一種振動(dòng)探測(cè)器和探測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種振動(dòng)探測(cè)器，包括納米發(fā)電機(jī)和檢測(cè)裝置，其中，所述納米發(fā)電機(jī)，用于在振動(dòng)物體的振動(dòng)作用下隨著所述振動(dòng)產(chǎn)生形變，并在所述納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)；所述檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)，并根據(jù)所述電信號(hào)獲得所述振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率或振幅。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種振動(dòng)探測(cè)方法。本發(fā)明的振動(dòng)探測(cè)器，無(wú)需為納米發(fā)電機(jī)提供電源，由振動(dòng)物體的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)裝置分析出振動(dòng)的頻率和幅度?？梢詰?yīng)用在設(shè)備振動(dòng)探測(cè)、橋梁振動(dòng)檢測(cè)、健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中，也可用于一些危險(xiǎn)的和不適于應(yīng)用外部能源的特殊環(huán)境。
【專利說(shuō)明】一種振動(dòng)探測(cè)器和探測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種探測(cè)振動(dòng)的振動(dòng)探測(cè)器和探測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，有關(guān)振動(dòng)探測(cè)器的種類很多，以常用的激光測(cè)振儀為例，激光測(cè)振儀的核心是一臺(tái)高精密激光干涉儀和一臺(tái)信號(hào)處理器，激光干涉儀通過(guò)收集被測(cè)物體表面反射回的微弱激光，經(jīng)光線干涉產(chǎn)生頻移信號(hào)，信號(hào)處理器將頻移信號(hào)轉(zhuǎn)換為速度和位移信號(hào)，獲得被測(cè)物體的振動(dòng)信息。激光干涉儀和信號(hào)處理器都是精密設(shè)備，不僅體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備成本高，而且需要為激光測(cè)振儀提供外部電源才能進(jìn)行探測(cè)，這些缺點(diǎn)限制了激光測(cè)振儀的廣泛應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了克服上述現(xiàn)有振動(dòng)探測(cè)器需要外部電源供電的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種自驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)探測(cè)器。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種振動(dòng)探測(cè)器，包括納米發(fā)電機(jī)和檢測(cè)裝置，其中，
[0005]所述納米發(fā)電機(jī)，用于在振動(dòng)物體的振動(dòng)作用下隨著所述振動(dòng)產(chǎn)生形變，并在所述納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)；
[0006]所述檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)，并根據(jù)所述電信號(hào)獲得所述振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率或振幅。
[0007]優(yōu)選地，所述納米發(fā)電機(jī)包括:
[0008]柔性基底；
[0009]所述柔性基底上的底電極；
[0010]所述底電極上的壓電層；
[0011]所述壓電層上的介質(zhì)層；
[0012]所述介質(zhì)層上的頂電極。
[0013]優(yōu)選地，所述納米發(fā)電機(jī)的基底或頂電極貼附在所述振動(dòng)物體的振動(dòng)表面上。
[0014]優(yōu)選地,包括納米發(fā)電機(jī)與所述振動(dòng)物體之間包括介質(zhì),所述振動(dòng)物體的振動(dòng)能量通過(guò)所述介質(zhì)傳遞至所述納米發(fā)電機(jī)使所述納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生形變。
[0015]優(yōu)選地,所述介質(zhì)為氣體、液體或彈性固體材料。
[0016]優(yōu)選地，所述柔性基底為柔性聚合物或可彎曲的金屬片/箔。
[0017]優(yōu)選地，所述壓電層的材料為ZnO、Pb(Zr，Ti) 03、BaTi03或GaN。
[0018]優(yōu)選地，所述檢測(cè)裝置為電壓或電流信號(hào)的檢測(cè)裝置。
[0019]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種振動(dòng)探測(cè)方法，包括:
[0020]振動(dòng)物體產(chǎn)生振動(dòng)；
