基于摩擦纳米发电机的自供能湿度传感系统

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随着科学技术的快速发展,物联网等大批的新兴技术获得了迅速的发展。遍布于各行各业的,数以几十亿计的传感器为物联网等获取信息,以便于信息的收集,整理,管理指令的颁发,应急措施的实施等,因此传感器是众多新兴科技中数字化生产和智能社会中的关键器件与核心技术。在享受其为我们的生活带来巨大的便利同时,数以几十亿计传感器功耗和供能问题日益突出。目前电池成为传感器供电的主要方法,但由于其有限的储能和使用寿命,需要定期的更换和维护,而电池在高温,高腐蚀性特点的工作环境下具有一定的危险性。尽管各种低功耗的各类传感器已普遍应用于实际生活,但是,几十亿低功耗的传感器大规模应用,总耗能量也是惊人的。自供能传感器的出现已经是大势所趋。自供能传感器就是在此环境下出现的一种新型的技术。湿度与我们的生活和生产息息相关,特别在一些领域当中扮演着中重要的角色,如湿度失控或不当可能造成大量制作的产品不合格,可能造成千万元的损失。如今市面上的湿度传感器层出不穷,但是都不能做到自身无电工作,需要电池或外接电源供电,因此,研发自供能湿度传感器对于科学技术和整个社会发展极其必要和紧迫。本文设计了一种基于摩擦纳米发电机和LC振荡电路的自供能传感平台,可与各式电容传感器组成测量多种物理量的自供能传感系统。同时本文利用高分子材料与叉指电极器件结合制备了一种反应迅速,结构简单,体积小的电容式湿度传感器。将自供能平台LC电路中的电容更换为湿度传感器,电感一定时,LC电路产生的信号频率由传感器的容值决定,利用特殊处理后的摩擦纳米发电机产生的能量激励LC振荡电路生成振荡信号,信号频率就包含了传感器信息。这就形成了一个不需要外接电源的情况下可以连续正常工作的自供能湿度传感系统。在此,为了分析信号的方便,设计了一套信号采集处理装置,通过STM32的硬件控制把采集到的信号传递给电脑中的LABVIEW所编写的上位机进行处理。整个系统结构简单,易于操作,自供能,便于在复杂多变的环境中长期正常工作。
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