一种自供电流量传感器

技术领域

本发明涉及液体流量测量技术领域，尤其涉及一种自供电流量传感器。

背景技术

流量监测对于工业生产、日常生活以及流体运输均具有十分重要的实际意义，监测仪表更是广泛应用于各种管路管网中，如城市供水、农业灌溉、工业运输、石油开采等，而目前的一些智能仪表需外部电源或电池供电，在外部电源由于故障无法供电或电池电量不足的情况下，将影响仪表的运行，难以保证监测仪表工作的持续稳定性。

发明内容

本发明提供一种自供电流量传感器，用以解决现有技术中存在的智能仪表需外部电源或电池供电，受外部电源的工作状态和电池电量的影响，难以保证持续稳定的运行的问题。

本发明实施例提供一种自供电流量传感器，包括基体组件、捕能装置、发电装置、传感装置、处理装置；

所述基体组件设置有第一进液口、第一出液口以及连通所述第一进液口和所述第一出液口的腔室；

所述捕能装置设于所述腔室内，包括机壳和设于所述机壳内的转子，所述机壳表面设置有第二进液口和第二出液口，所述机壳内部设置有挡板，所述挡板将所述第二进液口和所述第二出液口隔开；所述转子包括圆盘和位于所述圆盘中心的球轴，所述圆盘设置有豁口，所述挡板从所述豁口中穿过，所述圆盘在液体的驱动下以所述球轴为中心做摇摆旋转运动；

所述发电装置被配置为在所述转子的驱动下运转并输出交流电；

所述传感装置被配置为在所述转子的驱动下运转并产生脉冲信号；

处理装置与所述发电装置、所述传感装置连接，被配置为将所述发电装置输出的交流电进行整流处理，并将所述传感装置产生的脉冲信号转换为液体的流量信息。

上述实施例中，该自供电流量传感器在工作过程中，液体从捕能装置的机壳内通过，设置在机壳内的转子为圆盘形转子，在液体的驱动下，圆盘做摇摆旋转运动，随着圆盘的摇摆旋转，发电装置向外输出交流电，这部分交流电经整流后可以为用电部件供电，实现了自驱动，无需外部电源或者电池供电，可以持续稳定的工作；同时，传感装置产生脉冲信号，脉冲信号的个数与圆盘摇摆旋转的幅度成正相关，脉冲信号可以转换为液体的流量信息，实现流量监测。

可选的，所述球轴为中空结构，所述发电装置和/或所述传感装置设于所述球轴内。

可选的，所述捕能装置还包括传动组件，所述传动组件的输入端位于所述机壳内，所述传动组件的输出端位于所述机壳外，所述传动组件被配置为在所述转子的驱动下转动；

所述发电装置设于所述传动组件的输出端，并在所述传动组件的带动下发电，和/或，所述传感装置设于所述传动组件的输出端，并在所述传动组件的带动下产生脉冲信号。

可选的，所述球轴内设置有多个支撑板，多个所述支撑板沿所述球轴的中心轴线层叠且间隔设置；

所述发电装置包括多个发电单元，所述发电单元与所述支撑板一一对应，所述发电单元包括两个电极块和多个第一摩擦小球，两个所述电极块设置在所述支撑板的表面；在所述转子转动过程中，多个所述第一摩擦小球在两个所述电极块之间往复移动，两个所述电极块向外输出交流电；

或者，所述发电装置包括多个发电单元，所述发电单元与所述支撑板一一对应，所述发电单元包括磁柱滚子和第一线圈绕组，所述磁柱滚子设于所述支撑板的表面，所述第一线圈绕组设置在所述支撑板的上方，在所述转子转动过程中，所述磁柱滚子在所述支撑板的表面相对于所述支撑板的中心做圆周运动，所述第一线圈绕组切割磁感线产生电流。

可选的，所述发电装置包括第一转动部、第一膜片、第一固定部、第一电极组件；

所述第一转动部与所述传动组件的输出端连接，所述第一膜片设于所述第一转动部；

所述第一固定部与所述基体组件连接，所述第一电极组件设于所述第一固定部，所述第一电极组件包括第一电极块和第二电极块，所述第一电极块和所述第二电极块沿周向间隔设置，所述第一电极块和所述第二电极块分别与外电路连接；所述第一膜片交替和所述第一电极块、所述第二电极块接触过程中，所述第一电极块、所述第二电极块向外输出交流电。

可选的，第一电极组件的数量为三组，三组所述第一电极组件以相位差层叠设置，构成三相耦合电极组。

可选的，所述发电装置包括转动底座、磁体、固定底座、第二线圈绕组；

所述转动底座与所述传动组件的输出端连接，所述磁体设于所述转动底座；

所述固定底座与所述基体组件连接，所述第二线圈绕组设于所述固定底座，在所述磁体转动过程中，所述第二线圈绕组切割磁感线产生感应电流。

可选的，所述第二线圈绕组的数量为多个，多个所述第二线圈绕组形成至少一个三相线圈绕组，所述三相线圈绕组包括沿圆周均匀分布的三个所述第二线圈绕组。

可选的，所述传感装置包括第二电极组件、第二摩擦小球，所述球轴内设置有环形的凹槽，所述第二电极组件设置在所述凹槽的底面，所述第二电极组件包括第三电极块和第四电极块，所述第三电极块和所述第四电极块沿周向间隔设置，所述第三电极块和所述第四电极块分别与外电路连接；

