一种基于超弹性体材料摩擦生电的箭靶环数检测装置的制作方法

本发明涉及静电摩擦、能量转换领域，特指一种基于超弹性体材料摩擦生电的箭靶环数检测装置。

背景技术：

随着经济发展和人类生活水平的提高，射箭不再是运动员的专属项目，这项竞技体育活动在广大青少年群体中逐渐变得流行起来。箭靶上的读数决定着比赛的胜负，然而目前市面上常规的箭靶依靠人工读数，这样不仅误差较大，而且容易引起争议，因此发明一种可以更精确检测箭靶环数的装置具有很大的实用价值。

申请号为cn201420240344.5的中国专利申请公开了一种电子感应式箭靶套装，其通过在箭内设置id芯片，在箭靶内部设置id读卡器，与微处理器结合达到判定中靶位置的目的，但是该装置需要外部电源供电才能够工作；申请号为cn201710371011.4的中国专利申请公开了一种射箭自动识别弓箭插入箭靶落点坐标位置即时报靶系统，通过电磁波测距装置来完成对箭的位置检测，其仍然需要在外部电源供电的情况下才能发射电磁波投入使用，而且该装置在使用前需要手动校准，容易产生误差。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的缺陷，根据摩擦起电和静电感应原理，在箭靶内设置一种单电极模式的摩擦纳米发电机(teng)，通过收集射出箭的动能和冲击能并转化为电信号输出，与起电层的环形阵列结构设计结合，达到较精准地测量中靶环数的目的，然后通过单片机对摩擦纳米发电机所产生的电信号进行处理分析，最后将中靶情况和中靶环数显示在显示屏中。

本发明解决的技术问题是：提供一种基于摩擦生电的箭靶环数检测装置，其可以将所射出弓箭的动能和冲击能收集并转化为电信号输出，与此同时，还可以实现弓箭中靶环数的检测，主要用于解决目前箭靶环数读数不精确以及装置依赖干电池或外接电源供电的问题。

本发明提供的一种基于摩擦生电的箭靶环数检测装置，其特征在于，包括环数贴纸、纤维套、草垫、形状记忆合金、弹性垫片、第一起电层、第二起电层、亚克力板阵列、亚克力支撑板、整流桥、储能装置、单片机和显示屏；其中环数贴纸位于箭靶外层的纤维套表面，进一步的，纤维套内部包括草垫，与草垫横截面积相等且紧密贴合的形状记忆合金，与形状记忆合金紧密贴合的第一起电层，与第一起电层相对放置的位于环形亚克力板阵列表面的第二起电层，环形亚克力板阵列根据到靶心位置的距离不同按矩阵分布，距离越近，环数越高；弹性垫片位于形状记忆合金和亚克力支撑板之间，且弹性联接形状记忆合金和亚克力支撑板；其中形状记忆合金、第一起电层、弹性垫片、第二起电层和环形亚克力板阵列组成单电极式摩擦纳米发电机；整流桥与摩擦纳米发电机的第二起电层联接，并与储能装置和单片机电性连接，显示屏与单片机电性连接。

当弓箭射中箭靶时，弓箭所携带的动能和冲击能使得形状记忆合金在瞬间发生形变，贴附于形状记忆合金表面的第一起电层完成与第二起电层的接触分离，根据摩擦起电和静电感应原理，由于第一起电层和第二起电层材料电负性的较大差异，摩擦纳米发电机产生电信号输出，电信号经整流桥整流实现对储能装置的充电；与此同时，第二起电层位于环形亚克力板阵列表面，且环形亚克力板阵列是根据距靶心距离的远近阵列式分布，摩擦纳米发电机产生的电信号经由单片机处理分析得到弓箭射中靶的位置，最后将环数显示在显示屏上，达到对箭靶环数检测的目的。

所述储能装置内有可充电锂电池，一方面其可以接收摩擦纳米发电机产生的电能，另一方面，其可以为单片机的信号处理、及显示屏显示环数提供电能；

优选的，所述草垫由稻草经过加压设备压制而成，其厚度适中，在5mm-10mm范围内。

优选的，所述第二起电层采用超弹性体薄膜材料，共包括3层，其中上下两层为硅胶，中间层为碳黑-碳纳米管-硅胶按1:4:100质量比制成的混合物，其在摩擦纳米发电机中充当导电层，每一层的厚度为50μm-1mm；

