CN203574565U - 一种自驱动警示装置和救生标签 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自驱动警示装置和救生标签。所述自驱动警示装置包含至少一个警示模块和纳米发电机；其中所述纳米发电机用于将机械能转化成电能，并向所述警示模块提供驱动电源，所述警示模块在所述纳米发电机的驱动下发出警示信息。所述救生标签由所述自驱动警示装置构成，所述警示模块为发声或发光设备，如LED灯、扬声器等。所述LED灯包括多个排列成救生图案的LED灯，且所述救生标签制作在衣服上，可通过使衣服发生形变而点亮所述多个LED灯。本实用新型公开的上述方案，能够解决电子救生标签在电能耗尽的情况下不能工作的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及纳米发电机技术的应用领域，具体涉及到一种能够将机械能转化成电能进而驱动的警示装置和救生标签。
背景技术
当人们在突发事件中陷入困境需要求助的时候，需要利用一些工具来发出求救信号。比如用手机呼救、用手电筒引起路人注意等等。但是很多工具需要电源，而大多时候的危急情况下电子设备很可能没电。
氧化锌具有压电效应，即氧化锌纳米线在发生形变时，会在两端产生极化电势。这就相当于一个电池，若将氧化锌纳米线两端接上LED灯，则可以利用机械能转化为电能来点亮LED灯。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是制作一种不需要传统电源驱动的可发光的救生标签。
本实用新型公开了一种自驱动警示装置，其包括：至少一个警示模块和纳米发电机；其中所述纳米发电机用于将机械能转化成电能，并向所述警示模块提供驱动电源，所述警示模块在所述纳米发电机的驱动下发出警示信息；所述纳米发电机为压电纳米发电机，包括上电极、纳米线阵列和下电极，所述纳米线阵列垂直生长在上电极和下电极之间。
本实用新型还公开了一种自驱动警示装置，其包括：至少一个警示模块和纳米发电机；其中所述纳米发电机用于将机械能转化成电能，并向所述警示模块提供驱动电源，所述警示模块在所述纳米发电机的驱动下发出警示信息；所述纳米发电机为摩擦纳米发电机，包括上电极、与上电极下表面贴合的第一摩擦层、下电极和与下电极上表面贴合的第二摩擦层，其中所述第一摩擦层和第二摩擦层由两种得失电子能力不同的高分子绝缘 聚合物材料制成并面对面放置，所述第一摩擦层和第二摩擦层能够发生接触-分离循环或形成相对滑动摩擦。
本实用新型还公开了一种救生标签，其包括如上所述的自驱动警示装置。
本实用新型公开的上述方案，能够解决电子救生标签在电能耗尽的情况下不能工作的问题。
附图说明
图1是本实用新型第一优选实施例中自驱动警示装置的结构示意图；
图2是本实用新型中第二优选实施例中自驱动警示装置的电路结构图；
图3是本实用新型中直流获取模块的结构框图；
图4是将本实用新型中自驱动警示装置制作在衣服上形成救生标签的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明自，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
图1示出了本实用新型第一优选实施例中自驱动警示装置的结构示意图。参见图1，该自驱动警示装置主要包括：警示模块1和纳米发电机5。所述纳米发电机5用于将机械能转化成电能，并向警示模块1提供电流，警示模块1在纳米发电机的电流驱动下发声或发光。其中纳米发电机可以为压电纳米发电机或摩擦纳米发电机。图1中示出的纳米发电机5为压电纳米发电机结构。纳米发电机5包括上电极2、纳米线3、下电极4以及封装外壳。其中，所述纳米线3为垂直生长在所述上、下电极2、4之间的纳米线阵列，所述警示模块1与所述纳米发电机的两电极相连；所述封装外壳用于封装所述上下电极2、4和纳米线3。纳米线3在受到拉伸、压缩等机械振动而发生形变的时候会在纳米线的两端产生极化电势，其输出与外界机械激励的频率有关。当纳米线3不断发生形变的时候所产生的交流电通过所述上、下电极2、4传输至警示模块1，从而驱动警示模块1 发声或发光，其中所述警示模块1可以为发声或发光设备，如LED灯、扬声器等，所述纳米线3可以为氧化锌纳米线。
其中，上电极2和下电极4都为柔性金属电极。所述封装外壳用于封装氧化锌纳米线和电极的外壳。具体地，可以是在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，Kapton(聚酰亚胺)等柔性高分子材料上溅射或者热蒸镀一层金属电极。金属电极用到的金属可以是金、铂、铜、铝、镍、铬、钛等，优选电极为金电极，电极的厚度为50-300nm，优选为100nm。所述纳米发电机用环氧树脂等绝缘封装材料进行封装，防止实际测量中外界环境对压电纳米线的直接影响。所述压电纳米线发电机如下制作形成：
由于纳米线具有压电效应，压电纳米发电机的下电极与纳米线之间行成肖特基接触，外电路电子在压电势的驱动下形成电流回路，外界环境发生变化，带动压电纳米线发电机运动，两电极之间的压电纳米线受到压缩作用产生压电势，由于纳米线和电极之间形成肖特基接触，压电电势得到保持，外电路电子运动以屏蔽该压电势，形成电流脉冲，外界环境变化消失，纳米线由压缩变形恢复至正常状态，压电电势消失，外电路电子相反运动形成第二个电流脉冲。
