安防监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种安防监测装置，该安防监测装置包括：安防地垫及警示输出装置，其中：安防地垫包括地垫本体、气囊结构及设置在所述气囊结构内部的摩擦发电机；气囊结构阵列设置在地垫本体的上表面、下表面或中间夹层内；警示输出装置与所述摩擦发电机的信号输出端连接。本实用新型的安防监测装置结构简单、性能稳定、操作方便、成本低廉，适合市场化生产和使用。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种安防监测装置，尤其涉及一种基于摩擦发电机的安防监测装 置。 安防监测装置
【背景技术】
[0002] 地垫在人们的日常生活中被广泛应用，其具有柔软舒适、吸附灰尘以及装饰美观 等多重功效。通常情况下，地垫被应用于家庭、宾馆、大厦等的出入口，因此，每当人们出入 时都要不可比避免的经过地垫。
[0003] 地垫的使用频率如此之高，又是人们出入时的必经之处，因此，将地垫赋予报警功 能对于家庭等场所的安防工作带来诸多便利。申请号201320564376. 6公开了一种智能地 垫，其包括地垫本体、无源传感器、信号处理器以及报警器，其中包含的摩擦发电机作为无 源传感器，其结构中包括支撑层结构或拱形结构，以保证摩擦发电机摩擦界面的接触分离， 上述结构的智能地垫存在结构复杂，信号源不稳定，信号强度低的缺点。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种操作简单、性能稳定、输出信号强的安防监测装 置。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型的一种安防监测装置的具体技术方案为：
[0006] 一种安防监测装置，包括：安防地垫及警示输出装置，其中：安防地垫包括地垫本 体、气囊结构及设置在气囊结构内部的摩擦发电机；气囊结构阵列设置在所述地垫本体的 上表面、下表面或中间夹层内；警示输出装置与所述摩擦发电机的信号输出端连接。
[0007] 进一步，气囊结构包括上壁和下壁，上壁和下壁之间具有至少一个容纳摩擦发电 机的密闭空间；摩擦发电机包括第一发电部和第二发电部，第一发电部与第二发电部之间 形成有至少一个气体空腔，气体空腔内填充有隔离第一发电部与第二发电部的气体；其中， 第一发电部固定设置在上壁的内表面上，第二发电部固定设置在下壁的内表面上，第一发 电部与第二发电部相对设置的两个表面之间形成摩擦界面。
[0008] 进一步，第一发电部包括层叠设置的第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层，第 二发电部包括第二电极层，其中第一高分子聚合物绝缘层与第二电极层相对设置；第一电 极层与第二电极层为摩擦发电机的信号输出端。
[0009] 进一步，第一发电部包括层叠设置的第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层，第 二发电部包括层叠设置第二电极层和第二高分子聚合物绝缘层，其中第一高分子聚合物绝 缘层与第二高分子聚合物绝缘层相对设置；第一电极层与第二电极层为摩擦发电机的信号 输出端。
[0010] 进一步，第一发电部包括层叠设置的第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层和居 间薄膜层，第二发电部包括层叠设置第二电极层和第二高分子聚合物绝缘层，其中居间薄 膜层与第二高分子聚合物绝缘层相对设置；第一电极层与第二电极层为所述摩擦发电机的 信号输出端。
[0011] 进一步，气囊结构与摩擦发电机之间设置有屏蔽层，所述屏蔽层与所述摩擦发电 机组件之间绝缘处理。
[0012] 进一步，警示输出装置为发光二极管。
[0013] 进一步，还包括发光纤维，发光纤维的一端与发光二极管连接。
[0014] 进一步，还包括信号处理电路，信号处理电路连接所述安防地垫及所述警示输出 装直。
[0015] 进一步，警示输出装置为声音报警器或移动终端。
[0016] 与现有装置相比，本实用新型的安防监测装置具有以下优点：
[0017] 1)本实用新型的安防监测装置结构简单、性能稳定、操作方便、成本低廉，适合市 场化生产和使用；
[0018] 2)本实用新型的安防监测装置中的摩擦发电机设置在气囊结构中，只需要在两发 电层中间充入适量气体即可达到理想效果，产生的信号稳定、信号强度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型的安防监测装置的结构框图；
