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摩擦纳米传感技术在人体关节运动角度测量中的应用*
Application of triboelectric nanosensing technology in measuring human joint motion angles
投稿时间:2023-10-18  修订日期:2023-11-13
DOI:
中文关键词:  旋转圆盘式摩擦纳米发电机  角度测量  传感器
英文关键词:Rotary disk triboelectric nanogenerator  Angle measurement  Sensors
基金项目:中国科学院百人计划项目,国家自然科学基金项目(面上项目,重点项目,重大项目),安徽省自然科学基金,安徽省教育厅人文社科重点项目,中央高校基本科研项目
作者单位邮编
张井水 安徽艺术学院 公共教学部 230011
韩光辉 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 230009
杨舟 山西北方兴安化学工业有限公司 030023
赵世宇 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 230009
邓华夏* 中国科学技术大学 近代力学系 230026
马孟超 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 230009
钟翔 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 230009
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中文摘要:
      应用摩擦纳米传感技术原理,对其角度传感方式进行了理论研究,获得了开路电压与旋转角度之间的关系,并设计了一种旋转圆盘式摩擦纳米发电机,用于测量人体关节运动角度。仿真和实验结果表明,旋转圆盘式摩擦纳米发电机的开路电压峰值不受转子转速变化的影响,因此可作为角度传感器使用。闭环电路电流和转子转速呈线性关系,因此可作为角速度传感器使用。在负载为5MΩ时,该发电机的输出功率可达1.39μW,输出电压为2.5V,电压变化范围大,易于测量,证明了将摩擦纳米发电机应用于人体关节角度测量具有可行性。
英文摘要:
      By applying the principle of triboelectric nanosensing technology, the theoretical research of its angle sensing mode was carried out to establish the correlation between the open-loop circuit voltage and the rotation angle. Subsequently, a rotary disk triboelectric nanogenerator was designed specifically for measuring the angles of human joint motion. Simulation and experimental results indicate that the peak open-loop circuit voltage of the rotary disk triboelectric nanogenerator remains unaffected by changes in rotor rotational speed, thus rendering it suitable for use as an angle sensor. Additionally, a linear relationship exists between closed-loop circuit current and rotor rotational speed, enabling its utilization as an angular speed sensor. The output power of the generator can reach 1.39 μW at a load of 5 MΩ, and the output voltage is 2.5V. The wide range of voltage variation makes it easy to measure, proving the feasibility of applying friction-based nanogenerators to measure human joint angles.
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