[0021]所述振動(dòng)使納米發(fā)電機(jī)發(fā)生形變，并在所述納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào);
[0022]檢測(cè)所述納米發(fā)電機(jī)隨所述振動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)，并根據(jù)所述電信號(hào)獲得所述振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率或振幅。
[0023]優(yōu)選地，所述納米發(fā)電機(jī)粘貼在所述振動(dòng)物體上，所述振動(dòng)使納米發(fā)電機(jī)發(fā)生形變步驟為:
[0024]所述振動(dòng)物體振動(dòng)時(shí)的表面使納米發(fā)電機(jī)發(fā)生形變。
[0025]優(yōu)選地，所述納米發(fā)電機(jī)與所述振動(dòng)物體之間包括介質(zhì)，所述振動(dòng)使納米發(fā)電機(jī)發(fā)生形變步驟為:
[0026]所述振動(dòng)物體的振動(dòng)引起所述介質(zhì)形變；
[0027]所述介質(zhì)形變帶動(dòng)所述納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生形變。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的振動(dòng)探測(cè)器具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0029]本發(fā)明提供一種振動(dòng)探測(cè)器和探測(cè)方法，所述振動(dòng)探測(cè)器包括納米發(fā)電機(jī)和檢測(cè)裝置，其中，所述納米發(fā)電機(jī)，用于在振動(dòng)物體的振動(dòng)作用下隨著所述振動(dòng)產(chǎn)生形變，并在所述納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)；所述檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)，并根據(jù)所述電信號(hào)獲得所述振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率或振幅。采用本發(fā)明的振動(dòng)探測(cè)器，無(wú)需為納米發(fā)電機(jī)提供電源，由振動(dòng)物體的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)裝置分析出振動(dòng)的頻率和幅度。振動(dòng)探測(cè)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備和運(yùn)行成本低，可以應(yīng)用在設(shè)備振動(dòng)探測(cè)、橋梁振動(dòng)檢測(cè)、健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中，也可用于一些危險(xiǎn)的和不適于應(yīng)用外部能源的特殊環(huán)境，例如低溫或輻射環(huán)境中。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0030]通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0031]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例振動(dòng)探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為振動(dòng)探測(cè)器中納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3至圖5為采用本發(fā)明的振動(dòng)探測(cè)方法和激光干涉探測(cè)方法探測(cè)鼓面振動(dòng)頻率結(jié)果曲線；
[0034]圖6為發(fā)明第二實(shí)施例振動(dòng)探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖7為本發(fā)明振動(dòng)探測(cè)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0037]現(xiàn)有的振動(dòng)探測(cè)器中，探測(cè)裝置的工作都需要外部電源供電，這不僅增加了設(shè)備成本，探測(cè)器的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。納米發(fā)電機(jī)的發(fā)明可以被視為利用納米壓電發(fā)電科學(xué)現(xiàn)象到實(shí)際應(yīng)用發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重大突破，迄今為止不同結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機(jī)被構(gòu)造出，極大的拓寬了納米發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化自然界浪費(fèi)和閑置的能量源為電能的能力，同時(shí)也為監(jiān)測(cè)這些能量源提供了一個(gè)全新的手段。只要納米發(fā)電機(jī)能夠感受到形變，并且這一形變所產(chǎn)生的壓電勢(shì)能夠在兩電極間產(chǎn)生電勢(shì)差，那么該形變就以電學(xué)信號(hào)的形式被探測(cè)到，同時(shí)，若產(chǎn)生的形變就有一定的頻率，那么這一頻率將被探測(cè)到。基于納米發(fā)電機(jī)的工作原理，本發(fā)明提供的振動(dòng)探測(cè)器的技術(shù)方案為，通過(guò)納米發(fā)電機(jī)感知振動(dòng)物體的振動(dòng)，直接測(cè)量和分析納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電學(xué)信號(hào)就可獲得振動(dòng)物體的頻率特征和振幅等信息。
