柱状摩擦纳米发电单元、摆幅可控型摩擦纳米发电装置

1.一种摆幅可控型摩擦纳米发电装置，其包括一个浮子（5），其特征在于，所述摆幅可控型摩擦纳米发电装置还包括：至少一个柱状摩擦纳米发电单元，其包括壳体（1）、形状为圆台状的摆动块（2）、与摆动块（2）同轴设置的摆动弹簧（3）；壳体（1）具有呈圆柱状的封闭内腔，内腔的侧壁面设有表面设有介电膜（12）的第一电极层（11），内腔的侧壁面中下段设置有将内腔分隔成上腔体和下腔体的环形隔片；第一电极层（11）和介电膜（12）位于上腔体内；摆动块（2）设置于上腔体的中心线上，摆动块（2）顶端的径向长度小于底端的径向长度，而底端的径向长度小于环形隔片内壁面的径向长度；摆动块（2）内部空心含有内设置有钢珠的空腔；摆动块（2）的外壁面设有第二电极层（21）；摆动弹簧（3）的一端从下腔体进入上腔体内且与摆动块（2）的外底面连接，而另一端与下腔体的底壁面连接；以及摆幅调控机构（6），其用于调整所述柱状摩擦纳米发电单元在受不同程度外力作用下的摆幅；所述摆幅调控机构（6）包括支撑板（61）、侧弹簧（62）、底弹簧（63）；所述支撑板（61）的数量为三个，三个支撑板（61）等距环形设置于浮子（5）顶端；侧弹簧（62）一端与支撑板（61）的内壁面固定连接，另一端向浮子（5）的中心线方向延伸且与柱状摩擦纳米发电单元连接；底弹簧（63）与柱状摩擦纳米发电单元同轴设置，一端与浮子（5）的顶端连接，另一端与柱状摩擦纳米发电单元的底端连接。 2.根据权利要求1所述的摆幅可控型摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述支撑板（61）采用耐候刚性材质。 3.根据权利要求1所述的摆幅可控型摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述第一电极层（11）和所述壳体（1）的内侧壁面之间粘接有缓冲层（4），用以扩大摆动块（2）与壳体（1）的接触面积。 4.根据权利要求1所述的摆幅可控型摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述第一电极层（11）和第二电极层（21）采用电阻率大于1.5的导电材料。 5.根据权利要求4所述的摆幅可控型摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述介电膜（12）采用与所述第一电极层（11）和第二电极层（21）的束缚电子能力具有差异的材料。 6.根据权利要求1所述的摆幅可控型摩擦纳米发电装置，其特征在于，所述第一电极层（11）和第二电极层（21）的厚度为0.001-0.08mm，所述介电膜的厚度为0.01-0.2mm。 7.一种自供电的波高传感器，其包括一个浮子（5），其特征在于，所述波高传感器还包括：壳体（1），其具有封闭内腔，所述内腔呈圆柱状，所述内腔的侧壁面设有第一电极层（11）；所述第一电极层（11）的表面设有介电膜（12）；所述内腔的侧壁面中下段设置有环形隔片，所述环形隔片将所述内腔分隔成上腔体和下腔体；所述第一电极层（11）和介电膜（12）位于所述上腔体内；摆动块（2），其设置于所述上腔体的中心线上，所述摆动块（2）的形状为圆台状，所述摆动块（2）顶端的径向长度小于底端的径向长度；所述摆动块（2）底端的径向长度小于所述环形隔片内壁面的径向长度；摆动块（2）内部空心含有空腔，且所述空腔内设置有钢珠；摆动块（2）的外壁面设有第二电极层（21）；摆动弹簧（3），其与摆动块（2）同轴设置，摆动弹簧（3）的一端从所述下腔体进入所述上腔体内，且与摆动块（2）的外底面连接，摆