所述第二摩擦小球设置在所述凹槽内，并沿所述凹槽在所述第二电极组件的表面滚动，所述第二摩擦小球交替和所述第三电极块、所述第四电极块接触过程中，所述第三电极块、所述第四电极块向外输出脉冲信号。

可选的，所述凹槽的数量为两个，两个所述凹槽的槽口相对设置，所述第二摩擦小球设置在两个所述凹槽之间；

所述第二电极组件的数量为两个，两个所述第二电极组件与两个所述凹槽一一对应，两个所述第二电极组件中所述第三电极块和所述第四电极块的排布顺序相反。

可选的，所述球轴内设置有支撑板，所述传感装置包括滚子和第三电极组件，所述滚子被配置为在所述球轴运动过程中，在所述支撑板的表面相对于所述支撑板的中心做圆周运动；

所述第三电极组件设置在所述支撑板的表面，包括第五电极块和第六电极块，所述第五电极块和所述第六电极块沿周向间隔设置，且所述第五电极块和所述第六电极块分别与外电路连接；在所述滚子交替和所述第五电极块、所述第六电极块接触过程中，所述第五电极块、所述第六电极块向外输出脉冲信号。

可选的，所述第三电极组件的数量为三个，三个所述第三电极组件沿所述支撑板的径向方向以相位差层叠设置。

可选的，所述传感装置包括第二转动部、第二膜片、第二固定部和第四电极组件；

所述第二转动部与所述传动组件的输出端连接，所述第二膜片设于所述第二转动部，且所述第二膜片携带有电荷；

所述第二固定部与所述基体组件连接，所述第四电极组件设于所述第二固定部，并与所述第二膜片之间具有间隙，第四电极组件包括第七电极块和第八电极块，所述第七电极块和所述第八电极块沿周向间隔设置，且所述第七电极块和所述第八电极块分别与外电路连接；所述第二膜片交替经过所述第七电极块和所述第八电极块的过程中，所述第七电极块和所述第八电极块向外输出脉冲信号。

可选的，所述传感装置包括内环、外环、滚珠、第五电极组件；

所述内环与所述传动组件的输出端连接；

所述外环相对所述基体组件固定，且为高分子材料制作而成的环形结构；

所述滚珠设于所述内环与所述外环之间；

所述第五电极组件设于所述外环的外壁表面，包括第九电极块和第十电极块，第九电极块和所述第十电极块沿周向间隔设置，并分别与外电路连接；所述滚珠交替经过所述第九电极块和所述第十电极块的过程中，所述第九电极块和所述第十电极块向外输出脉冲信号。

可选的，所述处理装置包括电源管理模块、处理模块、显示模块和/或通信模块；

所述电源管理模块与所述发电装置连接，用于将所述发电装置输出的交流电转换为直流电并向用电部件供电；

所述处理模块用于将所述脉冲信号转换为液体的流量信息；

所述显示模块用于显示所述流量信息；

所述通信模块用于将所述流量信息发送至终端设备。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种自供电流量传感器的结构示意图；

图2为图1所示出的自供电流量传感器中基体组件的结构示意图；

图3为图1所示出的自供电流量传感器中捕能装置的结构示意图；

图4为图1所示出的自供电流量传感器中传动组件的结构示意图；

图5为图1所示出的自供电流量传感器中转子和发电装置的组合示意图；

图6、图7为图1所示出的自供电流量传感器中传感装置的结构示意图；

图8为图7所示出的传感装置中第四电极组件展开后的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种自供电流量传感器的结构示意图；

图10、图11为图9所示出的自供电流量传感器发电装置的结构示意图；

图12为图9所示出的自供电流量传感器传感装置的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的又一种自供电流量传感器的结构示意图；

图14为图13所示出的自供电流量传感器中发电装置的结构示意图；

图15为图13所示出的自供电流量传感器中转子和传感装置的组合示意图；

图16为图15中所示出的传感装置与凹槽的爆炸示意图；

图17为本发明实施例提供的再一种自供电流量传感器的结构示意图；

图18为图17所示出的传感装置中第三电极组件的结构示意图；

图19为图18所示出的第三电极组件的局部放大图；

图20为本发明实施例提供的处理装置的结构示意图。

附图标记：

10-基体组件；101-第一进液口；102-第一出液口；103-腔室；

20-捕能装置；21-机壳；211-第二进液口；212-第二出液口；22-转子；221-圆盘；222-球轴；223-支撑板；224-凹槽；23-挡板；24-传动组件；241-传动轴；242-转辊；

30-发电装置；31-发电单元；311-电极块；312-第一摩擦小球；313-磁柱滚子；314-第一线圈绕组；

321-第一转动部；322-第一膜片；323-第一固定部；324-第一电极组件；3241-第一电极块；3242-第二电极块；

331-转动底座；332-磁体；333-固定底座；334-第二线圈绕组；

40-传感装置；411-第二电极组件；4111-第三电极块；4112-第四电极块；412-第二摩擦小球；

421-滚子；422-第三电极组件；4221-第五电极块；4222-第六电极块；

431-第二转动部；4311-转轴；4312-支架；432-第二膜片；433-第二固定部；434-第四电极组件；4341-第七电极块；4342-第八电极块；435-电荷补充块；

441-内环；442-外环；443-滚珠；444-第五电极组件；4441-第九电极块；4442-第十电极块；

50-处理装置；51-电源管理模块；52-处理模块；53-显示模块；54-通信模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种自供电流量传感器，用以解决现有技术中存在的智能仪表需外部电源或电池供电，受外部电源的工作状态和电池电量的影响，难以保证持续稳定的运行的问题。

