摩擦電壓力感應(yīng)電纜的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種摩擦電壓力感應(yīng)電纜，包括：相互纏繞的第一線(xiàn)芯和第二線(xiàn)芯，所述第一線(xiàn)芯和所述第二線(xiàn)芯之間相互接觸的部分作為所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜的摩擦界面；所述第一線(xiàn)芯包括：至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及整體包覆在所述至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層；所述第二線(xiàn)芯包括：至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯；所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯分別為所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜的兩個(gè)信號(hào)輸出端。本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，由相互纏繞的第一線(xiàn)芯和第二線(xiàn)芯組成，兩者之間相互接觸的部分形成摩擦界面，因摩擦作用而產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了將摩擦電技術(shù)應(yīng)用到壓力感應(yīng)電纜中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】摩擦電壓力感應(yīng)電纜【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，涉及一種摩擦電壓力感應(yīng)電纜。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力感應(yīng)電纜通常是一種采用同軸設(shè)計(jì)的基于壓電原理的壓力傳感器，當(dāng)壓力感應(yīng)電纜被壓縮或拉伸時(shí)，會(huì)發(fā)生壓電效應(yīng)，從而產(chǎn)生正比于壓力的電荷或電壓信號(hào)。上述利用壓電原理制作的壓力感應(yīng)電纜雖然為人們提供了很多方便，但尚存在著一定的缺陷:例如，現(xiàn)有的壓力感應(yīng)電纜一般由金屬編織芯線(xiàn)、壓電材料和金屬外殼制成同軸結(jié)構(gòu)，在制造過(guò)程中，需要將壓電材料置于一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)中極化，導(dǎo)致制造工藝非常復(fù)雜。另外，現(xiàn)有的壓力感應(yīng)電纜的靈敏度也不高。
[0003]另一方面，物體和物體之間相互摩擦?xí)r會(huì)使一方帶上負(fù)電，另一方帶上正電，這種由于物體間摩擦而產(chǎn)生的電叫摩擦電。摩擦電是自然界最常見(jiàn)的現(xiàn)象之一，且摩擦電的產(chǎn)生條件非常寬泛，因此，如果能夠?qū)⒛Σ岭姂?yīng)用到壓力感應(yīng)電纜中，勢(shì)必會(huì)給人們的生活帶來(lái)更多的便利。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種摩擦電壓力感應(yīng)電纜，將摩擦電技術(shù)應(yīng)用到壓力感應(yīng)電纜中。
[0005]本實(shí)用新型提供了一種摩擦電壓力感應(yīng)電纜，包括:相互纏繞的第一線(xiàn)芯和第二線(xiàn)芯，所述第一線(xiàn)芯和 所述第二線(xiàn)芯之間相互接觸的部分作為所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜的摩擦界面；
[0006]所述第一線(xiàn)芯包括:至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及整體包覆在所述至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層；所述第二線(xiàn)芯包括:至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯；
[0007]所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯分別為所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜的兩個(gè)信號(hào)輸出端。
[0008]可選地，所述第一絕緣層和所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間相互接觸的部分作為所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜的摩擦界面。
[0009]可選地，所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的表面形成有微納結(jié)構(gòu)。
[0010]可選地，所述第二線(xiàn)芯還包括:整體包覆在所述至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第二絕緣層；所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間相互接觸的部分作為所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜的摩擦界面。
[0011]可選地，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和/或所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為圓柱狀結(jié)構(gòu)或棱柱狀結(jié)構(gòu)。
[0012]可選地，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，所述第一絕緣層包覆在所述多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯組成的整體的外表面；或者，所述第一線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第一線(xiàn)芯包括至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在所述至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層；和/或，所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置。
[0013]可選地，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，所述第一絕緣層包覆在所述多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯組成的整體的外表面；或者，所述第一線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第一線(xiàn)芯包括至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在所述至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層；和/或，所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，所述第二絕緣層包覆在所述多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯組成的整體的外表面；或者，所述第二線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第二線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第二線(xiàn)芯包括至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在所述至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第二絕緣層。
[0014]可選地，所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜還包括:包覆在相互纏繞的第一線(xiàn)芯和第二線(xiàn)芯外周的屏蔽層和/或保護(hù)層。