[0038]本發(fā)明的采用本發(fā)明的振動(dòng)探測(cè)器，在整個(gè)探測(cè)過(guò)程中，無(wú)需外部電源驅(qū)動(dòng)探測(cè)器，也無(wú)需外部設(shè)備來(lái)感應(yīng)頻率信號(hào)。
[0039]下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0040]實(shí)施例一:
[0041]參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的振動(dòng)探測(cè)器，包括納米發(fā)電機(jī)110和檢測(cè)裝置120，其中，納米發(fā)電機(jī)110貼附在振動(dòng)物體SI的振動(dòng)表面上，納米發(fā)電機(jī)110用于在振動(dòng)物體SI的振動(dòng)作用下隨著所述振動(dòng)產(chǎn)生形變，并在所述納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)；檢測(cè)裝置120，用于檢測(cè)納米發(fā)電機(jī)110產(chǎn)生的電信號(hào)，并根據(jù)所述電信號(hào)獲得所述振動(dòng)物體SI的振動(dòng)頻率或振幅。
[0042]當(dāng)振動(dòng)物體SI產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，貼附在振動(dòng)物體SI振動(dòng)表面上的納米發(fā)電機(jī)110隨著所述振動(dòng)表面發(fā)生形變，在納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)，檢測(cè)裝置根據(jù)該電信號(hào)即可判斷振動(dòng)物體振動(dòng)表面的振幅。若振動(dòng)物體的振動(dòng)表面為周期性振動(dòng)，檢測(cè)裝置根據(jù)檢測(cè)到的電信號(hào)的變化規(guī)律可以確定振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率。
[0043]本發(fā)明中，納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)有多種，只要在機(jī)械力的作用下可以產(chǎn)生電信號(hào)的納米裝置都可以作為本實(shí)施例中的納米發(fā)電機(jī)。由于納米發(fā)電機(jī)的體積小、質(zhì)量輕，帖附在振動(dòng)物體表面的納米發(fā)電機(jī)對(duì)振動(dòng)物體的頻率和振幅產(chǎn)生的影響可以忽略。
[0044]本實(shí)施例中，納米發(fā)電機(jī)110在振動(dòng)物體SI的振動(dòng)帶動(dòng)下發(fā)生形變，結(jié)構(gòu)可以為多層結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖2，包括:柔性基底I ;柔性基底I上的底電極2 ;底電極2上的壓電層3，壓電層3上的介質(zhì)層4 ;介質(zhì)層4上的頂電極5。通過(guò)底電極和頂電極的電極引出線6與檢測(cè)裝置連接。其中，柔性基底可以為柔性聚合物或可彎曲的金屬片/箔；底電極和頂電極可以為金屬、合金等電極；壓電層的材料可以為任何壓電薄膜或壓電納米結(jié)構(gòu)材料，例如:ZnO、Pb (Zr, Ti) 03、BaTi03、GaN等的薄膜、納米線或納米棒等。
[0045]壓電層的材料優(yōu)選為ZnO、GaN等纖鋅礦結(jié)構(gòu)壓電材料的納米線。介電層的材料可以為聚合物，如PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PI (聚亞酰胺)、PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、PS (聚苯乙烯)等。圖2中右上角插圖為納米發(fā)電機(jī)的整體形貌。
[0046]以壓電層采用氧化鋅納米線微例，本發(fā)明中納米發(fā)電機(jī)的工作原理為:由于氧化鋅納米線為壓電材料，當(dāng)納米發(fā)電機(jī)受到振動(dòng)物體的振動(dòng)導(dǎo)致氧化鋅納米線發(fā)生形變時(shí)，納米線內(nèi)部會(huì)由應(yīng)變產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的壓電電場(chǎng)。