动弹簧（3）的另一端与所述下腔体的底壁面连接；摆幅调控机构（6），其用于调整柱状摩擦纳米发电单元在受不同程度外力作用下的摆幅；所述摆幅调控机构（6）包括支撑板（61）、侧弹簧（62）、底弹簧（63）；所述支撑板（61）的数量为三个，三个支撑板（61）等距环形设置于浮子（5）顶端；侧弹簧（62）一端与支撑板（61）的内壁面固定连接，另一端向浮子（5）的中心线方向延伸且与柱状摩擦纳米发电单元连接；底弹簧（63）与柱状摩擦纳米发电单元同轴设置，一端与浮子（5）的顶端连接，另一端与柱状摩擦纳米发电单元的底端连接；信号采集模块，其用于实时采集第一电极层（11）和第二电极层（21）之间的电信号；数据处理模块，其用于根据任意时刻采集的所述电信号和一个预设的“电信号-波高”函数，得到对应时刻的波高，所述“电信号-波高”函数用于表征所述波高传感器检测过程中的电信号和波高件的映射关系。 8.根据权利要求7所述的自供电的波高传感器，其特征在于，所述“电信号-波高”函数的建立方法包括以下步骤：S1.将波高传感器置于实验水箱中，预设一个波高区域，选取波高区域内多个波高值，采集不同波高值下波高传感器产生的电信号，得到一组离散实验数据；S2.预设一个重复次数，重复步骤S1，得到多组离散实验数据，将多组离散实验数据进行处理，得到一组可靠的数据集，所述数据集的获取方法包括以下步骤：S2.1.获取多组离散实验数据中任意一个波高值对应的多个电信号，组成原始信号集，将所述原始信号集的中间值和所述原始信号集内的电信号逐一进行差值计算，得到信号差；S2.2.将每个信号差与一个预设的误差值进行对比；S2.3.当所述信号差大于所述误差值时，将与所述信号差对应的所述原始信号集的电信号进行删除，所述原始信号集的剩余电信号组成一个精准信号集；S2.4.对所述精准信号集进行平均值计算，得到一个可靠信号值；S2.5.重复步骤S2.1，计算每个波高值相对应的可靠信号值，所述波高值和其相对应的可靠信号值组成所述数据集；S3.以波高为x坐标，以电信号为y坐标，建立基准坐标系，将所述数据集中波高值和其对应的可靠信号值标注在所述基准坐标系中，得到一组离散点，将相邻离散点进行连线，建立所述“电信号-波高”函数。 9.根据权利要求7所述的自供电的波高传感器，其特征在于，所述第一电极层（11）和所述壳体（1）的内侧壁面之间粘接有缓冲层（4），用以扩大摆动块（2）与壳体（1）的接触面积。 10.根据权利要求7所述的自供电的波高传感器，其特征在于，所述第一电极层（11）和第二电极层（21）采用电阻率大于1.5的导电材料。 11.根据权利要求10所述的自供电的波高传感器，其特征在于，所述介电膜（12）采用与所述第一电极层（11）和第二电极层（21）的束缚电子能力具有差异的材料。 12.根据权利要求7所述的自供电的波高传感器，其特征在于，所述第一电极层（11）和第二电极层（21）的厚度为0.001-0.08mm，所述介电膜的厚度为0.01-0.2mm。 13.一种海上预警系统，其特征在于，其包括：多个与海床匹配设置的波高传感器；其采用如权利要求7-12中任意一项所述的自供电的波高传感器；多个Gps定位模块，各个Gps定位模块与各个波高传感器一一对应，以获取每个波高传感器的位置信息；无线通讯模块，其用于将所述波高传感器和Gps定位模块采集的数据传输到一个服务器；至少一个声光报警器，其设置于海洋监测工作站，根据一个服务器的预警信号发出警报；服务器，其用于接收无线通讯模块传输的数据信号，并对数据信号进行处理，得到波高传感器的波高信息和相对应的位置信息；还用于判断所述波高信息是否在一个预设的合理范围内；否则发送预警信号，并控制声光报警器报警。