[0015]可選地，所述屏蔽層的材料為銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線(xiàn)膜、金屬或合金；所述金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鋅、錫、鎢或釩；所述合金是鋼、鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。所述保護(hù)層的材料為聚乙烯、乙丙橡膠、丁晴橡膠、聚氯乙烯、聚烯烴、聚乙烯及其衍生物、氟塑料、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰胺、聚酰亞胺或聚酯。
[0016]可選地，所述屏蔽層為編織銅網(wǎng)、銅屏蔽帶、鋁塑復(fù)合帶、銅塑復(fù)合帶。
[0017]可選地，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和/或第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的材料為銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線(xiàn)膜、金屬或合金；所述金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鋅、錫、鎢或鑰;；所述合金是鋼、招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
[0018]可選地，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和/或第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為銅箔絲、裸銅線(xiàn)、鍍錫銅線(xiàn)、裸銅絞鍍銅線(xiàn)、鍍絞鍍銅線(xiàn)、鍍銀銅線(xiàn)、銅包鋼或聚氨酯漆包線(xiàn)。
[0019]可選地，所述第一絕緣層的材料和第二絕緣層的材料分別選自以下材料中的一種:聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龍、聚烯烴、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡膠、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亞胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、熱塑性硫化橡膠、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠、三元乙丙橡膠、熱塑性橡膠、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚酯纖維、氟化乙烯丙烯共聚物或苯胺甲醛樹(shù)脂薄膜。
[0020]本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，由相互纏繞的第一線(xiàn)芯和第二線(xiàn)芯組成，兩者之間相互接觸的部分形成摩擦界面，因摩擦作用而產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了將摩擦電技術(shù)應(yīng)用到壓力感應(yīng)電纜中。由于本實(shí)用新型中只需制作出兩個(gè)用于摩擦的界面即可，無(wú)需極化等過(guò)程，因此，大大簡(jiǎn)化了制作工藝。而且本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜可以感受微小的壓力并據(jù)此釋放感應(yīng)信號(hào)，靈敏度很高，同時(shí)成本也很低。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1a為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖1b為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例一的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖1c為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例一的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例二的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3a為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例三的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3b為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例三的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3c為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例三的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例四的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為充分了解本實(shí)用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不僅僅限于此。
[0030]圖1a為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖1b為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例一的平面結(jié)構(gòu)示意圖，圖1c為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例一的截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖la、lb和Ic所示，該摩擦電壓力感應(yīng)電纜包括:相互纏繞的第一線(xiàn)芯10和第二線(xiàn)芯11，以及包覆在兩者外周的屏蔽層12和保護(hù)層13。其中，第一線(xiàn)芯10包括第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa和整體包覆在第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa外周的第一絕緣層10b，第二線(xiàn)芯11即為第二導(dǎo)體線(xiàn)芯。具體地，可以采用擠出成型工藝及注塑成型工藝將用于形成第一絕緣層IOb的材料整體連續(xù)包覆在第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa的外側(cè)表面得到第一線(xiàn)芯10 ;然后，將第一線(xiàn)芯10與第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11相互纏繞在一起；將屏蔽層12設(shè)置在相互纏繞的第一線(xiàn)芯10與第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11的外表面；將保護(hù)層13設(shè)置在屏蔽層12的外表面。
[0031]本實(shí)施例中，第一絕緣層IOb和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11之間相互接觸的部分作為摩擦電壓力感應(yīng)電纜的摩擦界面?？蛇x地，通過(guò)打磨的形式在第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11的表面形成有微納結(jié)構(gòu)(圖中未示出)，這樣增加了第一絕緣層IOb和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11之間的摩擦度，摩擦效果更佳。第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11分別為摩擦電壓力感應(yīng)電纜的兩個(gè)信號(hào)輸出端。
[0032]在圖la、圖1b和圖1c中，未相互纏繞之前的第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11為圓柱狀結(jié)構(gòu)，采用圓柱狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體線(xiàn)芯可以使兩個(gè)導(dǎo)體線(xiàn)芯相互纏繞的接觸面積較大，進(jìn)而摩擦輸出的信號(hào)值較高，提高壓力感應(yīng)的靈敏度。但本實(shí)用新型不僅限于此，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯還可以為棱柱狀結(jié)構(gòu)。