由于感應(yīng)電荷的作用，這個(gè)壓電電場(chǎng)會(huì)使上下電極表面產(chǎn)生電勢(shì)差，這個(gè)電勢(shì)差會(huì)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)外電路的電子從一端電極流向另一端電極，從而形成電流，直至電極上累積的電子與壓電電場(chǎng)達(dá)到平衡；而當(dāng)外加應(yīng)力卸載的時(shí)候，由壓電電場(chǎng)形成的電勢(shì)差消失，其中一個(gè)電極上積累的電子會(huì)由相反方向流回，這樣就形成了一個(gè)交流的電流信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，也可以檢測(cè)振動(dòng)物體的振動(dòng)作用下納米發(fā)電機(jī)在兩個(gè)電極之間的電壓信號(hào)。[0047]下面以壓電納米線層采用ZnO為例，具體介紹納米發(fā)電機(jī)的制備過(guò)程。結(jié)合圖2，先在厚度約50 μ m的PI (聚酰亞胺)基底1上沉積Cr/Au下電極2，濺射一層50nm厚的ZnO種子層，然后懸浮于六水合硝酸鋅和六四甲基四胺的比例為10:1的溶液中，放入烘箱中在75°C下生長(zhǎng)12小時(shí)生長(zhǎng)ZnO納米線層3，壓電納米線的取向基本垂直與所述基底1。生長(zhǎng)完成后旋涂一層厚度約2 μ m的介電層PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)4，再在其上沉積Cr/Au上電極5，上下電極由電極引出線6引出，最后旋涂厚度ΙΟμπι左右的PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基娃氧燒)封裝,完成納米發(fā)電機(jī)的制備。封裝層的材料也可以為厚度10 μ m左右任意防潮的聚合物。
[0048]納米發(fā)電機(jī)中ZnO納米線層的生長(zhǎng)過(guò)程不限于上述過(guò)程，也可以在濺射完成ZnO種子層后，懸浮于六水合硝酸鋅和六四甲基四胺的比例為1:1的溶液中，放入烘箱中在95°C下生長(zhǎng)5小時(shí)，獲得ZnO納米線層。
[0049]本實(shí)施例中的檢測(cè)裝置可以為電壓或電流信號(hào)的檢測(cè)裝置，例如StanfordResearch System公司生產(chǎn)的SR 560和SR 570的電壓/電流放大器,經(jīng)過(guò)放大器的信號(hào)由信號(hào)采集裝置傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，并由軟件進(jìn)行讀取。還可以在所述檢測(cè)裝置中預(yù)設(shè)電信號(hào)與納米發(fā)電機(jī)中的壓電層材料的形變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用于根據(jù)納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)探測(cè)震動(dòng)物體的振幅。
[0050]將上述制備好的納米發(fā)電機(jī)的基底粘貼于鼓面上，敲擊鼓面時(shí)檢測(cè)裝置探測(cè)到納米發(fā)電機(jī)底電極和頂電極之間產(chǎn)生的電信號(hào)，傅里葉變換后得到頻率譜，如圖3和圖4所示，其中右側(cè)曲線為納米發(fā)電機(jī)(NG)探測(cè)到的振動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)。為了驗(yàn)證測(cè)量是否正確，利用傳統(tǒng)的激光測(cè)振法(Laser)的測(cè)量結(jié)果也在圖3中給出。從圖3可以看出，無(wú)論是納米發(fā)電機(jī)探測(cè)到的電信號(hào)還是激光干涉法測(cè)到的鼓面的位移信號(hào)，兩者具有相同的變化趨勢(shì)。獲得的鼓面的振動(dòng)頻率也在誤差范圍內(nèi)，這充分證明利用納米發(fā)電機(jī)作為頻率探測(cè)器是精準(zhǔn)的和可行的。只要納米發(fā)電機(jī)感受到鼓面的形變，并且形變使其在兩電極間產(chǎn)生相應(yīng)的壓電勢(shì)差，那么納米發(fā)電機(jī)就可以產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，從而探測(cè)引起形變的頻率和形變量，如果為振動(dòng)，則可探測(cè)到振動(dòng)的頻率和振幅。
[0051]納米發(fā)電機(jī)中ZnO納米線層的生長(zhǎng)過(guò)程不限于上述過(guò)程，也可以在濺射完成ZnO種子層后，懸浮于六水合硝酸鋅和六四甲基四胺的比例為1:1的溶液中，放入烘箱中在95°C下生長(zhǎng)5小時(shí)，獲得ZnO納米線層。制備的納米發(fā)電機(jī)進(jìn)行鼓面振動(dòng)測(cè)量頻率結(jié)果參見(jiàn)圖5。
[0052]在本實(shí)施例中，也可以將納米發(fā)電機(jī)的頂電極貼附在震動(dòng)物體的表面上，隨著震動(dòng)物體的震動(dòng)，使納米發(fā)電機(jī)中的壓電層產(chǎn)生形變，并且形變使其在兩電極間產(chǎn)生電信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)所述電信號(hào)來(lái)探測(cè)震動(dòng)的頻率或幅度。
[0053]本實(shí)施例利用納米發(fā)電機(jī)的振動(dòng)探測(cè)器無(wú)需外部供電和自感應(yīng)，而且作為探測(cè)器更具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)。
[0054]實(shí)施例二:
[0055]參見(jiàn)圖6，本實(shí)施例的振動(dòng)探測(cè)器，包括納米發(fā)電機(jī)210和檢測(cè)裝置220，其中，納米發(fā)電機(jī)210與振動(dòng)物體S2的振動(dòng)表面之間包括介質(zhì)200，納米發(fā)電機(jī)210用于在振動(dòng)物體S2的振動(dòng)作用下隨著所述振動(dòng)產(chǎn)生形變，并在所述納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)；檢測(cè)裝置220，用于檢測(cè)納米發(fā)電機(jī)210產(chǎn)生的電信號(hào)，并根據(jù)所述電信號(hào)獲得所述振動(dòng)物體S2表面的振動(dòng)頻率或振幅。
[0056]當(dāng)振動(dòng)物體S2產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)能量通過(guò)介質(zhì)200將振動(dòng)傳遞至納米發(fā)電機(jī)210，使納米發(fā)電機(jī)210隨著所述振動(dòng)發(fā)生形變，在納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)，檢測(cè)裝置根據(jù)該電信號(hào)即可判斷振動(dòng)物體的振幅。若振動(dòng)物體的振動(dòng)表面為周期性振動(dòng)，檢測(cè)裝置根據(jù)檢測(cè)到的電信號(hào)的變化規(guī)律可以確定振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率。
[0057]本實(shí)施例中，介質(zhì)200可以為氣體、液體或彈性固體材料等可以傳遞振動(dòng)能量的材料。本實(shí)施例的振動(dòng)探測(cè)器可以應(yīng)用在液體、氣體或生物體等環(huán)境中。特別是可以應(yīng)用在生物體中，例如生物體中的脈搏振動(dòng)、心臟跳動(dòng)等振動(dòng)的探測(cè)，可以應(yīng)用在健康的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或者遠(yuǎn)程治療方面。
[0058]本實(shí)施例中，納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)有多種，可以采用與實(shí)施例一中相同的結(jié)構(gòu)，在這里不再重復(fù)。檢測(cè)裝置可以為電壓或電流信號(hào)的檢測(cè)裝置，例如Stanford ResearchSystem公司生產(chǎn)的SR 560和SR 570的電壓/電流放大器，經(jīng)過(guò)放大器的信號(hào)由信號(hào)采集裝置傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，并由軟件進(jìn)行讀取。
[0059]實(shí)施例三:
[0060]本實(shí)施例中提供一種振動(dòng)探測(cè)方法，具體流程參見(jiàn)圖7，包括:
[0061]步驟S10，振動(dòng)物體產(chǎn)生振動(dòng)；
[0062]步驟S11，所述振動(dòng)使納米發(fā)電機(jī)發(fā)生形變，并在所述納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)；
[0063]步驟S12，檢測(cè)所述納米發(fā)電機(jī)隨所述振動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)，并根據(jù)所述電信號(hào)獲得所述振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率或振幅。
[0064]本實(shí)施例的振動(dòng)探測(cè)方法中，所述納米發(fā)電機(jī)可以粘貼在所述振動(dòng)物體的表面上，振動(dòng)能量直接傳遞至納米發(fā)電機(jī)，所述振動(dòng)物體振動(dòng)時(shí)的表面使納米發(fā)電機(jī)發(fā)生形變，在納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)，最后通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)。
[0065]本實(shí)施例的振動(dòng)探測(cè)方法中，所述納米發(fā)電機(jī)與所述振動(dòng)物體之間包括介質(zhì)，所述振動(dòng)物體的振動(dòng)引起所述介質(zhì)形變，所述介質(zhì)形變帶動(dòng)所述納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生形變，最后通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)。
[0066]本實(shí)施例的振動(dòng)探測(cè)方法無(wú)需為納米發(fā)電機(jī)提供電源，由振動(dòng)物體的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)裝置分析出振動(dòng)的頻率和幅度。探測(cè)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備和運(yùn)行成本低。可以應(yīng)用在設(shè)備振動(dòng)探測(cè)、橋梁振動(dòng)檢測(cè)、健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中。本發(fā)明的振動(dòng)探測(cè)器也可用于一些危險(xiǎn)的和不適于應(yīng)用外部能源的特殊環(huán)境，例如低溫或輻射環(huán)境中。
