面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统的制作方法

本发明涉及摩擦电式传感，特别涉及一种面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统。

背景技术：

1、随着矿井开采深度的增加，井下高温危害问题越来越突出，会严重降低矿工的体感舒适度。在各种改善矿井工作环境的方法中，增风降温是矿井综合降温技术中运用最广泛且经济可行的方法。那么，就需要针对矿井中风速进行监测报警，从而对矿工体感热舒适度提供有效保障。

2、目前，矿井风速传感器的应用场所主要是主进风、回风巷道。由于井下环境错综复杂，有线的风速传感器的布置存在布线长、布线复杂等问题，导致灵活性不足；锂电池供电的风速传感器存在待机时间短、电池更换麻烦、寿命短、有潜在的环境污染等问题。

技术实现思路

1、为解决现有矿井风速传感器续航短、灵活性不足的问题，本发明提供了一种面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统。

2、本发明采用以下技术方案实现：

3、本发明公开了面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，包括：离心组件、基体组件、摩擦纳米发电组件、电磁发电组件、报警组件。

4、离心组件包括：中心轴、转动盘、离心臂、可调倾斜盘。转动盘与中心轴连接、并同轴线设置。可调倾斜盘位于转动盘一侧，并具有向转动盘靠近的偏转趋势。离心臂位于可调倾斜盘与转动盘之间，用于顶住可调倾斜盘。转动盘面向可调倾斜盘的一面设置有间隔的限位柱一、限位柱二，离心臂位于限位柱一、限位柱二之间。离心臂与转动盘之间还连接有复位拉簧，用于提供离心臂向限位柱一偏移的作用力。离心臂在转动盘转动时向限位柱二发生偏移。离心臂面向可调倾斜盘的一面设置有凸起面、面向复位拉簧的一侧设置有滑移尖，凸起面的凸起幅度大于滑移尖。

5、基体组件用于构建出外围框架；基体组件包括：壳体、叶轮；基体组件包括：壳体、叶轮。壳体包括：第一端盖、第二端盖、外壳；外壳连接在第一端盖、第二端盖之间，并形成收容腔。离心组件设置在收容腔。壳体与中心轴同轴线设置。中心轴一端穿出壳体、并连接叶轮。叶轮受到风力作用进行转动，并带着离心组件同步转动。

6、摩擦纳米发电组件设置在收容腔、并位于可调倾斜盘与第一端盖之间。摩擦纳米发电组件为独立层模式，包括摩擦层ⅰ、摩擦层ⅱ、导电层。导电层设置在第一端盖面向可调倾斜盘的一面。摩擦层ⅱ覆盖在导电层上。摩擦层ⅰ设置在可调倾斜盘面向第一端盖的一面、并与摩擦层ⅱ对应设置。离心组件依据风速切换摩擦纳米发电组件的工作状态。

7、电磁发电组件设置在收容腔、并位于转动盘与第二端盖之间。电磁发电组件包括感应线圈、感应磁铁。感应线圈位置固定；感应磁铁跟着中心轴一起转动、并切割感应磁铁的磁感线实现发电。

8、报警组件与摩擦纳米发电组件、电磁发电组件连接。电磁发电组件向报警组件提供报警所需的电能。报警组件依据摩擦纳米发电组件的工作状态来决定是否报警。

9、其中，若风速未超过预设风速阈值，摩擦纳米发电组件呈高能发电状态，产生的电压高，报警组件进行报警。

10、若风速超过预设风速阈值，摩擦纳米发电组件呈低能发电状态，产生的电压低，报警组件不报警。

11、该种面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统的实现根据本公开的实施例的方法或过程。

12、本发明具有如下有益效果：

13、1、本发明设计了面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，一方面，利用风力的作用，通过电磁发电组件给报警组件提供报警所需的电能，实现自供电；另一方面，采用了基于转动盘、离心臂、可调倾斜盘相互配合的离心组件，能够感应风力的作用来调整离心臂的偏移幅度，从而决定可调倾斜盘是否发生倾斜，以切换摩擦纳米发电组件的工作状态；这样，通过摩擦纳米发电组件的工作状态来影响报警组件是否报警，从而实现井下低风速报警。

14、2、本发明还增设了切换增强机构，在离心臂和转动盘对应设置了互斥的磁铁一和磁铁二，利用两个磁铁的互斥作用来增强离心臂的偏移幅度，从而保证摩擦纳米发电组件工作状态切换的成功率、可靠性。

15、3、本发明的摩擦纳米发电组件采用独立层设计，具有高稳定性。

16、4、本发明的报警组件考虑了摩擦纳米发电组件、电磁发电组件的发电规律进行电路匹配设计，区别于现有常见的报警电路，适用于对低风速进行报警，对于错综复杂的井下工况具有更好的可靠性。

17、5、本发明进行低风速监测报警具有广泛的适用性，不仅可以进行井下低风速报警，而且在巷道、管道等领域也具有潜在的应用价值。

技术特征：

1.一种面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，其特征在于：所述感应磁铁设置了若干个，并沿着中心轴周向均匀分布；

3.根据权利要求1所述的面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，其特征在于：所述可调倾斜盘中心设置有避让孔；所述中心轴穿过避让孔、并与可调倾斜盘不干涉；

4.根据权利要求3所述的面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，其特征在于：所述转动盘面向可调倾斜盘的一面设置有连接柱；所述复位拉簧的一端与连接柱连接，另一端连接离心臂中部；

5.根据权利要求1所述的面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，其特征在于：若风速未超过预设风速阈值，离心臂偏移幅度小、使凸起面顶住可调倾斜盘，可调倾斜盘不发生偏转，摩擦层ⅰ和摩擦层ⅱ发生相对旋转、并实现接触分离；

6.根据权利要求1所述的面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，其特征在于：所述转动盘设置有若干个一类配重块，用于平衡重心。

7.根据权利要求1所述的面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，其特征在于：所述离心臂设置有二类配重块，用于调整离心臂的惯性。

8.根据权利要求1所述的面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，其特征在于：所述离心组件还包括：切换增强机构，用于增强离心臂的偏移幅度；

9.根据权利要求1所述的面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，其特征在于：所述摩擦层ⅰ包括若干个摩擦薄膜ⅰ，其绕着中心轴周向均匀分布、且两两之间存在间隔；

10.根据权利要求1所述的面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统，其特征在于：所述报警组件包括：整流桥一、电阻r1、电容c1、mos管、电容c2、整流桥二、报警器；

技术总结本发明涉及摩擦电式传感技术领域，特别涉及一种面向井下低风速预警的摩擦电式实时监测系统。本发明的摩擦电式实时监测系统包括：离心组件、基体组件、摩擦纳米发电组件、电磁发电组件、报警组件。本发明一方面利用风力的作用，通过电磁发电组件给报警组件提供报警所需的电能，实现自供电；另一方面采用了基于转动盘、离心臂、可调倾斜盘相互配合的离心组件，能够感应风力的作用来调整离心臂的偏移幅度，从而决定可调倾斜盘是否发生倾斜，以切换摩擦纳米发电组件的工作状态；这样，通过摩擦纳米发电组件的工作状态来影响报警组件是否报警，从而实现井下低风速报警。本发明解决了现有矿井风速传感器续航短、灵活性不足的问题。技术研发人员：程廷海,李恒禹,王中林,何鹏飞,于洋,程小军受保护的技术使用者：广州蓝色能源研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/12