[0033]上述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11的材料可以為銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線(xiàn)膜、金屬或合金；所述金屬是金、銀、鉬、鈕、招、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、猛、鑰、鋅、錫、鎢或鑰;；所述合金是鋼、招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。更為具體地，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11可以為銅箔絲、裸銅線(xiàn)、鍍錫銅線(xiàn)、裸銅絞鍍銅線(xiàn)、鍍絞鍍銅線(xiàn)、鍍銀銅線(xiàn)、銅包鋼或聚氨酯漆包線(xiàn)。其中，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11優(yōu)選為鍍銀銅線(xiàn)、鍍錫銅線(xiàn)、裸銅線(xiàn)等。
[0034]第一絕緣層IOb的材料可以為聚乙烯塑料(PE)、聚丙烯塑料(PP)、氟塑料(Teflon)、聚氯乙烯(PVC)、聚全氟乙丙烯、尼龍、聚烯烴、氯化聚乙烯(CPE)、氯磺化聚乙烯(CMS)、硅橡膠、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亞胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、熱塑性硫化橡膠(TPV)、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(TPU)、三元乙丙橡膠(EPDM)、熱塑性橡膠(TPR)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚酯纖維、氟化乙烯丙烯共聚物或苯胺甲醛樹(shù)脂薄膜。
[0035]屏蔽層12的材料可以為銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線(xiàn)膜、金屬或合金；所述金屬是金、銀、鉬、鈕、招、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、猛、鑰、鋅、錫、鶴或1凡；所述合金是鋼、招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。保護(hù)層13的材料可以為聚乙烯、乙丙橡膠(EPR)、丁晴橡膠、聚氯乙烯(PVC)、聚烯烴、聚乙烯及其衍生物、氟塑料(PTFE)、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、氯化聚醚、聚酰胺(尼龍)、聚酰亞胺或聚酯(PET)。更具體的，屏蔽層可以為編織銅網(wǎng)、銅屏蔽帶、鋁塑復(fù)合帶、銅塑復(fù)合帶。
[0036]下面具體介紹一下本實(shí)施例的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的工作原理:當(dāng)該摩擦電壓力感應(yīng)電纜受壓力作用發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，摩擦電壓力感應(yīng)電纜中的第一絕緣層與第二導(dǎo)體線(xiàn)芯相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷在第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯上感應(yīng)出電荷，從而導(dǎo)致第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間出現(xiàn)電勢(shì)差。由于第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間電勢(shì)差的存在，自由電子將通過(guò)外電路由電勢(shì)低的一側(cè)流向電勢(shì)高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)該摩擦電壓力感應(yīng)電纜恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)時(shí)，這時(shí)形成在第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間的內(nèi)電勢(shì)消失，此時(shí)已平衡的第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間將再次產(chǎn)生反向的電勢(shì)差，則自由電子通過(guò)外電路形成反向電流。在具體應(yīng)用中，上述摩擦電壓力感應(yīng)電纜在受力條件下，通過(guò)第一絕緣層與第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間的摩擦，能夠產(chǎn)生與施加到壓力感應(yīng)電纜上的壓力大小一一對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，壓力與電壓信號(hào)的關(guān)系優(yōu)選為單調(diào)遞增關(guān)系或線(xiàn)性關(guān)系。
[0037]圖2為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例二的截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所不,本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于,第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11的數(shù)量為多根，圖2中示出了 3根。圖2中多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa和多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11平行設(shè)置，多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa緊密的固定在一起，第一絕緣層IOb包覆在多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa組成的整體的外表面，多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11也是緊密的固定在一起。可選地，多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯IOa和多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯11也可以是相互纏繞設(shè)置。
[0038]本實(shí)用新型對(duì)第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量不做限制。可選地，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量可以與第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量不同。例如，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯為多根，第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為一根；或者，第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為多根，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯為一根。
[0039]作為另外一種實(shí)施方式，第一線(xiàn)芯的數(shù)量可以為多根，多根第一線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第一線(xiàn)芯包括至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層。以第一導(dǎo)體線(xiàn)芯為單根為例，第一絕緣層包覆在單根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯的外表面，然后多根包覆有第一絕緣層的第一導(dǎo)體線(xiàn)芯平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置組成一個(gè)整體?？蛇x地，每根第一線(xiàn)芯包括多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯也是可行的實(shí)施方式。
