基于摩擦感應(yīng)電的船舶吃水自驅(qū)動(dòng)傳感技術(shù)研究.pdf

1、船舶吃水是監(jiān)測航行姿態(tài)重要的指標(biāo)，對保證船舶穩(wěn)性、機(jī)動(dòng)性，以及防止船舶翻覆、擱淺等水上交通事故具有重要意義。目前，船舶吃水監(jiān)測系統(tǒng)存在精度不足，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高等問題。本文基于摩擦納米發(fā)電機(jī)原理設(shè)計(jì)了一種分布隔空式水位傳感器(DET-TWLS)，并系統(tǒng)研究了該傳感器的工作性能。該傳感器具有精度高，輕便，自驅(qū)動(dòng)等優(yōu)勢，在水位測量、自驅(qū)動(dòng)傳感等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。本文的主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　首先，通過研究水平摩擦式摩擦納

2、米發(fā)電機(jī)工作機(jī)理，本文建立隔空式固液摩擦納米發(fā)電機(jī)(T-TENG) V-Q-x關(guān)系方程，掌握隔空式固液摩擦納米發(fā)電機(jī)終端感應(yīng)電壓Voc隨水位高度的變化規(guī)律，并利用有限元法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，分析優(yōu)化后的DET-TWLS水位高度信息采集機(jī)理并仿真驗(yàn)證。
　　其次，本文采用激光燒蝕技術(shù)與蒸發(fā)噴濺鍍膜工藝制備出管式固液摩擦納米發(fā)電機(jī)(T-TENG)，增大了表面電荷密度并提高了疏水性能?；诟艨帐诫姌O結(jié)構(gòu)，采用控制變量實(shí)驗(yàn)方法，系統(tǒng)

3、研究了器件不同材料特性及尺寸參數(shù)對輸出性能的影響機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，感應(yīng)電壓與轉(zhuǎn)移電荷量的變化趨勢一致，與電極寬度、管路直徑呈正比關(guān)系，其輸出峰值分別為70V和40nC;感應(yīng)電流受水位變化速率影響較大，輸出穩(wěn)定性較差;流體離子濃度越高，傳感器的輸出電壓越小。最終確定了優(yōu)化后的DET-TWLS結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　第三，本文研究了兩種結(jié)構(gòu)形式的DET-TWLS工作性能，并應(yīng)用于自驅(qū)動(dòng)水位信息采集。采用輸出穩(wěn)定性最好的感應(yīng)電壓作為傳感特征值