備有柵格式銅電極層的聚酰亞胺薄膜包裹在PE圓 柱的表面上，另一個(gè)正反兩面制備有柵格式銅電極層的聚酰亞胺薄膜貼附在PE圓筒的內(nèi) 表面上，使兩個(gè)聚酰亞胺薄膜上的電極層的條形電極的長(zhǎng)度延伸方向與所附著的圓柱或者 圓筒的軸線的夾角為45°。將PE材料的圓筒套在PE材料的圓柱上，使兩個(gè)制備有柵格式 銅電極層的聚酰亞胺薄膜相互接觸。通過導(dǎo)線將四個(gè)電極層按照?qǐng)D2的方式電連接，形成 速度傳感器，在第一輸出端和第二輸出端之間連接電信號(hào)測(cè)量裝置可以進(jìn)行輸出電信號(hào)測(cè) 量。
[0081] 本發(fā)明的靜電式速度傳感器在進(jìn)行速度傳感時(shí)，可以通過固定第一部件，第二部 件相對(duì)第一部件發(fā)生滑動(dòng)，且第二部件連接待測(cè)的運(yùn)動(dòng)物體的方法進(jìn)行待測(cè)物體運(yùn)動(dòng)速度 的傳感；或者固定第二部件，第一部件相對(duì)第二部件滑動(dòng)，第一部件連接到待測(cè)物體的方法 進(jìn)行待測(cè)物體運(yùn)動(dòng)速度的傳感。另外，也可以將兩個(gè)部件分別固定于可以發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的 兩個(gè)物體上，對(duì)兩個(gè)物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行傳感。以圖1中的傳感器結(jié)構(gòu)為例，使其切換 直線性速度測(cè)量和轉(zhuǎn)動(dòng)速度測(cè)量之間不需改變結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)線性運(yùn)動(dòng)速度的傳感，優(yōu)選 的第一部件的長(zhǎng)度大于第二部件的長(zhǎng)度，例如第一部件與第二部件的比例為10:1。
[0082] 在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)速度測(cè)量，PE材料的圓柱兩端分別插入兩個(gè)軸承內(nèi)側(cè)表 面，兩個(gè)軸承和PE材料的圓筒均固定。PE材料的圓柱一端由正時(shí)皮帶和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)相連，馬 達(dá)以2:1的降速比帶動(dòng)PE材料的圓柱沿自身軸線旋轉(zhuǎn)，使兩個(gè)正反兩面制備有柵格式銅電 極層的聚酰亞胺薄膜的表面相互滑動(dòng)摩擦。第一輸出端和第二輸出端之間使用10兆歐電 阻進(jìn)行連接，將電壓測(cè)試設(shè)備（Keithley6514靜電計(jì)）的兩端分別通過導(dǎo)線與第一輸出端 和第二輸出端相連，在不同速度下測(cè)試其信號(hào)波形。測(cè)量信號(hào)如圖6所示，可見信號(hào)周期與 速度有明顯對(duì)應(yīng)相關(guān)性。對(duì)信號(hào)周期進(jìn)行分析得到的速度測(cè)量值，其準(zhǔn)確度由圖7所示，傳 感器的測(cè)量誤差不超過〇. 9 %。
[0083] 采用上述制備的傳感器進(jìn)行直線性速度測(cè)量，PE材料的圓柱一端固定在線性馬達(dá) 上，由線性馬達(dá)提供往復(fù)式線性運(yùn)動(dòng)，圓筒外套固定不動(dòng)。第一輸出端和第二輸出端之間使 用10兆歐電阻進(jìn)行連接。將電壓測(cè)試設(shè)備（Keithley6514靜電計(jì)）的兩端分別通過導(dǎo)線 與第一輸出端和第二輸出端相連，在不同速度下測(cè)試其電信號(hào)波形。對(duì)正向、反向直線性運(yùn) 動(dòng)的信號(hào)周期分別進(jìn)行分析得到的速度測(cè)量值，其準(zhǔn)確度由圖7(正向）和圖8(反向）所 示，通過相關(guān)計(jì)算得到誤差不超過0. 5 %。
[0084] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任 何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方 法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí) 施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做 的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種靜電式速度傳感器，其特征在于，包括： 圓筒狀第一部件，包括：第一摩擦層、在所述第一摩擦層的內(nèi)外表面分別接觸設(shè)置的第 一電極層和第二電極層； 圓筒狀第二部件，包括：第二摩擦層、所述第二摩擦層的內(nèi)外表面分別接觸設(shè)置的第三 電極層和第四電極層； 所述第一部件與第二部件以第一部件的軸線為軸相互轉(zhuǎn)動(dòng)或者沿著軸向相互滑動(dòng)時(shí)， 所述第二部件的內(nèi)表面與第一部件的外表面相互緊密接觸； 其中，所述第一電極層、第二電極層、第三電極層和第四電極層均由平行等距排列并且 形狀相同的條形電極組成，相鄰兩個(gè)條形電極的距離與條形電極的寬度相同，所有所述條 形電極的長(zhǎng)度延伸方向與所在部件的軸線方向的夾角相同均為Q;所述第一電極層與第 二電極層錯(cuò)開半個(gè)周期，所述第三電極層與第四電極層錯(cuò)開半個(gè)周期； 所述第一電極層與第四電極層中的所有條形電極電連接形成第一輸出端，所述第二電 極層與第三電極層中的所有條形電極電連接形成第二輸出端； 所述第二部件的內(nèi)表面與第一部件的外表面沿著軸向或者徑向相對(duì)滑動(dòng)，所述第一輸 出端與第二輸出端之間輸出與所述滑動(dòng)速度相關(guān)的交流電信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的速度傳感器，其特征在于，每個(gè)所述電極層中設(shè)置有總線，將 同一電極層中的多個(gè)條形電極電連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的速度傳感器，其特征在于，所述第一摩擦件外表面和/或第二 摩擦件的內(nèi)表面的材料為絕緣體或者半導(dǎo)體。