如图1～图20所示，该自供电流量传感器包括基体组件10、捕能装置20、发电装置30、传感装置40、处理装置50，其中：基体组件10设置有第一进液口101、第一出液口102以及连通第一进液口101和第一出液口102的腔室103；

捕能装置20设于腔室103内，包括机壳21和设于机壳21内的转子22，机壳21表面设置有第二进液口211和第二出液口212，第二进液口211和第一进液口101连通，第二出液口212和第一出液口102连通；转子22包括圆盘221和位于圆盘221中心的球轴222，圆盘221在液体的驱动下以球轴222为中心做摇摆旋转运动；

发电装置30被配置为在转子22的驱动下运转并输出交流电；

传感装置40被配置为在转子22的驱动下运转并输出脉冲信号；

处理装置50与发电装置30、传感装置40连接，被配置为将发电装置30输出的交流电进行整流处理，并将传感装置40输出的脉冲信号转换为液体的流量信息。

具体来说，如图2所示，基体组件10设置有第一进液口101、第一出液口102，在使用过程中，基体组件10的第一进液口101和第一出液口102分别与管道连接，这样，液体在管道内流动时可以通过该系统，从而进行流量的监测。

继续参考图2，基体组件10内部设置有腔室103，该腔室103连通第一进液和第一出液口102，并可以为捕能装置20等提供容纳空间，其中，如图3所示，捕能装置20包括机壳21，机壳21内设置有转子22，该转子22为圆盘形转子22，包括圆盘221和位于圆盘221中心的球轴222，机壳21表面设置有第二进液口211和第二出液口212，第二进液口211和第一进液口101连通，第二出液口212和第一出液口102连通，机壳21内除转子22外，还设置有挡板23，圆盘221上设置有豁口，挡板23从豁口中穿过，挡板23将第二进液口211和第二出液口212隔开，避免液体从第二进液口211进入机壳21后，直接从第二出液口212流出；机壳21的内腔底面设置有凹槽(未示出)，球轴222位于凹槽内，液体在流过机壳21的过程中，圆盘221在液体的驱动下以球轴222为中心做摇摆旋转运动，圆盘221旋转一周，从第二进液口211送至第二出液口212的液体的体积等于机壳21内部计量室空间的容积。

如图3所示，第二进液口211设于机壳21的顶壁，第二出液口212设于机壳21的侧壁，并且，机壳21的侧壁还设置有导液槽213，机壳21装入基体组件10内后，导液槽213与基体组件10的内壁之间形成导流通道，导流通道连通第一进液口101和第二进液口211，第二出液口212与第一出液口102相对设置，在使用过程中，液体由第一进液口101进入基体组件10内，然后经导流通道、第二进液口211进入机壳21内，在机壳21内，液体驱动圆盘221做摇摆旋转运动，最后，液体经第二出液口212、第一出液口102流出。

在液体的驱动下，圆盘221以球轴222为中心做摇摆旋转运动，并带动发电装置30运转从而产生交流电，这部分交流电经处理装置50整流后可以为内部的用电部件供电，实现了自驱动，无需外部电源或者电池供电，可以持续稳定的工作；发电装置30可以利用摩擦起电与静电感应耦合的原理发电，也可以利用电磁感应的原理发电，下文中将对上述两种发电原理以及相关结构进行具体说明，在此不进行详细介绍。

随着圆盘221的摇摆旋转，传感装置40随之运转并输出脉冲信号，在设定的时间T内，脉冲信号的个数与圆盘221摇摆旋转的幅度成正相关，脉冲信号在处理装置50内经过处理后可以转换为液体的流量信息，实现流量的监测，流量信息可以在显示屏内进行显示，也可以发送至终端设备，供用户随时查看。

该自供电流量传感器通过圆盘形转子22的转动驱动发电装置30和传感装置40运转，并分别用于发电和输出脉冲信号，一方面实现了自供电，另一方面利用脉冲信号实现了流量的计量，整体结构比较简单。

在一些实施例中，球轴222为中空结构，发电装置30和/或传感装置40设于球轴222内。

这是因为，圆盘221在摇摆旋转的同时，球轴222也在不停地运转，通过将球轴222设置为中空结构，从而可以为发电装置30、传感装置40提供容纳空间，并可以带动发电装置30、传感装置40运转，进而发电或进行流量监测，提高了空间利用率，使得整体结构更加紧凑。

可选的，可以将发电装置30和传感装置40中的任意一者设于球轴222内，也可以将两者均设于球轴222内。

发电装置30、传感装置40还可以设于球轴222外部，此时，捕能装置20还包括传动组件24，传动组件24的输入端位于机壳21内，传动组件24的输出端位于机壳21外，传动组件24被配置为在转子22的驱动下转动；发电装置30设于传动组件24的输出端，并在传动组件24的带动下发电，和/或，传感装置40设于传动组件24的输出端，并在传动组件24的带动下产生脉冲信号。

如图4所示，传动组件24包括传动轴241、轴承(未标识)、转辊242，传动轴241从机壳21的顶壁穿过，轴承设置在传动轴241与机壳21的顶壁之间，转辊242设于传动轴241的端部，且转辊242位于机壳21内，球轴222在转动过程中推动转辊242转动，转辊242带动传动轴241转动，传动轴241再带动发电装置30和/或传感装置40运转。

以下从发电装置30和传感装置40的结构、工作原理以及相对球轴222的位置等方面进行详细说明。

针对发电装置30而言，发电装置30可以设于球轴222内，如图5所示，球轴222内设置有多个支撑板223，这些支撑板223沿球轴222的中心轴线层叠且间隔设置，从而在球轴222内分隔出多个独立空间；发电装置30包括多个发电单元31，发电单元31与支撑板223一一对应，每个发电单元31均位于一个独立空间内，继续参考图5，发电单元31包括两个电极块311和多个第一摩擦小球312，两个电极块311设置在支撑板223的表面，第一摩擦小球312可在电极块311的表面自由移动；在转子22转动过程中，多个第一摩擦小球312在两个电极块311之间往复移动，使得两个电极块311之间产生电势差，该电势差驱动电子在外电路中流动形成电流，从而向外输出。

其中，电极块311的材料包括铜、铝、银等，第一摩擦小球312的材料包括聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)等。可选的，电极块311采用铜材，第一摩擦小球312采用聚四氟乙烯，电极块311的表面也可以设置由具备摩擦起电效应的高分子材料制作而成的膜层。

上述实施方式中，发电装置30利用摩擦起电的原理，通过第一摩擦小球312在两个电极块311之间往复移动进行发电，除此之外，还可以利用电磁感应的原理发电，如图17所示，发电单元31包括磁柱滚子313和第一线圈绕组314，磁柱滚子313设于支撑板223的表面，第一线圈绕组314设置在支撑板223的上方，在转子22运动过程中，磁柱滚子313在支撑板223的表面相对于支撑板223的中心做圆周运动，第一线圈绕组314切割磁感线产生电流。

可选的，支撑板223的表面设置有凹槽，凹槽沿周向设置，磁柱滚子313位于凹槽内，并沿凹槽滚动，为了避免磁柱滚子313脱离支撑板223，磁柱滚子313的一端设置有连杆，连杆与支撑板223的中心铰接，这样，磁柱滚子313可以稳定地在支撑板223的表面做圆周运动，而不脱离支撑板223。

发电装置30还可以设于球轴222外部，并在传动组件24的带动下运转，从而发电，如图9、图10、图11所示，发电装置30包括第一转动部321、第一膜片322、第一固定部323、第一电极组件324，其中，第一转动部321与传动组件24的输出端连接，第一转动部321可以随着传动组件24的转动而转动，第一膜片322设于第一转动部321，并跟随第一转动部321同步转动；第一固定部323与基体组件10连接，相对基体组件10固定不动，第一电极组件324设于第一固定部323，第一电极组件324包括第一电极块3241和第二电极块3242，第一电极块3241和第二电极块3242沿周向间隔设置，第一电极块3241和第二电极块3242分别与外电路连接；第一膜片322交替和第一电极块3241、第二电极块3242接触过程中，第一电极块3241、第二电极块3242向外输出交流电。

第一膜片322为具备摩擦起电效应的高分子材料制作而成，包括Kapton(聚酰亚胺)、PTFE(聚四氟乙烯)和FEP(薄膜和氟化乙烯丙烯共聚物)等，第一膜片322设于第一转动部321，第一膜片322将随第一转动部321的转动而转动，第一电极块3241和第二电极块3242设于第一固定部323，并位于第一膜片322的旋转路径上，第一电极块3241和第二电极块3242的表面也可以设置由具备摩擦起电效应的高分子材料制作而成的膜层，第一膜片322在转动过程中，第一电极块3241和第二电极块3242固定不动，第一膜片322交替与第一电极块3241和第二电极块3242发生接触，当第一膜片322和第一电极块3241接触而不与第二电极块3242接触时，第一膜片322和第一电极块3241在接触面产生电荷的转移，第一电极块3241和第二电极块3242之间产生电势差，该电势差驱动电子在外电路中流动形成电流；同理，当第一膜片322和第二电极块3242接触而不与第一电极块3241接触时，第一电极块3241和第二电极块3242之间也会产生电势差，从而向外部电路输出电流。

随着第一转动部321的转动，第一膜片322将交替与第一电极块3241、第二电极块3242接触，并且接触面积由小变大，再由大变小，上述介绍的两种状态为其中某两个时刻的状态，在其他时刻，第一膜片322还可能同时与第一电极块3241的一部分以及第二电极块3242的一部分进行接触，但只要第一电极块3241和第二电极块3242之间存在电势差，则会向外部电路输出电流。在第一膜片322连续的转动过程中，第一电极块3241和第二电极块3242将向外输出交流电。

第一电极块3241和第二电极块3242的数量不限，为了提高发电效率，第一电极块3241和第二电极块3242的数量均为多个，且第一电极块3241和第二电极块3242沿周向交替设置，其中，第一电极块3241可以连为一体，第二电极块3242可以连为一体。

可选的，第一膜片322、第一电极块3241、第二电极块3242的数量相等，且沿周向均匀分布，随着第一转动部321的转动，多个第一膜片322可以同时与第一电极块3241和/或第二电极块3242发生摩擦起电和静电感应效应，产生的电量得到叠加。

进一步的，如图10所示，第一电极组件324的数量为三组，三组第一电极组件324以相位差层叠设置，构成三相耦合电极组，这样，可以达到趋于直流输出的目的。

在发电装置30设于球轴222外的情况下，也可以采用电磁感应的原理发电，如图14所示，发电装置30包括转动底座331、磁体332、固定底座333、第二线圈绕组334，其中，转动底座331与传动组件24的输出端连接，转动底座331可以随着传动组件24的转动而转动，磁体332设于转动底座331，并跟随转动底座331同步转动；固定底座333与基体组件10连接，并相对基体组件10固定不动，第二线圈绕组334设于固定底座333，在磁体332转动过程中，第二线圈绕组334切割磁感线产生感应电流。

磁体332和第二线圈绕组334的数量不限，为了提高发电效率，磁体332和第二线圈绕组334均为多个，且沿周向均匀分布，并且，多个第二线圈绕组334形成至少一个三相线圈绕组，三相线圈绕组包括沿圆周均匀分布的三个第二线圈绕组334，即这三个第二线圈绕组334相差120°，通过布置三相线圈绕组进一步提高了发电效率。

针对传感装置40而言，传感装置40可以设于球轴222内，如图15、图16所示，传感装置40包括第二电极组件411、第二摩擦小球412，球轴222内设置有环形的凹槽224，第二电极组件411设置在凹槽224的底面，第二电极组件411包括第三电极块4111和第四电极块4112，第三电极块4111和第四电极块4112沿周向间隔设置，第三电极块4111和第四电极块4112分别与外电路连接；第二摩擦小球412设置在凹槽224内，并沿凹槽224在第二电极组件411的表面滚动，第二摩擦小球412交替和第三电极块4111、第四电极块4112接触过程中，第三电极块4111、第四电极块4112向外输出脉冲信号。

第二摩擦小球412的材料包括聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)等，第二摩擦小球412在滚动过程中，可以交替与第三电极块4111和第四电极块4112发生接触，当第二摩擦小球412和第三电极块4111接触而不与第四电极块4112接触时，第二摩擦小球412和第三电极块4111在接触面产生电荷的转移，第三电极块4111和第四电极块4112之间产生电势差，该电势差驱动电子在外电路中流动形成电流；同理，当第二摩擦小球412和第四电极块4112接触而不与第三电极块4111接触时，第三电极块4111和第四电极块4112之间也会产生电势差，驱动电子在外电路中流动形成电流。

第三电极块4111和第四电极块4112的表面也可以设置由具备摩擦起电效应的高分子材料制作而成的膜层。

第三电极块4111和第四电极块4112的数量不限，第三电极块4111和第四电极块4112均为多个，且沿周向依次交替排布，并且，如图16所示，第三电极块4111可以连为一体，形成锯齿形结构，同理，第四电极块4112也可以连为一体，形成锯齿形结构，两者交错设置，这样，第三电极块4111可以共用一根导线输出，第四电极块4112可以共用一根导线输出，使得布线更加简单。

在设定的时间T内，球轴222的转速越快，第二摩擦小球412经过第三电极块4111和第四电极块4112的次数越多，产生的脉冲信号的个数越多。

第二摩擦小球412滚动过程中，和第三电极块4111以及第四电极块4112产生滚动摩擦，摩擦力较小，降低了在接触过程中产生的磨损，延长了使用寿命。

继续参考图16，凹槽224的数量为两个，两个凹槽224的槽口相对设置，第二摩擦小球412设置在两个凹槽224之间；第二电极组件411的数量为两个，两个第二电极组件411与两个凹槽224一一对应，并且，两个第二电极组件411中第三电极块4111和第四电极块4112的排布顺序相反。

也就是说，两个第二电极组件411中，位于上方的第二电极组件411中的第三电极块4111和位于下方的第二电极组件411中的第四电极块4112上下对应，位于上方的第二电极组件411中的第四电极块4112和位于下方的第二电极组件411中的第三电极块4111上下对应，这样，第二摩擦小球412与其中一个第二电极组件411中的第三电极块4111接触时，同时与另一个第二电极组件411中的第四电极块4112接触，这两个第二电极组件411会输出两组幅值相反的同等信号，通过信号处理将信号相减，从而放大信号，从而解决了传感信号过小容易受到干扰且不便检测的问题。

如图17、图18、图19所示，球轴222内设置有支撑板223，传感装置40包括滚子421和第三电极组件422，滚子421被配置为在转子22运动过程中，在支撑板223的表面相对于支撑板223的中心做圆周运动；第三电极组件422设置在支撑板223的表面，包括第五电极块4221和第六电极块4222，第五电极块4221和第六电极块4222沿周向间隔设置，第五电极块4221和第六电极块4222分别与外电路连接；在滚子421交替和第五电极块4221、第六电极块4222接触过程中，第五电极块4221、第六电极块4222向外输出脉冲信号。

可选的，支撑板223的表面设置有凹槽，凹槽沿周向设置，滚子421位于凹槽内，并沿凹槽滚动，为了避免滚子421脱离支撑板223，滚子421的一端设置有连杆，连杆与支撑板223的中心铰接，这样，滚子421可以稳定地在支撑板223的表面做圆周运动，而不脱离支撑板223。

第五电极块4221和第六电极块4222均为多个，且沿周向依次交替排布，并且，如图18、图19所示，第五电极块4221可以连为一体，形成锯齿形结构，同理，第六电极块4222也可以连为一体，形成锯齿形结构，两者交错设置，磁柱滚子313在沿周向滚动过程中，交替和第五电极块4221、第六电极块4222接触，第五电极块4221、第六电极块4222之间产生电势差，从而驱动电子在外电路中流动形成脉冲信号。

第五电极块4221和第六电极块4222的表面也可以设置由具备摩擦起电效应的高分子材料制作而成的膜层。

进一步的，如图18所示，第三电极组件422的数量为三个，三个第三电极组件422沿支撑板223的径向方向以相位差层叠设置，通过一定角度的相位差布置以提高流量监测的分辨率。

传感装置40还可以设于球轴222外部，并在传动组件24的带动下运转，从而产生脉冲信号，如图6、图7所示，传感装置40包括第二转动部431、第二膜片432、第二固定部433和第四电极组件434；第二转动部431与传动组件24的输出端连接，第二转动部431可以随着传动组件24的转动而转动，第二膜片432设于第二转动部431，并跟随第二转动部431同步转动，且第二膜片432携带有电荷；第二固定部433与基体组件10连接，相对基体组件10固定不动，第四电极组件434设于第二固定部433，并与第二膜片432之间具有间隙，第四电极组件434包括第七电极块4341和第八电极块4342，第七电极块4341和第八电极块4342沿周向间隔设置，第七电极块4341和第八电极块4342分别与外电路连接；第二膜片432交替经过第七电极块4341和第八电极块4342的过程中，第七电极块4341和第八电极块4342向外输出脉冲信号。

第二膜片432随第二转动部431转动过程中，第二膜片432不与第七电极块4341和第八电极块4342接触，当第二膜片432和第七电极块4341相对而与第八电极块4342错开时，由于第二膜片432携带电荷，因此，第七电极块4341将发生静电感应，第七电极块4341和第八电极块4342之间产生电势差，电势差驱动电子在外电路中流动形成电流；同理，当第二膜片432和第八电极块4342相对而与第七电极块4341错开时，第八电极块4342将发生静电感应，第七电极块4341和第八电极块4342之间也会产生电势差，电势差驱动电子在外电路中流动形成电流。

随着第二转动部431的转动，第二膜片432将交替经过第七电极块4341、第八电极块4342的前方，并且相互正对的面积由小变大，再由大变小，上述介绍的两种状态为其中某两个时刻的状态，在其他时刻，第二膜片432可能一部分与第七电极块4341的相对，一部分与第八电极块4342相对，但只要第七电极块4341和第八电极块4342存在电势差，则会在外部电路中产生电流。在第二膜片432连续的转动过程中，可以在外部电路中得到脉冲信号。

第七电极块4341和第八电极块4342均为多个，且沿周向依次交替排布，并且，第七电极块4341可以连为一体，形成锯齿形结构，同理，第八电极块4342也可以连为一体，形成锯齿形结构，两者上下交错设置，其中，图8为第四电极组件434展开后的示意图。

在设定的时间T内，转子22的转速越快，第二膜片432经过第七电极块4341和第八电极块4342的次数越多，产生的脉冲信号的个数越多。

第二膜片432在随第二转动部431转动过程中，由于不和第七电极块4341以及第八电极块4342接触，因此，避免了在接触过程中产生的磨损，延长了使用寿命。

该传感装置40主要利用了静电感应的原理，使得携带有电荷的第二膜片432交替经过第七电极块4341和第八电极块4342的过程中，第七电极块4341和/或第八电极块4342发生静电感应，第七电极块4341和第八电极块4342产生电势差，从而向外输出电流，具体的，第二膜片432为经高压极化处理的膜片，极化后，第二膜片432的表面可以充满大量电荷，或者，如图7所示，第二固定部433的表面设置有电荷补充块435，在第二转动部431转动过程中，第二膜片432与电荷补充块435接触，以补充电荷，电荷补充块435的材料包括但不限于铜、铝、银、兔毛。

另外，如图12所示，传感装置40还可以包括内环441、外环442、滚珠443、第五电极组件444，其中，内环441与传动组件24的输出端连接，内环441可以随着传动组件24的转动而转动，外环442相对基体组件10固定，且为高分子材料制作而成的环形结构；滚珠443设于内环441与外环442之间，可在两者之间进行滚动；第五电极组件444设于外环442的外壁表面，包括第九电极块4441和第十电极块4442，第九电极块4441和第十电极块4442沿周向间隔设置，并分别与外电路连接，滚珠443交替经过第九电极块4441和第十电极块4442的过程中，第九电极块4441和第十电极块4442向外输出脉冲信号。

在使用过程中，内环441将随着内环441的转动而转动，并带动滚珠443在内环441与外环442之间滚动，滚珠443与外环442发生摩擦，并在接触面产生电荷的转移，在T时刻，由于摩擦起电现象，外环442表面与滚珠443相接触的部分具有电荷，此时，与该部分相对应的第九电极块4441或第十电极块4442将发生静电感应，第九电极块4441与第十电极块4442之间将产生电势差，该电势差驱动电子在外电路中流动形成电流，在滚珠443连续的滚动过程中，可以在外部电路中得到脉冲信号。

滚珠443的数量可以与第九电极块4441、第十电极块4442数量相等，均沿圆周均匀分布，这样，在同一时刻，产生的脉冲信号得到叠加，使得脉冲信号更加容易识别。

该传感装置40中，滚珠443在滚动过程中与电极块311非接触滚动摩擦产生电荷，因此传感装置40的寿命取决于轴承寿命，故可高效提升其服役寿命。

该自供电流量传感器可以采用上述任意一种发电装置30和传感装置40的组合，并利用发电装置30产生的电能为内部的用电部件供电，实现了自供电，利用传感装置40产生的脉冲信号转换为液体的流量信息，实现了流量的计量。