对于摩擦电纳米发电机，该摩擦电纳米发电机包括上、下电极和分别与上、下电极表面贴合的第一摩擦层和第二摩擦层，所述第一摩擦层和第二摩擦层由两种得失电子能力不同的高分子绝缘聚合物材料制成并面对面放置，所述第一摩擦层和第二摩擦层能够发生接触-分离循环或形成相对滑动摩擦。所述两种得失电力能力不同的高分子绝缘聚合物可以是PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、Kapton(聚酰亚胺)、Teflon(特氟龙)等中的任意两种。两种绝缘聚合物材料接触面可以通过表面光刻，砂纸打磨等方法提高表面粗糙度。在外界机械运动的作用下两电极之间产生相对运动，从而带动第一摩擦层和第二摩擦层发生接触-分离或滑动摩擦，从而产生静电荷，随着第一摩擦层和第二摩擦层滑动摩擦的面积发生变化或者在接触-分离过程中表面电荷的不平衡，导致上下电极之间产生电势差，该电势差驱动外电路电子由低电势端向高电势端运动，从而在外电路中形成电流。
图2示出了本实用新型第二优选实施例中自驱动警示装置的电路图。如图2所示，该自驱动警示装置包括：纳米发电机模块8、第一双掷开关 9、直流获取模块13、充电电池14、第二双掷开关15和LEDl9。其中，所述纳米发电机模块8由上下电极以及上下电极之间的纳米线构成。所述上电极与第一双掷开关9的动端10相连，所述下电极与警示模块19的一端相连；所述警示模块19的另一端与第二双掷开口的动端16相连；所述第一双掷开关9的第一不动端11与第二双掷开关15的脚第一不动端17直接相连，所述第一双掷开关9的第二不动端12和第二双掷开关15的第二不动端18之间连接有直流获取模块和充电电池。
所述第一双掷开关和第二双掷开关用于选择警示模块19是时开时断状态还是通过直流获取模块和充电电池后的常开状态。当第一双掷开关9的动端10和第一不动端11导通，并且第二双掷开关15的动端16和第一不动端17导通时，警示模块19直接与纳米发电机8连通，此时警示模块19处于时开时断模式，这种模式下警示模块19处于断续发声或闪烁状态。当第一双掷开关9的动端10和第一不动端11导通，并且第二双掷开关15的动端16和第二不动端18导通时，警示模块19直接与充电电池14连通，且纳米发电机模块8不与直流获取模块13连通，此时警示模块19处于常开模式，且纳米发电机模块8不给充电电池14充电，所述常开模式下所述警示模块19处于持续发声或常亮状态。当第一双掷开关9的动端10和第二不动端12导通，并且第二双掷开关15的动端16和第二不动端18导通时，警示模块19直接与充电电池14连通，且纳米发电机模块8与直流获取模块13连通，此时警示模块19处于常亮模式，且纳米发电机模块8给充电电池14充电。
图3示出了本实用新型中直流获取模块的结构图。如图3所示，直流获取模块包括：整流模块20、滤波模块21、稳压模块22。由于氧化锌压电纳米发电机的输出电流为大小和方向均会随时间变化的交流电，整流模块20能够将纳米发电机输出的交流电整流为大小变化但方向不随时间变化的脉动直流电，再通过滤波模块21，可将整流模块20输出的脉动直流电转变为相对比较稳定的直流电，最后用稳压模块22对相对比较稳定的直流电进一步稳压。那么纳米发电机就可以给锂电池进行充电，这样就可以使警示模块19保持持续发生或常亮状态。
本实用新型还公开了一种由上述自驱动警示装置构成的救生标签。如图4所示，将所述自驱动警示装置制作成各种能够制作在衣服上的标签形式，形成袖章6、衣服7的前后标签等。穿戴这种救生标签后，可以通过挥舞手臂，或者利用空气流、水流等使图1所述氧化锌纳米发电机的氧化锌纳米线3发生形变产生极化电势，从而驱动自由电子在外电路流动产生电流来打开警示模块。所述警示模块可以为发声或发光设备，如LED、扬声器等，如果是发光设备，则还可以排列成各种图案，如SOS等。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (22)
1.一种自驱动警示装置，其特征在于，包括：至少一个警示模块和纳米发电机；其中所述纳米发电机用于将机械能转化成电能，并向所述警示模块提供驱动电源，所述警示模块在所述纳米发电机的驱动下发出警示信息；所述纳米发电机为压电纳米发电机，包括上电极、纳米线阵列和下电极，所述纳米线阵列垂直生长在上电极和下电极之间。
2.如权利要求1所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述警示模块为发声或发光设备。
3.如权利要求1所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述纳米线阵列为氧化锌纳米线阵列，所述上电极和下电极为金属电极。
4.如权利要求1-3任一项所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述纳米发电机和所述警示模块之间由双掷开关连接，用于控制警示模块的工作模式。
5.如权利要求4所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述双掷开关包括第一双掷开关和第二双掷开关，且两个双掷开关的动端之间连接有纳米发电机和警示模块，第一不动端直接相连，第二不动端之间连接有直流获取模块和充电电池。
6.如权利要求5所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述警示模块具有两种工作模式：断续开关模式和常开模式。
7.如权利要求6所述的自驱动警示装置，其特征在于，当第一双掷开关的动端和第一不动端导通，并且第二双掷开关的动端和第一不动端导通时，警示模块直接与纳米发电机连通，此时警示模块处于断续开关模式。
8.如权利要求6所述的自驱动警示装置，其特征在于，当第一双掷开关的动端和第一不动端导通，并且第二双掷开关的动端和第二不动端导通时，警示模块直接与充电电池连通，且纳米发电机模块不与直流获取模块连通，此时警示模块处于常开模式。
