本发明涉及接触式摩擦发电俘能装置，尤其涉及一种接触式摩擦发电的心脏搏动俘能装置。
背景技术：
当今，人体置入式电子设备在医疗领域有着广泛应用，其能耗问题备受关注，一般情况下，人体置入式电子设备的电池能源在5到7年即会耗尽，进行更换电池的手术不仅麻烦，而且价格昂贵，而心脏搏动能量的采集可能是解决这一问题的理想方法。目前对心脏能量采集方面的研究思路主要分为采集心脏搏动的能量以及采集心腔压差的能量，使用的能量传感器主要分为电磁、静电、压电，但限于材料和工艺水平、能量转换效率、生物相容性等问题，将心脏能量采集技术投入实际应用仍需进一步的研究。常用的心脏俘能技术有压电式能量采集器、压片式发电机等等。如采用压电式能量采集器，其心率使用范围较窄；如采用压片式发电机，其能量转化效率较低。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种接触式摩擦发电的心脏搏动俘能装置，能采集心脏搏动能量并为人体置入式电子设备提供电能，该装置具有微型化、易加工、较高的能量转化率等优点，且具有较好的生物兼容性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种接触式摩擦发电的心脏搏动俘能装置，该俘能装置采集心脏搏动能量，并将给能量转换为电能，包括两个俘能部件和串联两个俘能部件并形成环形结构的绑带，俘能部件包括若干排传感单元，所述传感单元由多个接触式摩擦发电单元串联而成，接触式摩擦发电单元将胸腔起伏的机械能转化为电能。
进一步地，摩擦发电单元包括第一介电材料层和第二介电材料层，第一介电材料层和第二介电材料层通过两个开口相对的v型弹性扣件连接，第一介电材料层和第二介电材料层的极性相反。摩擦发电单元之间通过所述v型弹性扣件串联。
进一步地，第一介电材料层和第二介电材料层分别通过一电极层进行电荷输出。
进一步地，心脏扩张时，在拉伸力的作用下，v型弹性扣件合拢，第一介电材料层和第二介电材料层的内表面接触并产生摩擦，由于两种介电材料极性相反，两个介电材料层表面分别形成极性相反的电荷；心脏收缩时，拉伸力撤销，在v型弹性扣件弹性力的作用下第一介电材料和第二介电材料分开的过程中，产生电势差。
本发明的有益效果是：基于心脏搏动的接触式静电俘能装置，将摩擦发电单元通过电线串联起来，内置于封装材料，包覆于心脏外表面，可以根据其力电转换特性，能够将心脏搏动的机械能转化为电能，为置入式电子设备供电。相较于现有的心脏俘能装置，本发明具有使用寿命长、易与其他加工工艺集成、高能量转化率的优势。
附图说明
图1是该心脏俘能装置整体的结构图。
图2是该心脏俘能装置接触式摩擦发电单元的连接示意图。
图3是该心脏俘能装置接触式摩擦发电单元的结构图。
图4是该心脏俘能装置在心脏扩张时的状态示意图。
图5是该心脏俘能装置在心脏收缩时的状态示意图。
图中标号：1摩擦发电单元；2第一介电材料；3第二介电材料；4第一电极层；5第二电极层；6v型弹性扣件；7绑带。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
如图1所示的接触式摩擦发电的心脏搏动俘能装置，应用于心脏搏动能量的采集，包括两个俘能部件和串联两个俘能部件并形成环形结构的绑带，接触式摩擦发电单元能够将心脏搏动的机械能转化为电能。
俘能部件包括若干排传感单元，所述传感单元由多个接触式摩擦发电单元串联而成，摩擦发电单元如图3所示，包括上方的第一介电材料2和下方的第二介电材料3，第一介电材料2和第二介电材料3由两个开口相对的v型弹性扣件6连接，第一介电材料2和第二介电材料3的极性相反。第一介电材料2上侧设有第一电极层4，第二介电材料3下侧设有第二电极层5。v型弹性扣件6一端固定于第一介电材料2，另一端固定于第二介电材料3，两个v型弹性扣件6分别位于摩擦发电单元两侧。相邻的摩擦发电单元通过v型弹性扣件6两两固定在一起，使摩擦发电单元集成为整体的俘能部件。第一电极层和第二电极层构成该俘能装置的正负极，与人体置入式电子设备的电池模块相连，向电池模块输出电能。
心脏扩张时，在拉伸力的作用下，v型弹性扣件6合拢，第一介电材料2和第二介电材料3的内表面接触并产生摩擦，如图4所示；心脏收缩时，拉伸力撤销，在v型弹性扣件6弹性力的作用下第一介电材料2和第二介电材料3分开的过程中，介电材料2、3之间形成感应电势差，为平衡感应电势差，电极层4、5通过用电路发生电荷转移，形成电流，如图5所示。
其中，对于单个接触式摩擦发电单元，两种介电材料2、3的厚度分别为d1和d2两者的相对介电常数分别为εr1和εr2。x(t)表示两种介电材料之间的距离(即第一介电材料2和第二介电材料3之间的距离)。当接触式摩擦发电装置工作时，x(t)从0到最大变化。当两种介电材料接触(即x(t)＝0)，电极板充电，两个涂有介电材料的电极板的表面获得相反的静电荷，具有相等的电荷密度σ(接触摩擦产生的电荷密度)。并且当两种介电材料分离时，电荷经外加电路产生电流。当负载电阻给定为r时，电压可表示为：
其中d0＝d1/εr1+d2/εr2，为介电材料的等效厚度，s为介电材料电极板的接触面积，ε0为真空介电常数。v(t)即为单个摩擦发电单元的输出电压。