一种人体运动能量采集器及其采集方法与流程

本发明属于机械能转化
技术领域：
，具体涉及一种人体运动能量采集器，本发明还涉及上述人体运动能量采集器的采集方法。
背景技术：
：智能可穿戴电子器件是新兴的一类智能产品。目前，智能可穿戴电子器件和无线传感器的供电方式主要是采用传统电池进行供电，但是传统电池寿命有限，电池废弃后，会对环境产生一定的污染。因此，设计一种环保、高效的能量采集器，实现给智能可穿戴产品环保供电是十分必要的。人体具有充沛的能量，被认为是一种很有前景的能量来源，通过一些特定的能量采集装置可以将人体运动产生的机械能转化为电能。但是，常规的能量采集装置往往存在体积较大、质量较重、不易携带等缺点。因此，迫切需要设计一种体积小、轻便的能量采集器，以采集人体日常活动产生的机械能，并完成将机械能转化为电能，从而持续性地给智能可穿戴产品供电。技术实现要素：本发明的目的是提供一种人体运动能量采集器，解决了现有技术中存在的智能可穿戴电子器件的供电器件污染环境、不易携带的问题。本发明的另一目的是提供上述人体运动能量采集器的采集方法，解决了现有技术中存在的智能可穿戴电子器件的供电器件污染环境、不易携带的问题。本发明所采用的第一种技术方案是，一种人体运动能量采集器，包括手环状空心外壳，外壳均分为两半，其中一半外壳内侧设置有电极a，另一半外壳内侧设置有电极b，电极a和电极b均连接有导线，两个导线均通过外壳引出，并连接有整流电路；外壳内填充有聚偏氟乙烯颗粒和铝球。本发明的特点还在于：外壳为光敏树脂或abs塑料。电极a、电极b为铝、铜电极或导电银浆。两半外壳通过导电胶固接。铝球和聚偏氟乙烯颗粒的质量比为1～2：1，铝球和聚偏氟乙烯颗粒的总体积为外壳空腔体积的2/3。本发明所采用的另一技术方案是，上述人体运动能量采集器的采集方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、制作整流电路；步骤2、将电极a、电极b的导线分别连接整流电路的接线端口；步骤3、将人体运动能量采集器穿戴在手臂或脚踝，行走时，手臂或小腿的摆动会带动人体运动能量采集器进行摆动，聚偏氟乙烯颗粒和铝球随之在人体运动能量采集器中翻动，不断与电极a、电极b接触和分离；同时在电极a、电极b的回路中产生感应电流，并通过导线传输到整流电路；即将人体手臂或脚踝的机械能转化成电能。本发明的有益效果是：本发明一种人体运动能量采集器，结构简单、轻便、成本低，操作简单；本发明一种人体运动能量采集器，其外壳的材质是光敏树脂或abs塑料，由3d打印而成，其精度较高，成本低；本发明一种人体运动能量采集器，将其穿戴在人体手臂或者小腿处，随着人体的行走、奔跑，采集器可有效地将机械能转化为电能输出，且该采集器易于携带、无污染、能量转化效率高，为未来的智能可穿戴电子设备的设计提供了一种独特的思路。本发明一种人体运动能量采集器的采集方法，利用二极管的单向导通性，通过桥式整流电路能够有效地将人体运动采集器生成的交流电转换为直流电，从而驱动微功耗的智能可穿戴电子器件。附图说明图1是本发明一种人体运动能量采集器的剖视图；图2是本发明一种人体运动能量采集器的结构示意图；图3是本发明一种人体运动能量采集器输出的电压波形图；图4是本发明的整流电路示意图。图中，1.外壳，2.电极a，3.电极b。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明一种人体运动能量采集器，如图1、2所示，包括手环状空心外壳1，外壳1均分为两半，其中一半外壳1内侧设置有电极a2，另一半外壳1内侧设置有电极b3，电极a2和电极b3均连接有导线，两个导线均通过外壳1引出，并连接有整流电路；外壳1内填充有聚偏氟乙烯颗粒和铝球。