发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种双摩擦纳米发电机与磁耦合谐振式无线测速系统及方法，结合摩擦纳米发电机新型纳米能源，直接将待测速物体的机械能转化为电能为磁耦合谐振式发射模块提供能量，不需要外界提供电能，而且采用磁耦合共振无线传输，在发射机(磁耦合谐振式发射模块)处包含频率信息的信号可以方便地通过磁共振耦合感应线圈(电感L1)无线传输到接收机(磁耦合谐振式接收模块)。

本发明双摩擦纳米发电机与磁耦合谐振式无线测速系统，包括摩擦纳米发电机一、摩擦纳米发电机二、磁耦合谐振式发射模块、磁耦合谐振式接收模块和信号采集与处理模块；所述的磁耦合谐振式发射模块为由电容C1和电感L1构成的RLC谐振电路；所述的磁耦合谐振式接收模块为由电容C2和电感L2构成的RLC谐振电路。摩擦纳米发电机一的两个电压信号输出端与摩擦纳米发电机二的两个电压信号输出端分别连接，摩擦纳米发电机二的两个电压信号输出端与电容C1的两端分别连接；电感L2的两端均与信号采集与处理模块连接。

优选地，所述摩擦纳米发电机一和摩擦纳米发电机二的结构完全相同，均包括基板、导电电极、摩擦电板、接触电极二、接触电极一、弹簧和联动开关；两块基板相对设置，且两块基板的内侧面通过间距排布的两根弹簧连接；两块基板的内侧面上均固定有一个导电电极；两个导电电极相对的面上均固定一块摩擦电板；两块摩擦电板间距设置；联动开关的一端与其中一块基板的内侧面固定，另一端设有弯折部；所述弯折部的内侧面固定有接触电极一；另一块基板的侧部设有一体成型的电极支撑板；所述电极支撑板的外侧面固定有接触电极二，接触电极二与接触电极一接触；所述的电极支撑板开设有通孔；与设有电极支撑板的那块基板固定的导电电极和接触电极二通过导线连接，导线穿过电极支撑板的通孔；与另一块基板固定的导电电极和接触电极一分别作为一个电压信号输出端。

优选地，所述磁耦合谐振式发射模块中的电容C1和电感L1并联，磁耦合谐振式接收模块中的电容C2和电感L2也为并联，信号可以传输更远。

更优选地，所述的电感L1和电感L2均是带磁芯的线圈，线圈直径为5cm，可以实现无线传输1m以上。

更优选地，所述电容C1和电容C2的电容值均在0pf到100pf之间取值，所述的电感L1和电感L2的电感量均在20μH到100uH之间取值。

更优选地，所述的摩擦纳米发电机一以及摩擦纳米发电机二中，均是一块摩擦电板采用正性摩擦电材料，另一块摩擦电板采用负性摩擦电材料。

优选地，所述的信号采集与处理模块为集成了模数转换模块的FPGA模块。

该双摩擦纳米发电机与磁耦合谐振式无线测速系统的无线测速方法，具体如下：

将摩擦纳米发电机一和摩擦纳米发电机二间距固定；当待测速物体通过摩擦纳米发电机一时，在摩擦纳米发电机一的联动开关控制下，摩擦纳米发电机一输出一个正向脉冲电压；当待测速物体通过摩擦纳米发电机二时，在摩擦纳米发电机二的联动开关控制下，摩擦纳米发电机二输出另一个正向脉冲电压；磁耦合谐振式发射模块的电感L1在脉冲电压的激励下产生一个衰减震荡信号；磁耦合谐振式接收模块的电感L2以谐振耦合的方式接收电感L1的衰减震荡信号，并产生同频率的另一个衰减震荡信号，被信号采集与处理模块采集；信号采集与处理模块计算待测速物体通过摩擦纳米发电机一时接收到的衰减震荡信号与待测速物体通过摩擦纳米发电机二时接收到的衰减震荡信号的时间差，并根据摩擦纳米发电机一与摩擦纳米发电机二的距离计算出待测速物体的移动速度。

优选地，所述摩擦纳米发电机一和摩擦纳米发电机二的距离在20cm到5m之间取值。

本发明具有的有益效果：

本发明由于结合摩擦纳米发电机新型纳米能源，直接将待测速物体的机械能转化为电能为磁耦合谐振式发射模块提供能量，不需要外界提供电能；磁耦合谐振式发射模块的谐振信号通过线圈谐振耦合发送出去，磁耦合谐振式接收模块可以很轻松地接收到磁耦合谐振式发射模块的信号；同时信号传输结构很简单，没有有源器件，除了无源电容器和线圈之外，磁共振耦合感应线圈也不需要额外的电子设备，成本低。当待测速物体依次通过摩擦纳米发电机一和摩擦纳米发电机二时，通过信号采集与处理模块可以计算接收到的衰减震荡信号时间差，且由于摩擦纳米发电机一和摩擦纳米发电机二的间距是固定的，所以待测速物体的速度很容易被测得，测速更精确。可见，本发明为无线测速提供了全新的解决方案，不再需要额外提供直流电源，或者昂贵的雷达器件等等，而是利用摩擦纳米发电机提供能量，并结合简单的LC谐振电路，实现无线测量待测速物体的速度。另外，本发明还可以用来对车辆无线计数。