[0020] 图2为本实用新型的安防地垫的结构示意图；
[0021] 图3为本实用新型的安防地垫中的气囊结构在地垫本体上阵列设置示意图；
[0022] 图4a为本实用新型的安防地垫中的气囊结构在地垫本体上的一种设置形式的示 意图；
[0023] 图4b为本实用新型的安防地垫中的气囊结构在地垫本体上的另一种设置形式的 示意图；
[0024] 图4c为本实用新型的安防地垫中的气囊结构在地垫本体上的又一种设置形式的 示意图；
[0025] 图5为本实用新型的安防地垫中的气囊结构和摩擦发电机的截面示意图；
[0026] 图6a为本实用新型的安防地垫中的气囊结构和摩擦发电机的另一种结构的截面 示意图；
[0027] 图6b为本实用新型的安防地垫中的气囊结构和摩擦发电机的又一种结构的截面 示意图；
[0028] 图7为本实用新型的安防监测装置的一个实施例的结构框图；
[0029] 图8为本实用新型的安防监测装置的另一个实施例的结构框图；
[0030] 图9为图8所示的安防监测装置中的数据处理电路的结构框图；
[0031] 图10为本实用新型中的摩擦发电机的第一种结构的截面示意图；
[0032] 图11为本实用新型中的摩擦发电机的第二种结构的截面示意图；
[0033] 图12为本实用新型中的摩擦发电机的第三种结构的截面示意图。
【具体实施方式】
[0034] 为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的 一种安防地垫做进一步详细的描述。
[0035] 如图1所示，本实用新型中的安防监测装置包括安防地垫1和警示输出装置2。其 中，如图1所示，本实用新型中安防地垫1可感测地垫表面的振动并输出感应信号，此处的 振动可以为人或者动物与地垫的接触分离等；警示输出装置2通过有线或无线的方式与安 防地垫1连接，当安防地垫1被触发时，警示输出装置2接收安防地垫1输出的感应信号， 并发出相应的报警信息。
[0036] 如图2所示本实用新型中的安防地垫包括地垫本体11、气囊结构12以及摩擦发 电机13。在图2中，设置有一个气囊结构12,并且其设置在地垫本体11的上表面上，摩擦 发电机13设置在气囊结构12的内部。如图3所示，地垫本体11上可阵列设置多个气囊结 构12,其中每个气囊结构中均设置有摩擦发电机13(图中未示）。如图4a至图4c所示，多 个气囊结构12可以设置在地垫本体11的上表面、下表面或中间夹层内。其中，图4a中的 气囊结构12设置在地垫本体11的上表面，即与外界振动源直接接触的一面，此种设置的优 点在于可以更准确的感知外界振动信号，灵敏度高；图4b中的气囊结构12设置在地垫本体 11的下表面，此种设置的优点在于可以避免气囊结构12在外界脚踩等接触时的磨损；图4c 中的气囊结构12设置在地垫本体11的中间夹层内，此种设置的优点在于可以有效保护器 件免受外界损伤，增加其使用寿命。本实施例中的多个气囊结构12内的摩擦发电机13可 以通过串联或并联的方式连接后与警示输出装置2连接。
[0037] 进一步，作为本实用新型的一个实施例，可直接使用气囊结构12作为地垫本体 11，在这种情况下，气囊结构12既起到保护摩擦发电机13的作用，又起到作为地垫本体11 的作用。当直接采用气囊结构12作为地垫本体11时，该气囊结构12的外部材料应选用塑 料橡胶、硅胶模等。
[0038] 进一步，如图5所示，本实用新型中的气囊结构12包括上壁121和下壁122,上壁 121和下壁122之间具有一个容纳摩擦发电机13的密闭空间123。其中，气囊结构12的材 料可以是具有弹性伸缩性能的材料，如塑料橡胶、硅胶等，且可以通过注塑或吹塑等加工方 式制作。此外，可选的是，气囊结构12内部的密闭空间123的截面形状可以为矩形、椭圆形、 圆形等几何形状。
[0039] 进一步，如图5所示，摩擦发电机13包括第一发电部131和第二发电部132。其 中，第一发电部131固定设置在气囊结构12的上壁121的内表面上，第二发电部132固定 设置在气囊结构12的下壁122的内表面上，两者之间形成有密闭的气体空腔133,气体空 腔133中填充有隔尚第一发电部131和第二发电部132的气体。此外，第一发电部131和 第二发电部132上还连接有输出引线134。由此，当对本实用新型中的气囊结构12施加外 部负载时，摩擦发电机13中的第一发电部131和第二发电部132部分接触，以产生电能。