优选的，所述环形亚克力板阵列根据距靶心远近按矩阵样式分布，所述环形亚克力板阵列贴附于亚克力支撑板表面，所述超弹性体薄膜贴附于所述环形亚克力板阵列表面。

优选的，所述第一起电层选用电负性较低的材料，如丁腈橡胶、ptfe等,厚度为50μm-1mm。

优选的，所述弹性垫片选用质软且弹性良好的材料，如橡胶等，弹性垫片的厚度在500μm-1mm范围内，

优选的，所述纤维套选用商用纺织纤维材质，纤维套厚度在500μm-1mm范围内，除环数贴纸以外，其他的组成部件均位于纤维套内部。

本发明提出的一种基于摩擦生电的箭靶环数检测装置，其根据摩擦起电和静电感应原理，将射出的弓箭所带的动能和冲击能收集并转化为电能，并根据矩阵定位原理通过单片机进行信号处理分析获得箭靶的环数，解决了射箭比赛中人工读数不准确、易引起争议的问题，同时可以回收射箭产生的能量，具有极大的实用价值。

附图说明

图1为本发明的一种基于摩擦生电的箭靶环数检测装置正视图；

图2为本发明的一种基于摩擦生电的箭靶环数检测装置侧面剖视图；

图3为本发明的一种基于摩擦生电的箭靶环数检测装置局部放大图；

图4为本发明的一种基于摩擦生电的箭靶环数检测装置内部电路图。

图中：1、支架2、环数贴纸3、纤维套4、草垫5、形状记忆合金6、第一起电层7、弹性垫片8、第二起电层9、环形亚克力板阵列10、亚克力支撑板11、显示屏

具体实施方式

本发明提供一种新颖的箭靶环数检测方法，根据摩擦起电和静电感应原理，在箭靶内部设置了一种单电极式摩擦纳米发电机，通过将射出的弓箭所携带的动能和冲击能转化为电信号输出，根据矩阵定位原理通过单片机对摩擦纳米发电机所产生的电信号处理分析实现对箭靶的环数的检测。

为了便于理解本发明的技术方案，下面结合附图详细介绍本发明的具体实施方法。

参见图1，本发明的一种基于摩擦生电的箭靶环数检测装置主体由支架1、环数贴纸2、纤维套3和显示屏11组成，进一步的，如图2所示，纤维套3内部还包括草垫4，位于草垫4右侧且与草垫4贴合的形状记忆合金5、与形状记忆合金5紧密贴合的第一起电层6、连接形状记忆合金5和亚克力支撑板10的弹性垫片7、贴附于亚克力支撑板10内侧(左侧)的环形亚克力板阵列9以及与环形亚克力板阵列9紧密贴合的第二起电层8；其中，形状记忆合金5、第一起电层6、弹性垫片7、第二起电层8以及环形亚克力板阵列9组成单电极式的摩擦纳米发电机；本发明的一种基于摩擦生电的箭靶环数检测装置，在弓箭射到箭靶上时，弓箭所带的动能和冲击能会穿破纤维套3和草垫4并使形状记忆合金5在一瞬间发生形变，从而挤压弹性垫片7，使得贴附于形状记忆合金5右侧的第一起电层6与贴附于环形亚克力板阵列9上的的第二起电层8完成接触-分离的动作；由于第一起电层6和第二起电层8电负性的较大差异，根据摩擦起电和静电感应原理，摩擦纳米发电机将会产生电信号输出，经过整流电路为储能装置充电，同时将整流后的电信号发送至单片机，根据矩阵定位原理，由单片机对该电信号进行处理分析，可以较精确地得到弓箭命中的箭靶位置，实现箭靶环数的检测，如图3所示。

综上所述，本发明的一种基于摩擦生电的箭靶环数检测装置，根据摩擦起电和静电感应原理，通过将射出的弓箭所带的动能和冲击能转化为电能，然后经由整流电流整流给储能装置充电实现能量的回收，与此同时，通过在箭靶内部设置环形阵列，利用单片机对经过整流的摩擦纳米发电机产生的电信号进行处理分析，获得弓箭命中箭靶的位置，实现对箭靶环数的检测，解决了射箭比赛中人工读数不准确、易引起争议的问题，同时可以回收射箭产生的能量，具有很大的实用价值。