该自供电流量传感器还包括处理装置50，在一些实施例中，如图20所示，处理装置50包括电源管理模块51、处理模块52、显示模块53和/或通信模块54，其中，电源管理模块51与发电装置30连接，用于将发电装置30输出的交流电转换为直流电并向用电部件供电；处理模块52用于将脉冲信号转换为气体的流量信息；显示模块53用于显示流量信息；通信模块54用于将流量信息发送至终端设备。

电源管理模块51包括整流电路、DC-DC转换电路，其中整流电路的种类包括半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路与倍压整流电路等，以桥式整流电路为例，发电装置30产生的交流电经桥式整流电路转换为直流电，再经DC-DC转换电路进行变流处理，以供用电部件使用，用电部件可以为处理模块52、显示模块53、通信模块54等。

处理模块52用于将传感装置输出的脉冲信号转换为液体的流量信息，包括单片机，单片机的型号包括51系列单片机、STM32系列单片机等，经单片机得到液体的流量数值，与单片机直接相连的显示模块53接收信息，实现实时显示气体流量数值。

显示模块53包括显示屏，在处理装置50内部设置有显示模块53的情况下，显示模块53可以与处理模块52以数据线直接连接，或以无线形式连接，显示模块53可以实时显示气体的流量数值；在处理装置50内部不设置显示模块的情况下，可以设置通信模块54，使通信模块54与处理模块52连接，从而通过通信模块54将气体的流量信息发送至手机等终端设备，以便于用户实时查看，通信模块54具体为无线通信模块，包括但不限于蓝牙、LoRa和nRF24L01等，当然，处理装置50内可以同时设置显示模块53和通信模块54。

可选的，电源管理模块51还包括电池以及充放电一体电路，电池通过充放电一体电路存储电能或向用电部件供电，即，当用部件电能需求大时，电池可以通过充放电一体电路向用电部件供电，进行电能补充，当有电量富余时，电能会通过充放电一体电路存储到电池中。

以上分别单独对基体组件10、发电装置30、传感装置40、处理装置50进行了介绍，为了更加清楚地了解本发明实施例提供的自供电流量传感器，下面列举几种具体的自供电流量传感器进行示例性说明。

实施例一

本实施例提供了一种基于补充电荷型自供电流量传感器，如图1～图7所示，该自供电流量传感器包括基体组件10、捕能装置20、发电装置30、传感装置40、处理装置50，其中，如图2所示，基体组件10包括外壳，外壳设置有第一进液口101、第一出液口102，外壳内部设置有腔室103，捕能装置20设置在腔室103内，如图3、图4所示，捕能装置20包括机壳21、设置在机壳21内的转子22以及传动组件24，转子22为圆盘形转子22，包括圆盘221和球轴222，球轴222为中空结构，如图5所示，球轴222内设置有多个支撑板223，支撑板223将球轴222内的空间分隔为多个独立空间，发电装置30设于球轴222内，发电装置30包括多个发电单元31，每个发电单元31位于一个独立空间内，发电单元31包括两个电极块311和多个第一摩擦小球312，两个电极块311设置在支撑板223的表面，第一摩擦小球312可在电极块311的表面自由移动；在转子22转动过程中，多个第一摩擦小球312在两个电极块311之间往复移动，使得两个电极块311之间产生电势差，该电势差驱动电子流动形成电流，从而向外输出电能。

传感装置40设置在球轴222外，并在传动组件24的带动下运转，如图6、图7所示，传感装置40包括第二转动部431、第二膜片432、第二固定部433和第四电极组件434，第二转动部431包括转轴4311和设置在转轴4311上且沿径向伸出的多个支架4312，转轴4311与传动组件24的传动轴241连接，具体的，转轴4311的连接端和传动轴241的连接端分别设置有上磁铁和下磁铁，通过两块磁铁相吸实现固定，使得转轴4311可以随着传动轴241的转动而转动，转轴4311的顶端通过轴承装配在系统顶盖的凹槽内；支架4312远离转轴4311的一端设置有固定板，第二膜片432贴设于固定板的表面，从而跟随转轴4311同步转动；第二固定部433呈筒状，并套设在第二转动部431的外侧，第二固定部433与基体组件10的外壳固定连接，相对基体组件10固定不动，第四电极组件434设于第二固定部433的内壁表面，并与第二膜片432之间具有间隙，第四电极组件434包括第七电极块4341和第八电极块4342，第七电极块4341和第八电极块4342沿周向间隔设置，第七电极块4341和第八电极块4342分别与外电路连接；第二膜片432交替经过第七电极块4341和第八电极块4342的过程中，第七电极块4341和第八电极块4342向外输出脉冲信号。

该传感装置40主要利用了静电感应的原理，使得携带有电荷的第二膜片432交替经过第七电极块4341和第八电极块4342的过程中，第七电极块4341和/或第八电极块4342发生静电感应，第七电极块4341和第八电极块4342产生电势差，从而向外输出电流，并且，第二膜片432与第七电极块4341、第八电极块4342不发生接触，减小了摩擦，延长了使用寿命。具体的，第二固定部433的表面设置有电荷补充块435，在第二转动部431转动过程中，第二膜片432与电荷补充块435接触，以补充电荷，提高输出性能，电荷补充块435的材料包括但不限于铜、铝、银、兔毛等。