[0040]圖3a為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例三的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3b為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例三的平面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3c為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例三的截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3a、3b和3c所示，該摩擦電壓力感應(yīng)電纜包括:相互纏繞的第一線(xiàn)芯20和第二線(xiàn)芯21，以及包覆在兩者外周的屏蔽層22和保護(hù)層23。其中，第一線(xiàn)芯20包括第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a和整體包覆在第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a外周的第一絕緣層20b，第二線(xiàn)芯21包括第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a和整體包覆在第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a外周的第二絕緣層21b。具體地，可以采用擠出成型工藝或注塑成型工藝將用于形成第一絕緣層20b的材料整體連續(xù)包覆在第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a的外側(cè)表面得到第一線(xiàn)芯20，同樣采用擠出成型工藝或注塑成型工藝將用于形成第二絕緣層21b的材料整體連續(xù)包覆在第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a的外側(cè)表面得到第二線(xiàn)芯21 ;然后，將第一線(xiàn)芯20與第二線(xiàn)芯21相互纏繞在一起；將屏蔽層22設(shè)置在相互纏繞的第一線(xiàn)芯20與第二線(xiàn)芯21的外表面；將保護(hù)層23設(shè)置在屏蔽層22的外表面。
[0041]本實(shí)施例中，第一絕緣層20b和第二絕緣層21b之間相互接觸的部分作為摩擦電壓力感應(yīng)電纜的摩擦界面。第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a分別為摩擦電壓力感應(yīng)電纜的兩個(gè)信號(hào)輸出端。
[0042]在圖3a、圖3b和圖3c中，未相互纏繞之前的第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a為圓柱狀結(jié)構(gòu)，采用圓柱狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體線(xiàn)芯可以使兩個(gè)導(dǎo)體線(xiàn)芯相互纏繞的接觸面積較大，進(jìn)而摩擦輸出的信號(hào)值較高，提高壓力感應(yīng)的靈敏度。但本實(shí)用新型不僅限于此，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯還可以為棱柱狀結(jié)構(gòu)。
[0043]上述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a的材料可以為銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線(xiàn)膜、金屬或合金；所述金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鋅、錫、鎢或鑰;；所述合金是鋼、招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。更為具體地，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a可以為銅箔絲、裸銅線(xiàn)、鍍錫銅線(xiàn)、裸銅絞鍍銅線(xiàn)、鍍絞鍍銅線(xiàn)、鍍銀銅線(xiàn)、銅包鋼或聚氨酯漆包線(xiàn)。其中，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a優(yōu)選為鍍銀銅線(xiàn)、鍍錫銅線(xiàn)、裸銅線(xiàn)等。
[0044]第一絕緣層20b和第二絕緣層21b的材料可以為聚乙烯塑料(PE)、聚丙烯塑料(PP)、氟塑料(Teflon)、聚氯乙烯(PVC)、聚全氟乙丙烯、尼龍、聚烯烴、氯化聚乙烯(CPE)、氯磺化聚乙烯(CMS)、硅橡膠、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亞胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、熱塑性硫化橡膠(TPV)、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(TPU)、三元乙丙橡膠(EPDM)、熱塑性橡膠(TPR)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚酯纖維、氟化乙烯丙烯共聚物或苯胺甲醛樹(shù)脂薄膜。其中，第二絕緣層21b的材料優(yōu)選為PET或PVC。第一絕緣層20b和第二絕緣層21b優(yōu)選不同的材料。
[0045]屏蔽層22可以為銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線(xiàn)膜、金屬或合金；所述金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鋅、錫、鎢或釩；所述合金是鋼、鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金。保護(hù)層23的材料可以為聚乙烯、乙丙橡膠(EPR)、丁晴橡膠、聚氯乙烯(PVC)、聚烯烴、聚乙烯及其衍生物、氟塑料(PTFE)、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、氯化聚醚、聚酰胺(尼龍)、聚酰亞胺或聚酯(PET)。更具體的，屏蔽層可以為編織銅網(wǎng)、銅屏蔽帶、鋁塑復(fù)合帶、銅塑復(fù)合帶。
[0046]下面具體介紹一下本實(shí)施例的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的工作原理:當(dāng)該摩擦電壓力感應(yīng)電纜受壓力作用發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，摩擦電壓力感應(yīng)電纜中的第一絕緣層與第二絕緣層相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷在第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯上感應(yīng)出電荷，從而導(dǎo)致第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間出現(xiàn)電勢(shì)差。由于第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間電勢(shì)差的存在，自由電子將通過(guò)外電路由電勢(shì)低的一側(cè)流向電勢(shì)高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)該摩擦電壓力感應(yīng)電纜恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)時(shí)，這時(shí)形成在第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間的內(nèi)電勢(shì)消失，此時(shí)已平衡的第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間將再次產(chǎn)生反向的電勢(shì)差，則自由電子通過(guò)外電路形成反向電流。在具體應(yīng)用中，上述摩擦電壓力感應(yīng)電纜在受力條件下，通過(guò)第一絕緣層與第二絕緣層之間的摩擦，能夠產(chǎn)生與施加到壓力感應(yīng)電纜上的壓力大小一一對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，壓力與電壓信號(hào)的關(guān)系優(yōu)選為單調(diào)遞增關(guān)系或線(xiàn)性關(guān)系。