9.如权利要求6所述的自驱动警示装置，其特征在于，当第一双掷开关的动端和第二不动端导通，并且第二双掷开关的动端和第二不动端导 通时，警示模块直接与充电电池连通，且纳米发电机模块与直流获取模块连通，此时警示模块处于常开模式，纳米发电机为所述充电电池充电。
10.如权利要求6所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述直流获取模块用于将所述纳米发电机输出的交流电转换为稳定的直流电，其包括整流模块、滤波模块和稳压模块；所述整流模块用于将纳米发电机输出的交流电整流为脉动直流电，所述滤波模块用于将所述脉动直流电转化为稳定的直流电，所述稳压模块用于进一步稳压。
11.一种自驱动警示装置，其特征在于，包括：至少一个警示模块和纳米发电机；其中所述纳米发电机用于将机械能转化成电能，并向所述警示模块提供驱动电源，所述警示模块在所述纳米发电机的驱动下发出警示信息；所述纳米发电机为摩擦纳米发电机，包括上电极、与上电极下表面贴合的第一摩擦层、下电极和与下电极上表面贴合的第二摩擦层，其中所述第一摩擦层和第二摩擦层由两种得失电子能力不同的高分子绝缘聚合物材料制成并面对面放置，所述第一摩擦层和第二摩擦层能够发生接触-分离循环或形成相对滑动摩擦。
12.如权利要求11所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述警示模块为发声或发光设备。
13.如权利要求11-12任一项所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述纳米发电机和所述警示模块之间由双掷开关连接，用于控制警示模块的工作模式。
14.如权利要求13所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述双掷开关包括第一双掷开关和第二双掷开关，且两个双掷开关的动端之间连接有纳米发电机和警示模块，第一不动端直接相连，第二不动端之间连接有直流获取模块和充电电池。
15.如权利要求14所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述警示模块具有两种工作模式：断续开关模式和常开模式。
16.如权利要求15所述的自驱动警示装置，其特征在于，当第一双掷开关的动端和第一不动端导通，并且第二双掷开关的动端和第一不动端导通时，警示模块直接与纳米发电机连通，此时警示模块处于断续开关模式。
17.如权利要求15所述的自驱动警示装置，其特征在于，当第一双掷开关的动端和第一不动端导通，并且第二双掷开关的动端和第二不动端导通时，警示模块直接与充电电池连通，且纳米发电机模块不与直流获取模块连通，此时警示模块处于常开模式。
18.如权利要求15所述的自驱动警示装置，其特征在于，当第一双掷开关的动端和第二不动端导通，并且第二双掷开关的动端和第二不动端导通时，警示模块直接与充电电池连通，且纳米发电机模块与直流获取模块连通，此时警示模块处于常开模式，纳米发电机为所述充电电池充电。
19.如权利要求15所述的自驱动警示装置，其特征在于，所述直流获取模块用于将所述纳米发电机输出的交流电转换为稳定的直流电，其包括整流模块、滤波模块和稳压模块；所述整流模块用于将纳米发电机输出的交流电整流为脉动直流电，所述滤波模块用于将所述脉动直流电转化为稳定的直流电，所述稳压模块用于进一步稳压。
20.一种救生标签，其特征在于，包括如权利要求1-19任一项所述的自驱动警示装置。
21.如权利要求20所述的救生标签，其特征在于，所述警示模块为发声或发光设备，所述发光设备包括多个排列成救生图案的LED灯。
22.如权利要求20-21任一项所述的救生标签，其特征在于，所述救生标签制作在衣服上，可通过使衣服发生形变而使纳米发电机产生电流。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEIJING INSTITUTE OF NANOENERGY AND NANOSYSTEMS Free format text: FORMER OWNER: STATE NANOMETER SCIENCE CENTER Effective date: 20150128 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100190 HAIDIAN, BEIJING TO: 100083 HAIDIAN, BEIJING |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150128 Address after: 100083 Haidian District, Xueyuan Road, No. 30, building C, block Patentee after: Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems Address before: 100190 Beijing, Zhongguancun, north of a No. 11, No. Patentee before: NATIONAL CENTER FOR NANOSCIENCE AND TECHNOLOGY |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140430 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |