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申请/专利权人：中国地质大学(武汉)

摘要：本发明提供一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器,包括中空外壳、底板和电路板，外壳固定于底板上，底板上设有安装孔和进气孔，外壳内设支撑块、转轴、定子、转子和风车，转轴贯穿支撑块且可转动，所述转轴一端连接风车，风车竖直设置于安装孔内，且下方设有挡板，所述转轴另一端连接转子，转子设置于定子内，定子两端密封，定子内壁设有多个均匀设置的金属片，转子设有摩擦材料层，电路板分别连接所有金属片和摩擦材料层，电路板监测摩擦材料层与金属片摩擦生电频率并据此计算气泡上升速度。本发明的有益效果：通过对电信号进行检测确定摩擦生电频率，间接计算测得两相流气泡速度，传输信号简单，不存在信号失真情况。

主权项：1.一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器,其特征在于：包括中空外壳、底板和电路板，所述外壳下端固定于所述底板上，所述底板上设有安装孔和进气孔，所述外壳设有出气孔，所述外壳内部设有支撑块、转轴、定子、转子和风车，所述支撑块固定设置，所述转轴贯穿所述支撑块且可转动，所述转轴一端连接所述风车，所述风车竖直设置于所述安装孔内，且所述风车下方设有挡板，所述挡板挡住所述风车竖直中线的一侧部分，所述转轴另一端连接所述转子，所述转子设置于所述定子内部，所述定子两端密封，所述定子内壁设有多个均匀设置的金属片，所述转子设有摩擦材料层，所述电路板分别连接所有金属片和所述摩擦材料层，所述风车用于接受气液两相流的气泡流的冲击，使所述转子转动，所述摩擦材料层与所述金属片摩擦生电，所述电路板用于监测摩擦生电频率，并根据摩擦生电频率计算气泡上升速度；所述外壳为中空圆柱，所述转轴水平设置并垂直所述外壳轴线设置。

全文数据：一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器技术领域本发明涉及地质钻井及仪器仪表设备技术领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器。背景技术随着国家的发展，社会对于能源的需求愈加增长，能源的缺少已经影响到我国的经济发展。随着国际形势的变化，我国需要作出调整，对于能源方面我们应当拥有自主性。我国拥有丰富的煤层气能源。在煤层气开采的过程中就伴随着两相流的存在，所以对两相流的研究就成为了我们要解决的问题。其中两相流气泡速度是两相流研究中一个极为重要的参数，根据此参数可以实现对煤层气资源开发工艺上的制定与改进。而现阶段，国内外对于两相流气泡的研究方法有很多，其中相对应用广泛的有机器视觉探测法、光学探测法、电容探测法、电导探测法、信号衰减探测法等。电容检测法和信号衰减检测法，已经有成品应用于地表，但是安装需要非常精确且要求对称安装。对于光学探测法和机器视觉探测法也已经有研究成果应用于地表，但是受到了探测原理以及传输速率的限制，导致这种方法在应用于井下时，信号出现失真的情况。关于电导率的检测方法，既可以应用于地表也可以应用于井下，但是受到了水膜现象的影响，限制了电导探测法的测量精度。因为这些方法的受限，所以我们需要开拓两相流测量的方法。发明内容有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器。本发明的实施例提供一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器,包括中空外壳、底板和电路板，所述外壳下端固定于所述底板上，所述底板上设有安装孔和进气孔，所述外壳设有出气孔，所述外壳内部设有支撑块、转轴、定子、转子和风车，所述支撑块固定设置，所述转轴贯穿所述支撑块且可转动，所述转轴一端连接所述风车，所述风车竖直设置于所述安装孔内，且所述风车下方设有挡板，所述挡板挡住所述风车竖直中线的一侧部分，所述转轴另一端连接所述转子，所述转子设置于所述定子内部，所述定子两端密封，所述定子内壁设有多个均匀设置的金属片，所述转子设有摩擦材料层，所述电路板分别连接所有金属片和所述摩擦材料层，所述风车用于接受气液两相流的气泡流的冲击，使所述转子转动，所述摩擦材料层与所述金属片摩擦生电，所述电路板用于监测摩擦生电频率，并根据摩擦生电频率计算气泡上升速度。进一步地，所述风车包括多个环绕所述转轴均匀设置的扇叶，所述扇叶为矩形，所述安装孔为矩形孔，所述安装孔与所述扇叶宽度相同，所述风车的竖直中线和所述安装孔的竖直中线重合。进一步地，所述扇叶的数量为四个，四所述扇叶连接成十字形，所述挡板为L形板，所述挡板上端固定于所述底板底面，所述挡板下部水平设置且挡住所述安装孔的一半。进一步地，所述定子为套筒，所述金属片为弧形片，所述金属片与所述定子内壁贴合固定，所述转子为扇形板，所述转子一端固定于所述转轴上，另一端设置弧形支撑板，所述摩擦材料层固定于所述支撑板表面。进一步地，所述外壳为中空圆柱，所述转轴水平设置并垂直所述外壳轴线设置。进一步地，所述底板上设有向下延伸的收容槽，所述定子下部收容于所述收容槽内。进一步地，所述金属片为铜片，所述摩擦材料层为聚四氟乙烯材料层。本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器，根据摩擦纳米发电机原理，通过对电压信号进行检测确定摩擦生电频率，间接计算测得两相流气泡速度，传输信号简单，不存在信号失真等情况，且安装精度不需要非常精确也没有特殊的安装要求，可是实现自供电，不需要外接电源，尤其适用于对煤层气开发过程中的两相流气泡上升的速度参数进行测量。附图说明图1是本发明一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器的立体图；图2是本发明一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器的主视图；图3是图2中的A-A剖面示意图；图4是图2中的B-B剖面示意图；图5是图2中的C-C剖面示意图。图中：1-外壳、2-底板、3-安装孔、4-转轴、5-支撑块、6-挡板、7-风车、8-定子、9-转子、10-扇叶、11-出气孔、12-进气孔、13-收容槽、14-金属片、15-摩擦材料层。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。请参考图1和2，本发明的实施例提供了一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器,包括外壳1、底板2和电路板。请参考图1，所述外壳1为中空圆柱，其下端开口，且下端口为阶梯端口，所述外壳1侧壁设有多个出气孔11。请参考图3、4和5，所述底板2为圆形板，所述底板2嵌入所述阶梯端口并焊接固定连接，使所述外壳1下端固定于所述底板2上。所述底板2上设有安装孔3和进气孔12，这里所述安装孔3为矩形孔，所述进气孔12可设置多个，这里的进气孔包括设置于所述底板中央的圆形进气孔12和位于所述安装孔两侧的两扇形进气孔12。请参考图3、4和5，所述外壳1内部设有支撑块5、转轴4、定子8、转子9和风车7，所述支撑块5下端固定于所述底板2上，所述转轴4贯穿所述支撑块5且可转动，所述转轴4水平设置并垂直所述外壳1轴线设置。所述转轴4一端连接所述风车7，所述风车7竖直设置于所述安装孔3内，且所述风车7下方设有挡板6，所述风车7包括多个环绕所述转轴均匀设置的扇叶10，所述扇叶10为矩形，所述扇叶10与所述安装孔3宽度相同，所述风车7下部穿过所述安装孔3，所述风车7的竖直中线和所述安装孔3的竖直中线重合。本实施例中所述扇叶10的数量为四个，四所述扇叶10连接成十字形，所述挡板6为L形板，所述挡板6上端固定于所述底板2底面，所述挡板6下部水平设置且挡住所述安装孔3的一半，这样使所述挡板6挡住所述风车7竖直中线的一侧部分，气泡对所述风车7冲击时，由于所述风车7仅一侧的扇叶10收到冲击，因此所述风车7会安装一个固定方向进行转动。所述转轴4另一端连接所述转子9，所述转子9设置于所述定子8内部，这里所述定子8为套筒，所述定子8的轴线与所述转轴重合，所述定子8两端密封，所述转轴4穿过所述定子8一端。所述定子8内壁设有多个均匀设置的金属片14，所述金属片14为弧形片，所述金属片14与所述定子8内壁贴合固定。本实施例中所述金属片14的数量为四个，材料为铜。当所述转轴4的位置靠近所述底板2时，在所述底板2上设有向下延伸的收容槽13，将所述定子8下部收容于所述收容槽13内。