[0040] 进一步，如图6a所示，气囊结构12的内部设置有多个连接筋124,多个连接筋124 将密闭空间123分割为多个较小尺寸的子空间1231，每一个小尺寸的子空间1231内都设置 有一个摩擦发电机13。其中，本实施例中的连接筋12所用的材料可与气囊结构12本体所 用的材料相同。此外，分割后的子空间1231的形状可以为矩形、圆形、椭圆形或其他多边形 等，且分割后的多个子空间1231之间可相互不连通或相互连通，多个子空间1231中的摩擦 发电机13可以通过串联或并联的方式连接或各自单独与外界连通。
[0041] 进一步，如图6b所不，摩擦发电机13的第一发电部131和第二发电部132上设置 多组连接带136,多组连接带136将第一发电部131和第二发电部132之间的气体空腔133 分割为多个小尺寸的子空腔1331，进而增加气囊发电机的整体稳定性。
[0042] 进一步，连接带136可以通过胶水等粘接剂形成，具体来说，可将粘接剂以一定的 形式涂布在第一发电部131和第二发电部132相对的面上，并粘接在一起，以将气体空腔 133分割为多个小尺寸的子空腔1331，分割后的子空腔1331的形状可以为矩形、圆形、椭圆 形或其他多边形等。连接带136也可通过热熔的方式形成，具体来说，在想要形成连接带 136的位置加热的同时施加外力，使第一发电部131和第二发电部132的部分区域熔融粘结 在一起，进而将气体空腔133分割为多个小尺寸的子空腔1331。分割后的多个子空腔1331 之间可相互不连通或相互连通。
[0043] 进一步，如图5、图6a和图6b所示，考虑到本实用新型中的摩擦发电机13的抗干 扰能力和本身信号特征，气囊结构12与摩擦发电机13之间可设置有屏蔽层4,屏蔽层4与 摩擦发电机13之间绝缘处理，其中，本实施例中的屏蔽层4可采用导电薄膜等。
[0044] 进一步，如图5、图6a和图6b所示，气囊结构12上还设置有用于向摩擦发电机13 内部的气体空腔133中充放气体的通气孔135。其中，通气孔135可设置在气囊发电机的底 部或侧部，填充在气体空腔133中的气体可以是空气或惰性气体。此外，需要严格控制充入 气体空腔133中气体的量，以便使本实用新型中的气囊发电机受到外部负载时，仅承受负 载的部分处的摩擦发电机13中的第一发电部131和第二发电部132接触，其余部分处的摩 擦发电机13中的第一发电部131和第二发电部132则由于气体的被挤压、流动而分离。
[0045] 如图7所示为本实用新型的一个实施例的结构框图，其中图1中所示的警示输出 装置2选择使用图7中所示发光二极管23,在本实施例中，由于摩擦发电机13被触发后所 产生的电能能够直接驱动发光二极管23发光，所以整个安防监测装置为一个无源的装置， 其中摩擦发电机13既作为传感器使用也作为发电机使用，为发光二极管23提供电能，达到 了节能环保且稳定性高的技术效果。
[0046] 进一步的，本实施例中发光二极管23可以组成各种图案以增强本实施例的安防 监测装置的功能丰富性与美观性，同时还可以增设发光纤维，发光纤维与发光二极管23连 接，当发光二极管发光时，其发出比照射光波长更长的可见光，达到增强视觉效果的技术效 果。
[0047] 如图8所示，为本实用新型的另一个实施例的结构框图，其中进一步包括数据处 理电路3,数据处理电路3连接在安防地垫1与警示输出装置2之间，数据处理电路3接收 并存储摩擦发电机13输出的感应电信号，经处理后输出控制信号给警示输出装置2,警示 输出装置2根据该控制信号发出相应警示信息。
[0048] 如图9所示，本实用新型中的数据处理电路3包括依次连接的滤波电路31、放大电 路32、模数转换电路33及单片机34,其中上述各组成电路的工作方式及原理为本领域技术 人员公知的，此处不再赘述，同时上述各电路器件均为耗电器件，摩擦发电机13所产生的 电能不足以供其工作，所以需要外设电源（图中未视）。
[0049] 进一步的，本实施例的警示输出装置2选用声音报警器，如蜂鸣器等，此时单片机 34所输出的控制信号为蜂鸣器所能识别的信号，此处为公知技术，不再赘述；或者，警示输 出装置2还可以选择诸如手机等移动终端设备，此时本实施例的数据处理电路3需进一步 设置无线发射模块，单片机34控制无线发射模块发送相应的信号给移动终端设备，提醒使 用者相应的信息。
[0050] 上述的数据处理电路和警示输出装置可以通过电池或外接电源进行供电。另外， 还可以设置与数据处理电路和/或警示输出装置相连的控制开关，用来控制数据处理电路 和/或警示输出装置的接通或关断。当安防监测装置的应用场所开放，无需启动报警时，可 以关断控制开关，使安防监测装置处于不报警状态。
[0051] 下面参考图10至图12,对本实用新型的安防地垫中的摩擦发电机的具体结构进 行详细描述：
[0052] 如图10所示，其示出了本实用新型中的摩擦发电机13的第一种结构。本实施例 中，摩擦发电机13中的第一发电部131包括第一电极层1311，第二发电部132包括层叠设 置的第二电极层1321和第二高分子聚合物绝缘层1322。其中，第一电极层1311和第二高 分子聚合物绝缘层1322相对设置形成摩擦界面，第一电极层1311和第二电极层1321为摩 擦发电机13的输出电极，与外电路相连。
[0053] 其中，第二高分子聚合物绝缘层1322为选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、 聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤 维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维 海绵薄膜、再生海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚 物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚 酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁 醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄 膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的任意一种。
[0054] 其中，第一电极层1311和第二电极层1321所用材料分别选自铟锡氧化物、石墨 烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钥、钨 或钥;；合金是错合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡 合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽合金中的一种。
[0055] 下面具体介绍一下摩擦发电组件的工作原理。当本实用新型的监测地垫1受到外 部负载时，设置在监测地垫1上的气囊结构12承受负载的部分处发生形变，使其上壁121 和下壁122之间的距离发生改变，进而使摩擦发电机13中的第一发电部131和第二发电部 132接触，也即第一发电部131向下弯曲，第一发电部131中的第一电极层1311与第二发电 部132中的第二高分子聚合物绝缘层1322表面相互摩擦产生静电荷，从而导致第一电极层 1311和第二电极层1321之间出现电势差。由于第一电极层1311和第二电极层1321之间 电势差的存在，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路 中形成电流。当该摩擦发电机13的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极层1311 和第二电极层1321之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极层1311和第二电极层1321 之间将再次产生反向的电势差，则自由电子通过外电路形成反向电流。通过反复摩擦和恢 复，就可以在外电路中形成周期性的交流电信号。
[0056] 另外，为了提高摩擦发电机13的发电能力，第一电极层1311和第二高分子聚合物 绝缘层1322相对设置的两个面中的至少一个面上可以进一步设置微纳结构137。因此，第 一电极层1311和第二高分子聚合物绝缘层1322的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第 一电极层1311和第二电极层1321处感应出较多的电荷。
[0057] 如图11所示，其示出了本实用新型中的摩擦发电机13的第二种结构。本结构与摩 擦发电机13的第一种结构的区别在于：摩擦发电机13中的第一发电部131包括层叠设置 的第一电极层1311和第一高分子聚合物绝缘层1312,第一高分子聚合物绝缘层1312和第 二高分子聚合物绝缘层1322相对设置形成摩擦界面，其中第一高分子聚合物绝缘层1312 的材料与摩擦发电机13的第一种结构中第二高分子聚合物的材料选取范围相同，但两者 优选不同的材料。参考摩擦发电机13的第一种结构，本领域技术人员可以较容易地理解本 实施例的工作原理、其余结构设置方式、材料选取等，此处不再赘述。
[0058] 如图12所示，其示出了本发明中的摩擦发电机13的第三种结构。本结构与摩擦 发电机13的第二种结构的区别在于，摩擦发电机13中的第二发电部132进一步包括居间 薄膜层1323,其层叠设置在第二高分子聚合物绝缘层1322之上，其中居间薄膜层1323的材 料与实施例二中第二高分子聚合物层1322的材料选取范围相同，但两者优选不同的材料。 参考摩擦发电机13的第二种结构，本领域技术人员可以较容易地理解本结构的工作原理、 其余结构设置方式、材料选取等，此处不再赘述。
[0059] 由此，本实用新型的安防监测装置操作简单、使用方便、信号不易受干扰，信号强 度高，且可应用于不同场合，易于铺设。
[0060] 以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具 体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅 读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。
【权利要求】
1. 一种安防监测装置，其特征在于，包括：安防地垫及警示输出装置，其中： 所述安防地垫包括地垫本体、气囊结构及设置在所述气囊结构内部的摩擦发电机；所 述气囊结构阵列设置在所述地垫本体的上表面、下表面或中间夹层内； 所述警示输出装置与所述摩擦发电机的信号输出端连接。
2. 根据权利要求1所述的安防监测装置，其特征在于，其中： 所述气囊结构包括上壁和下壁，所述上壁和所述下壁之间具有至少一个容纳所述摩擦 发电机的密闭空间； 所述摩擦发电机包括第一发电部和第二发电部，所述第一发电部与所述第二发电部 之间形成有至少一个气体空腔，所述气体空腔内填充有隔离第一发电部与第二发电部的气 体；其中，所述第一发电部固定设置在所述上壁的内表面上，所述第二发电部固定设置在 所述下壁的内表面上，所述第一发电部与第二发电部相对设置的两个表面之间形成摩擦界 面。
3. 根据权利要求2所述的安防监测装置，其特征在于，所述第一发电部包括层叠设置 的第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层，所述第二发电部包括第二电极层，其中所述第 一高分子聚合物绝缘层与所述第二电极层相对设置；所述第一电极层与所述第二电极层为 所述摩擦发电机的信号输出端。
4. 根据权利要求2所述的安防监测装置，其特征在于，所述第一发电部包括层叠设置 的第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层，所述第二发电部包括层叠设置第二电极层和第 二高分子聚合物绝缘层，其中所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘 层相对设置；所述第一电极层与所述第二电极层为所述摩擦发电机的信号输出端。
5. 根据权利要求2所述的安防监测装置，其特征在于，所述第一发电部包括层叠设置 的第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层，所述第二发电部包括层叠设置第 二电极层和第二高分子聚合物绝缘层，其中所述居间薄膜层与所述第二高分子聚合物绝缘 层相对设置；所述第一电极层与所述第二电极层为所述摩擦发电机的信号输出端。
6. 根据权利要求2所述的安防监测装置，其特征在于，所述气囊结构与所述摩擦发电 机之间设置有屏蔽层，所述屏蔽层与所述摩擦发电机组件之间绝缘处理。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的安防监测装置，其特征在于，所述警示输出装置为 发光二极管。
8. 根据权利要求7所述的安防监测装置，其特征在于，进一步包括发光纤维，所述发光 纤维的一端与所述发光二极管连接。
9. 根据权利要求1-6任一项所述的安防监测装置，其特征在于，进一步包括信号处理 电路，所述信号处理电路连接所述安防地垫及所述警示输出装置。
10. 根据权利要求9所述的安防监测装置，其特征在于，所述警示输出装置为声音报警 器或移动终端。
【文档编号】G08B13/10GK203894888SQ201420286990
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】冯顺, 付晓玥, 王珊, 赵豪 申请人:纳米新能源（唐山）有限责任公司