基体组件10、捕能装置20以及处理装置50的结构可以参考前述内容，这里不再重复介绍。

实施例二

本实施例提供了一种基于直流输出高寿命型自供电流量传感器，与实施例一提供的自供电流量传感器不同的是发电装置30和传感装置40的结构，该实施例中，如图9所示，发电装置30和传感装置40均设于球轴222外，在传动组件24的带动下运转，具体来说，如图10、图11所示，发电装置30包括第一转动部321、第一膜片322、第一固定部323、第一电极组件324，如图4所示，第一转动部321包括转筒，转筒与传动组件24的传动轴241连接，转筒的连接端和传动轴241的连接端分别设置有上磁铁和下磁铁，通过两块磁铁相吸实现固定，使得转轴4311可以随着传动轴241的转动而转动，第一膜片322设置在该转筒的侧壁表面，第一膜片322的数量为多个，第一膜片322沿周向间隔设置；第一固定部323为中空的筒状结构，并套设于第一转动部321的外部，第一电极组件324的数量为三组，并以相位差排布于第一固定部323的内壁表面，构成三相耦合电极组，从而达到了趋于直流输出的目的。

第一固定部323的上方设置有顶盖，顶盖内设有凹槽，传感装置40设于凹槽内，如图12所示，传感装置40包括内环441、外环442、滚珠443、第五电极组件444，其中，内环441设于转筒的顶端，并与转筒固定连接，内环441可以随着转筒的转动而转动，外环442相对顶盖固定；滚珠443设于内环441与外环442之间，可在两者之间进行滚动；第五电极组件444设于外环442的外壁表面，在滚珠443连续滚动过程中，第五电极组件444可以向外部电路中输出脉冲信号。

该传感装置40中，滚珠443在滚动过程中与电极块311非接触滚动摩擦产生电荷，因此传感装置40的寿命取决于轴承寿命，故可高效提升其服役寿命。

基体组件10、捕能装置20以及处理装置50可以参考前述内容，这里不再重复介绍。

实施例三

本实施例提供了一种基于信号放大型自供电流量传感器，与上述两个实施例提供的自供电流量传感器不同的是发电装置30和传感装置40的结构，具体来说，如图13所示，发电装置30设于球轴222外部，并在传动组件24的带动下运转，从而进行发电，发电装置30包括转动底座331、磁体332、固定底座333、第二线圈绕组334，其中，转动底座331与传动组件24的传动轴241连接，并随着传动轴241的转动而转动，继续参考图13，转动底座331为筒状结构，磁体332为片体结构，磁体332设置在转动底座331的内壁表面，并跟随转动底座331同步旋转；固定底座333也为筒状结构，并与基体组件10的外壳相固定，固定底座333内部设置有铁芯，第二线圈绕组334缠绕在铁芯上，且沿周向均匀分布的三个第二线圈绕组334构成一个三相线圈绕组，转动底座331转动过程中，磁体332围绕第二线圈绕组334转动，第二线圈绕组334切割磁感线产生感应电流。

如图15、图16所示，传感装置40设于球轴222内部，包括第二摩擦小球412、两个第二电极组件411，球轴222内设置有两个环形的凹槽224，两个凹槽224的槽口上下相对，第二摩擦小球412设置在两个凹槽224之间，第二摩擦小球412在滚动过程中，分别与凹槽224的槽底接触；第二电极组件411设于凹槽224的槽底，包括交替排布的第三电极块4111和第四电极块4112，且两个第二电极组件411中第三电极块4111和第四电极块4112的排布顺序相反。这样，第二摩擦小球412与其中一个第二电极组件411中的第三电极块4111接触时，同时与另一个第二电极组件411中的第四电极块4112接触，这两个第二电极组件411会输出两组幅值相反的同等信号，通过信号处理将信号相减，从而放大信号，从而解决了传感信号过小容易受到干扰且不便检测的问题。

基体组件10、捕能装置20以及处理装置50可以参考前述内容，这里不再重复介绍。

实施例四

本实施例提供了一种基于三路差分电极型自供电流量传感器，该自供电流量传感器中，如图17所示，发电装置30和传感装置40均设于球轴222内，具体来说，球轴222内设置有三个支撑板223，这些支撑板223沿球轴222的中心轴线层叠且间隔设置，从而在球轴222内分隔出多个独立空间；发电装置30包括三个发电单元31，发电单元31与支撑板223一一对应，每个发电单元31均位于一个独立空间内，继续参考图17，磁柱滚子313和第一线圈绕组314，磁柱滚子313设于支撑板223的表面，在转子22运动过程中，磁柱滚子313在支撑板223的表面相对于支撑板223的中心做圆周运动；第一线圈绕组314设置在支撑板223的上方，在磁柱滚子313转动过程中，第一线圈绕组314切割磁感线产生电流，并向外输出电能。

传感装置40设于中间一层支撑板223上，包括滚子421和第三电极组件422，第三电极组件422包括交替排布的第五电极块4221和第六电极块4222，滚子421在沿周向滚动过程中，交替和第五电极块4221、第六电极块4222接触，第五电极块4221、第六电极块4222之间产生电势差，从而驱动电子在外电路中流动形成脉冲信号。

并且，如图18所示，第三电极组件422的数量为三个，三个第三电极组件422沿支撑板223的径向方向以相位差层叠设置，通过一定角度的相位差布置以提高流量监测的分辨率。

基体组件10、捕能装置20以及处理装置50可以参考前述内容，这里不再重复介绍。

通过以上描述可以看出，本发明实施例提供的自驱动监测系统中，发电装置30和传感装置40分别在圆盘形转子22的驱动下运转，一方面利用发电装置30产生的电能实现了自供电，另一方面利用传感装置40产生的脉冲信号转换为液体的流量信息，实现了流量的计量，整体结构比较简单。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。