用于驾驶状态监测的自供能安全带传感器件研究

发布时间：2024-10-05 08:55

　　随着社会的快速发展,当下全球面临着能源危机以及交通危机两大问题,以高新节能技术助力智能驾驶,逐渐成为两全其美的解决措施。一方面,摩擦纳米发电机由于能将机械能转换为电能并实现自供能,从而广泛应用于自驱动的传感器件。另一方面,驾驶状态监测非常有利于防止安全事故并确保驾驶员的安全。基于此,本文设计了一种基于摩擦发电传感器的自供能智能安全带,用于监测驾驶员行车过程中的驾驶姿态,为判别疲劳驾驶及激进驾驶等危险行为提供参考。首先,本文提出了一种具有三摩擦层结构的摩擦发电机新构型并建立了理论数学模型,并且具体设计、仿真、制备了圆筒型及翘曲型两种复合型摩擦纳米发电机,分别用于轴向拉伸与纵向压缩传感,进而分别阐述了两种发电机的工作原理。采用三轴压缩及加热的工艺流程制备了具有负泊松比性能的PU泡棉作为中间极性摩擦层。对于摩擦层PTFE薄膜,采用电感耦合等离子体（ICP）干刻蚀工艺,对其表面进行了粗糙化改性,形成致密均匀的微纳米柱结构,增强电学性能输出。接着,利用拉伸及压缩试验平台,对所设计制备的复合型摩擦纳米传感器进行了电学性能标定。其中,圆筒型摩擦发电传感器的开路电压与拉伸应变呈正相关,在100%拉伸应变...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.2摩擦纳米发电机组成

.1摩擦纳米发电机的结构作为自然界常见的一种现象，摩擦起电效应一直未得到有效的研究与利用。12年，美国佐治亚理工学院的王中林教授及其同事利用摩擦起电以及静电感理，发明了摩擦纳米发电机（TENG），能够将机械能转换成电能[15]。摩擦纳米机可以有效收集并利用低频、微小的机械能，....

图1.3摩擦纳米发电机工作原理示意图

图1.3摩擦纳米发电机工作原理示意图[15]自发明至今，各式各样的摩擦纳米发电机结构被设计并制作出来，如间隔物结构、圆盘旋转型、多层叠加结构等，其具体的分类方式也多种多样[15]。目前通常根据电极特点及摩擦层间的接触方式将摩擦纳米发电机大体分为四种构型，如图1.4所示。

图1.4摩擦纳米发电机四种工作模式

图1.3摩擦纳米发电机工作原理示意图[15]自发明至今，各式各样的摩擦纳米发电机结构被设计并制作出来，如间隔圆盘旋转型、多层叠加结构等，其具体的分类方式也多种多样[15]。目前通常特点及摩擦层间的接触方式将摩擦纳米发电机大体分为四种构型，如图

图1.5摩擦纳米发电机输出特性

华中科技大学硕士学位论文电压在不同外接负载下的详细分布如图1.5（a-c）所示。在短路条件下，电荷以最快的速度传输。在电极间接入相对较小的负载R，当顶部电极停止移动（t=10ms）时，电荷Q仍然可以获得其饱和值。但是，当负载R超过一个阈值（10....

本文编号：4007775