优选地，外壳1为光敏树脂或abs塑料。优选地，电极a2、电极b3为铝、铜电极或导电银浆。优选地，两半外壳1通过导电胶固接。优选地，铝球和聚偏氟乙烯颗粒的质量比为1～2：1，铝球和聚偏氟乙烯颗粒的总体积为外壳1空腔体积的2/3。其中，聚偏氟乙烯为扁平的圆饼状颗粒，直径为3mm，铝球的直径为4mm。本发明一种人体运动能量采集器中主要部件的作用分别如下：铝球和聚偏氟乙烯颗粒：在人体运动能量采集器中加入铝球，是为了增强摩擦起电效应；聚偏氟乙烯颗粒与电极a2、电极b3的摩擦起电以及静电感应效应，将人体手臂或脚踝的机械能转化成电能。本发明一种人体运动能量采集器，其工作原理如下：将电极a2、电极b3的导线分别连接整流电路的接线端口，整流电路的输出端口连接有智能可穿戴电子器件的输入端口；将人体运动能量采集器穿戴在手臂或脚踝，行走时，手臂或小腿的摆动会带动人体运动能量采集器进行摆动，聚偏氟乙烯颗粒和铝球随之在人体运动能量采集器中翻动，不断与电极a2、电极b3接触和分离；同时在电极a2、电极b3的回路中产生感应电流，并通过导线传输到整流电路进行存储；即将人体手臂或脚踝的机械能转化成电能，实现对智能可穿戴电子器件的持续供电。电极a2、电极b3的表面均经过砂纸打磨，形成划痕即产生微结构，从而增大聚偏氟乙烯颗粒与电极a2、电极b3的接触面积；本发明是基于摩擦起电和静电感应两种效应的耦合，当得失电子能力不同的聚偏氟乙烯颗粒、电极a2、电极b3进行摩擦时，得电子能力强的得到电子带上负电，得电子能力弱的失去电子带上正电；随着聚偏氟乙烯颗粒与电极a2、电极b3的接触与分离，电极a2、电极b3相较于带负电的聚偏氟乙烯颗粒相对位移的变化，感应的电子在整流电路流动，形成电流。实验验证：通过示波器检测在3hz运动频率下人体运动能量采集器的电学性能，如图3所示，结果如表1所示：表1一种人体运动能量采集器的电学性能最大电压(v)最小电压(v)峰值电压(v)人体运动能量采集器3.20-17.620.8由表1可以得出如下结论：(1)、示波器测得人体运动能量采集器有明显的电压幅值变化，表明本发明的人体运动能量采集器能将人体的机械能转化为电能；(2)、示波器测得人体运动能量采集器有明显的峰值变化和较高的输出电压，说明本发明的人体运动能量采集器可持续将人体机械能稳定地转化为电能。(3)、通过示波器显示的电压波形图可知，伴随手臂周期性的摆动，人体运动能量采集器产生的最大值、最小值波峰都能保持在一个平稳的范围内，说明人体运动能量采集器可持续将人体机械能稳定地转化为电能。综上，本发明人体运动能量采集器，利用铝球、聚偏氟乙烯(pvdf)粒子和电极a2、电极b3间的摩擦起电和静电感应效应，得到较高的瞬态电压，具有良好的输出和能量转换效率。本发明还涉及一种人体运动能量采集器的采集方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、制作整流电路；步骤2、将电极a2、电极b3的导线分别连接整流电路的接线端口；步骤3、将人体运动能量采集器穿戴在手臂或脚踝，行走时，手臂或小腿的摆动会带动人体运动能量采集器进行摆动，聚偏氟乙烯颗粒和铝球随之在人体运动能量采集器中翻动，不断与电极a2、电极b3接触和分离；同时在电极a2、电极b3的回路中产生感应电流，并通过导线传输到整流电路；即将人体手臂或脚踝的机械能转化成电能。整流电路的制作方法如下：选取一个电路板、接线端、电容值为1μf的电容，wob圆桥；将接线端、wob圆桥、电容插入电路板的焊锡孔并进行焊接；其中，wob圆桥与接线端并联；再将wob圆桥与电容并联得到整流电路。其结构如图4所示。当前第1页12