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种自供能传感器，其特征在于，包括: 屏蔽壳体，所述屏蔽壳体内部限定出上下敞开的腔室； 下盖板，所述下盖板位于所述屏蔽壳体的下端且适于封闭所述腔室的下端开口； 承压板，所述承压板位于所述屏蔽壳体的上端且适于封闭所述腔室的上端开口； 弹性回复件，所述承压板与所述屏蔽壳体通过所述弹性回复件相连； 静电组件，所述静电组件由静电部以及分别位于所述静电部上表面和下表面的第一绝缘件和第二绝缘件组成，所述静电组件设置在所述腔室内，所述静电部包括自上至下相互分离设置的第一静电部和第二静电部，所述第一静电部通过所述第一绝缘件固定设置在所述承压板的下表面，所述第二静电部通过所述第二绝缘件固定设置在所述下盖板的上表面，所述第一静电部和第二静电部之间具有间隙，所述第一静电部和/或第二静电部具有静电荷， 当所述承压板受到外力作用时，所述弹性回复件产生形变，进而使所述承压板与所述屏蔽壳体之间产生相对位移，带动所述第一静电部和第二静电部之间距离发生变化，从而使所述静电组件的输出电压产生变化。
2.根据权利要求1所述的自供能传感器，其特征在于，所述第一绝缘件包括从上至下层叠的第一绝缘层和第一绝缘垫圈，所述第二绝缘件包括从上至下层叠的第二绝缘垫圈和第二绝缘层。
3.根据权利要求1所述的自供能传感器，其特征在于，所述弹性回复件为挤压垫圈，所述挤压垫圈设置在所述屏蔽壳体上端与所述承压板下表面之间。
4.根据权利要求1所述的自供能传感器，其特征在于，所述屏蔽壳体、下盖板及承压板由金属或含有金属和非金属的复合材料组成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的自供能传感器，其特征在于，所述第一静电部由第一电极组成，所述第二静电部由第一高分子聚合材料件组成。
6.根据权利要求5所述的自供能传感器，其特征在于，所述第二静电部进一步包括第二电极，所述第二电极设置在所述第一高分子聚合材料件的下表面。
7.根据权利要求5所述的自供能传感器，其特征在于，所述第一静电部进一步包括第二高分子聚合材料件，所述第二高分子聚合材料件设置在所述第一电极的下表面。
8.根据权利要求5所述的自供能传感器，其特征在于，所述第一静电部进一步包括第二高分子聚合材料件，所述第二静电部进一步包括第二电极，所述第二高分子聚合材料件设置在所述第一电极的下表面，所述第二电极设置在所述第一高分子聚合材料件的下表面。
9.根据权利要求5-8任一项所述的自供能传感器，其特征在于，所述第一高分子聚合材料件和/或第二高分子聚合材料件上具有静电荷。
10.根据权利要求5或7所述的自供能传感器，其特征在于，所述第一电极及所述屏蔽壳体为所述自供能传感器的信号输出端。
11.根据权利要求6或8所述的自供能传感器，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极为所述自供能传感器的信号输出端。
【专利摘要】本发明公开了一种自供能传感器，包括：屏蔽壳体，其内部限定出上下敞开腔室；下盖板，其位于屏蔽壳体下端；承压板，其位于屏蔽壳体上端；弹性回复件，承压板与屏蔽壳体通过弹性回复件相连；静电组件，其由静电部、第一绝缘件和第二绝缘件组成，静电部包括相互分离设置的第一静电部和第二静电部，第一静电部通过第一绝缘件固定设置在承压板下表面，第二静电部通过第二绝缘件固定设置在下盖板上表面，第一静电部和第二静电部之间具有间隙，第一静电部和/或第二静电部具有静电荷，当承压板受到外力时，弹性回复件产生形变，使承压板与屏蔽壳体之间产生相对位移，带动第一静电部和第二静电部之间距离变化，从而使静电组件输出电压产生变化。
【IPC分类】G01D5-24, H02N1-00
【公开号】CN104776868
【申请号】CN201510086373
【发明人】刁海丰, 程驰, 崔婧, 付晓玥, 钟强, 赵颖, 冯顺, 孙利佳, 王珊, 赵豪
【申请人】纳米新能源（唐山）有限责任公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年2月16日