所述转子9为扇形板，所述转子9一端固定于所述转轴4上，另一端设置弧形支撑板，所述支撑板的外侧面粘接固定摩擦材料层15，所述摩擦材料层15为纳米材料聚四氟乙烯材料层，所述摩擦材料层15完全覆盖所述支撑板外侧面。这里所述支撑板的外径与所述定子8的内径基本相同，所述转子9转动会使所述摩擦材料层15分别与每一所述金属片14摩擦生电。所述电路板分别连接所有金属片14和所述摩擦材料层15，所述电路板可设置于所述定子8内部，所述电路板可监测所述摩擦材料层15与所述金属片14摩擦生电频率，并根据该摩擦生电频率计算气泡上升速度。且所述摩擦材料层15与所述金属片14摩擦生电产生的电能还可为所述电路板供电。本发明的一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器在测量气液两相流的气泡的上升速度时，将传感器置于井筒内，气液两相流的气泡流由所述底板上的所述进气孔12和所述安装孔3进入所述外壳1内，由所述出气孔11排出，由于所述安装孔3一半被挡住，所述风车7竖直中线一侧部分接受气液两相流的气泡流的冲击使所述风车7可按照一个方向稳定转动，所述转轴4受力转动，使所述转子9转动，所述摩擦材料层15在经过每一所述金属片14时与该金属片14摩擦产生电荷，产生电压信号，所述电路板根据该电压信号监测摩擦生电频率，所述转子9每转动一圈，所述摩擦材料层15分别与四所述金属片14各产生一次摩擦生电，因此可根据摩擦生电的频率计算出所述转轴4的转速，由于所述扇叶10的长度已知，可根据转速和所述扇叶10长度计算出扇叶10的外侧端点的线速度，该线速度即为气泡的上升速度。在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器,其特征在于：包括中空外壳、底板和电路板，所述外壳下端固定于所述底板上，所述底板上设有安装孔和进气孔，所述外壳设有出气孔，所述外壳内部设有支撑块、转轴、定子、转子和风车，所述支撑块固定设置，所述转轴贯穿所述支撑块且可转动，所述转轴一端连接所述风车，所述风车竖直设置于所述安装孔内，且所述风车下方设有挡板，所述挡板挡住所述风车竖直中线的一侧部分，所述转轴另一端连接所述转子，所述转子设置于所述定子内部，所述定子两端密封，所述定子内壁设有多个均匀设置的金属片，所述转子设有摩擦材料层，所述电路板分别连接所有金属片和所述摩擦材料层，所述风车用于接受气液两相流的气泡流的冲击，使所述转子转动，所述摩擦材料层与所述金属片摩擦生电，所述电路板用于监测摩擦生电频率，并根据摩擦生电频率计算气泡上升速度。2.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器，其特征在于：所述风车包括多个环绕所述转轴均匀设置的扇叶，所述扇叶为矩形，所述安装孔为矩形孔，所述安装孔与所述扇叶宽度相同，所述风车的竖直中线和所述安装孔的竖直中线重合。3.如权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器，其特征在于：所述扇叶的数量为四个，四所述扇叶连接成十字形，所述挡板为L形板，所述挡板上端固定于所述底板底面，所述挡板下部水平设置且挡住所述安装孔的一半。4.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器，其特征在于：所述定子为套筒，所述金属片为弧形片，所述金属片与所述定子内壁贴合固定，所述转子为扇形板，所述转子一端固定于所述转轴上，另一端设置弧形支撑板，所述摩擦材料层固定于所述支撑板表面。5.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器，其特征在于：所述外壳为中空圆柱，所述转轴水平设置并垂直所述外壳轴线设置。6.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器，其特征在于：所述底板上设有向下延伸的收容槽，所述定子下部收容于所述收容槽内。7.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器，其特征在于：所述金属片为铜片，所述摩擦材料层为聚四氟乙烯材料层。

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