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的速度傳感器，其特征在于，所述第一摩擦件外表面的材料與 第二摩擦件內(nèi)表面的材料相同。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的速度傳感器，其特征在于，所述第二電極層的材料與第三電 極層的材料相同。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的速度傳感器，其特征在于，所述第二電極層與第三 電極層的厚度為10納米至10微米。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的速度傳感器，其特征在于，所述條形電極的長(zhǎng)度延伸方向與 所在部件的軸線方向的夾角9的范圍為〇°至90°。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的速度傳感器，其特征在于，所述條形電極的長(zhǎng)度延伸方向與 所在部件的軸線方向的夾角9為〇°、30°、45°、60°或90°。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的速度傳感器，其特征在于，還包括圓筒狀或圓柱狀的第一支 撐體，所述第一部件的內(nèi)表面緊密包裹第一支撐體的圓柱面。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的速度傳感器，其特征在于，還包括具有圓柱形開孔的第二支 撐體上，所述第二部件的外表面緊密貼合在第二支撐體的開孔內(nèi)側(cè)面上。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的速度傳感器，其特征在于，所述第二支撐件為圓筒結(jié)構(gòu)，由 內(nèi)層彈性緩沖材料和外層剛性材料分層構(gòu)成。12. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的速度傳感器，其特征在于，所述的絕緣體材料為：聚四氟乙 烯，聚二甲基硅氧烷，聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚 酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚 己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、再生纖維海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄 膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙 烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對(duì)苯二甲酸 乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、酚醛樹脂薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄 膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、聚（偏氯乙烯-CO-丙烯腈）薄膜或聚乙烯丙二酚碳酸 鹽薄膜，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯 腈、聚雙苯酸碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯； 所述半導(dǎo)體材料為：非導(dǎo)電性氧化物和復(fù)雜氧化物。13. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的速度傳感器，其特征在于，所述電極層中條形電極的寬度為 100微米至1毫米。14. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的速度傳感器，其特征在于，所述電極層中條形電極的寬度為 1毫米-10厘米。15. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的速度傳感器，其特征在于，所述第一摩擦件和第二摩擦件的 厚度范圍為25微米至1厘米。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可測(cè)量線性運(yùn)動(dòng)速度或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度的多功能速度傳感器，包括可以相互滑動(dòng)的圓筒狀第一部件和第二部件，第一部件的和第二部件的內(nèi)外表面均為平行排列的條狀電極與摩擦層相互交替形成的柵格式結(jié)構(gòu)，同一部件的內(nèi)表面和外表面的柵格結(jié)構(gòu)相互錯(cuò)開半個(gè)周期。圓筒狀第一部件的外表面和第二部件的內(nèi)表面發(fā)生相對(duì)線性滑動(dòng)或相對(duì)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)時(shí)，兩個(gè)柵格結(jié)構(gòu)相互滑動(dòng)摩擦，條狀電極與摩擦層相互交替摩擦，在表面產(chǎn)生摩擦靜電。靜電依附在柵格的摩擦材料上，在運(yùn)動(dòng)中周期性驅(qū)動(dòng)電子往復(fù)于摩擦膜的兩個(gè)表面上的柵格電極，從而產(chǎn)生交替的電信號(hào)輸出。該電信號(hào)的周期反映出柵格的周期結(jié)構(gòu)，從而可以用來測(cè)量相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度。
【IPC分類】G01P3/42
【公開號(hào)】CN105203790
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410302772
【發(fā)明人】井慶深, 王中林, 韓平疇
【申請(qǐng)人】北京納米能源與系統(tǒng)研究所
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2014年6月27日