[0067]本發(fā)明的所有實(shí)施例中，所述的振動(dòng)物體可以為待探測(cè)物體整體在振動(dòng)，或者是部分振動(dòng)，例如振動(dòng)的設(shè)備，或者只有表面振動(dòng)的鼓面等。
[0068]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)方案作出許多可能的變動(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)。
【權(quán)利要求】
1.一種振動(dòng)探測(cè)器，其特征在于，包括納米發(fā)電機(jī)和檢測(cè)裝置，其中， 所述納米發(fā)電機(jī)，用于在振動(dòng)物體的振動(dòng)作用下隨著所述振動(dòng)產(chǎn)生形變，并在所述納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)； 所述檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)，并根據(jù)所述電信號(hào)獲得所述振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率或振幅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)探測(cè)器，其特征在于，所述納米發(fā)電機(jī)包括: 柔性基底； 所述柔性基底上的底電極； 所述底電極上的壓電層； 所述壓電層上的介質(zhì)層； 所述介質(zhì)層上的頂電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)探測(cè)器，其特征在于，所述納米發(fā)電機(jī)的基底或頂電極貼附在所述振動(dòng)物體的振動(dòng)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)探測(cè)器，其特征在于，包括納米發(fā)電機(jī)與所述振動(dòng)物體之間包括介質(zhì)，所述振動(dòng)物體的振動(dòng)能量通過(guò)所述介質(zhì)傳遞至所述納米發(fā)電機(jī)使所述納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生形變。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振動(dòng)探測(cè)器，其特征在于，所述介質(zhì)為氣體、液體或彈性固體材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)所述的振動(dòng)探測(cè)器，其特征在于，所述柔性基底為柔性聚合物或可彎曲的金屬片/箔。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)所述的振動(dòng)探測(cè)器，其特征在于，所述壓電層的材料為ZnO, Pb (Zr, Ti) O3> BaTiO3 或 GaN。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的振動(dòng)探測(cè)器，其特征在于，所述檢測(cè)裝置為電壓或電流信號(hào)的檢測(cè)裝置。
9.一種振動(dòng)探測(cè)方法，其特征在于，包括: 振動(dòng)物體產(chǎn)生振動(dòng)； 所述振動(dòng)使納米發(fā)電機(jī)發(fā)生形變，并在所述納米發(fā)電機(jī)的兩電極之間產(chǎn)生電信號(hào)；檢測(cè)所述納米發(fā)電機(jī)隨所述振動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)，并根據(jù)所述電信號(hào)獲得所述振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率或振幅。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的振動(dòng)探測(cè)方法，其特征在于，所述納米發(fā)電機(jī)粘貼在所述振動(dòng)物體上，所述振動(dòng)使納米發(fā)電機(jī)發(fā)生形變步驟為: 所述振動(dòng)物體振動(dòng)時(shí)的表面使納米發(fā)電機(jī)發(fā)生形變。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的振動(dòng)探測(cè)方法，其特征在于，所述納米發(fā)電機(jī)與所述振動(dòng)物體之間包括介質(zhì)，所述振動(dòng)使納米發(fā)電機(jī)發(fā)生形變步驟為: 所述振動(dòng)物體的振動(dòng)引起所述介質(zhì)形變； 所述介質(zhì)形變帶動(dòng)所述納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生形變。
【文檔編號(hào)】G01H11/06GK103698002SQ201210365840
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月27日
【發(fā)明者】王中林, 于愛(ài)芳 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心