[0047]圖4為本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜的實(shí)施例四的截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例三的不同之處在于，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a的數(shù)量為多根，圖4中示出了 3根。圖4中多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a和多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a平行設(shè)置，多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a緊密的固定在一起，第一絕緣層20b包覆在多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a組成的整體的外表面；多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a也是緊密的固定在一起，第二絕緣層21b包覆在多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a組成的整體的外表面?？蛇x地，多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯20a和多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯21a也可以是相互纏繞設(shè)置。
[0048]本實(shí)用新型對(duì)第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量不做限制。可選地，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量可以與第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量不同。例如，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯為多根，第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為一根；或者，第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為多根，第一導(dǎo)體線(xiàn)芯為一根。
[0049]作為另外一種實(shí)施方式，第一線(xiàn)芯的數(shù)量可以為多根，多根第一線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第一線(xiàn)芯包括至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層。以第一導(dǎo)體線(xiàn)芯為單根為例，第一絕緣層包覆在單根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯的外表面，然后多根包覆有第一絕緣層的第一導(dǎo)體線(xiàn)芯平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置組成一個(gè)整體?？蛇x地，每根第一線(xiàn)芯包括多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯也是可行的實(shí)施方式。以相同的方式，第二線(xiàn)芯的數(shù)量也可以為多根，多根第二線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第二線(xiàn)芯包括至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第二絕緣層。
[0050]本實(shí)用新型提供的上述幾種結(jié)構(gòu)的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，由相互纏繞的第一線(xiàn)芯和第二線(xiàn)芯組成，兩者之間相互接觸的部分形成摩擦界面，因摩擦作用而產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了將摩擦電技術(shù)應(yīng)用到壓力感應(yīng)電纜中。由于本實(shí)用新型中只需制作出兩個(gè)用于摩擦的界面即可，無(wú)需極化等過(guò)程，因此，大大簡(jiǎn)化了制作工藝。而且本實(shí)用新型可以感受微小的壓力并據(jù)此釋放感應(yīng)信號(hào),靈敏度很高，同時(shí)成本也很低。
[0051]本實(shí)用新型提供的摩擦電壓力感應(yīng)電纜能夠感測(cè)出沖擊或振動(dòng)等壓力信號(hào)，可用作接觸式傳感器用于檢測(cè)周邊信號(hào)。鑒于其具有制作成本低、制作工藝簡(jiǎn)單和靈敏度高的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于智能交通、運(yùn)輸監(jiān)測(cè)、醫(yī)療技術(shù)中的生命特征監(jiān)測(cè)、安全防護(hù)等各領(lǐng)域。
[0052]最后，需要注意的是:以上列舉的僅是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例子，當(dāng)然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行改動(dòng)和變型，倘若這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，均應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，包括:相互纏繞的第一線(xiàn)芯和第二線(xiàn)芯，所述第一線(xiàn)芯和所述第二線(xiàn)芯之間相互接觸的部分作為所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜的摩擦界面； 所述第一線(xiàn)芯包括:至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及整體包覆在所述至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層；所述第二線(xiàn)芯包括:至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯； 所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯分別為所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜的兩個(gè)信號(hào)輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一絕緣層和所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間相互接觸的部分作為所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜的摩擦界面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的表面形成有微納結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第二線(xiàn)芯還包括:整體包覆在所述至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第二絕緣層；所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間相互接觸的部分作為所述摩擦電壓力感應(yīng)電纜的摩擦界面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和/或所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為圓柱狀結(jié)構(gòu)或棱柱狀結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和/或所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為圓柱狀結(jié)構(gòu)或棱柱狀結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和/或所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為圓柱狀結(jié)構(gòu)或棱柱狀結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和/或所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為圓柱狀結(jié)構(gòu)或棱柱狀結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于: 