徐杰：一种井下摩擦纳米自驱动转速、转向传感器【NE，2023】

发布时间：2023-08-28       阅读：5次

井下动力钻具在深井、定向井、水平井，以及小井眼钻井中广泛应用，其转速一般采用地磁参考或加速度传感器进行测量。这些方法均采用电池或者涡轮发电供能，结构复杂、维护困难。如何根据井下环境和钻具特点，优化随钻测量传感的结构，提高井下测量可靠性和工作寿命，是本文需要阐明的关键问题。

基于上述问题，我校工程技术学院博士研究生徐杰在王瑜教授、程廷海研究员、夏柏如教授的共同指导下，创新提出了一种用于井下的摩擦纳米自驱动的转速、转向传感器，为井下智能传感测量提供了新的研发思路。这项工作的亮点如下：

（1）该传感器采用了创新性的三角形电极结构，通过将铜箔电极设计成首尾相接的三角形，使传感器在不同方向旋转时的输出信号具有不同的瞬态特征，实现了转速和转向的同时测量。

（2）该传感器采用了扫掠式机械结构，可有效降低磨损，提高传感器的工作可靠性和寿命。

（3）该传感器无需外部电源供电且具有优异的发电性能，可同时点亮436个串联LED灯并为低功耗温湿度传感器供电。

图1  基于三角形电极摩擦纳米发电机的井下自供电转速、转向传感器的结构设计和工作原理

上述研究成果发表在能源材料领域国际权威刊物《Nano Energy》上：Jie Xu, Yu Wang *, Hengyu Li, Boru Xia, Tinghai Cheng *. A triangular electrode triboelectric nanogenerator for monitoring the speed and direction of downhole motors. Nano Energy, 2023, 113: 108579. [IF2023=17.6]

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108579