所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，所述第一絕緣層包覆在所述多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯組成的整體的外表面；或者，所述第一線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第一線(xiàn)芯包括至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在所述至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層； 和/或，所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于: 所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，所述第一絕緣層包覆在所述多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯組成的整體的外表面；或者，所述第一線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第一線(xiàn)芯包括至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在所述至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層； 和/或，所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于: 所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，所述第一絕緣層包覆在所述多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯組成的整體的外表面；或者，所述第一線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一線(xiàn) 芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第一線(xiàn)芯包括至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在所述至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層； 和/或，所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于: 所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，所述第一絕緣層包覆在所述多根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯組成的整體的外表面；或者，所述第一線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第一線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第一線(xiàn)芯包括至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在所述至少一根第一導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第一絕緣層； 和/或，所述第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，所述第二絕緣層包覆在所述多根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯組成的整體的外表面；或者，所述第二線(xiàn)芯的數(shù)量為多根，多根第二線(xiàn)芯之間平行設(shè)置或相互纏繞設(shè)置，每根第二線(xiàn)芯包括至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯以及包覆在所述至少一根第二導(dǎo)體線(xiàn)芯外周的第二絕緣層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，還包括:包覆在相互纏繞的第一線(xiàn)芯和第二線(xiàn)芯外周的屏蔽層和/或保護(hù)層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述屏蔽層的材料為銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線(xiàn)膜、金屬或合金；所述金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鋅、錫、鎢或釩；所述合金是鋼、鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金； 所述保護(hù)層的材料為聚乙烯、乙丙橡膠、丁晴橡膠、聚氯乙烯、聚烯烴、聚乙烯及其衍生物、氟塑料、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰胺、聚酰亞胺或 聚酯。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述屏蔽層為編織銅網(wǎng)、銅屏蔽帶、鋁塑復(fù)合帶或銅塑復(fù)合帶。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和/或第二導(dǎo)體線(xiàn)芯的材料為銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線(xiàn)膜、金屬或合金；所述金屬是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鋅、錫、鎢或釩；所述合金是鋼、鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一導(dǎo)體線(xiàn)芯和/或第二導(dǎo)體線(xiàn)芯為銅箔絲、裸銅線(xiàn)、鍍錫銅線(xiàn)、裸銅絞鍍銅線(xiàn)、鍍絞鍍銅線(xiàn)、鍍銀銅線(xiàn)、銅包鋼或聚氨酯漆包線(xiàn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4中任一項(xiàng)所述的摩擦電壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，所述第一絕緣層的材料和第二絕緣層的材料分別選自以下材料中的一種:聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龍、聚烯烴、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡膠、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亞胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、熱塑性硫化橡膠、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠、三元乙丙橡膠、熱塑性橡膠、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚酯纖維、氟化乙烯丙烯共聚物或苯胺甲醛樹(shù)脂薄膜。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK203616028SQ201320598839
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】馮順, 王珊, 徐傳毅 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司