纳米发电机测试难点及解决方法

概述

纳米发电机，是基于规则的氧化锌纳米线，在纳米范围内将机械能转化成电能，是世界上最小的发电机。目前纳米发电机可以分为三类:
第一类是压电纳米发电机；
第二类是摩擦纳米发电机；
第三类为热释电纳米发电机；
一般被应用在生物医学，军事，无线通信，无线传感。

纳米发电面临的测试挑战

1.发电机产生的电流小

由于纳米发电自身的技术特点，在研究过程中需要测试单位面积机械能产生的电能，测试产生的电压，微小的电流及功率信号，电压基本在几伏甚至几十伏，而电流一般都是uA甚至nA级别，功率在 mW其至uW级别。如何精确的测试微小电流及功率信号比较困难，对测试仪器精度和稳定性要求非常高。泰克吉时利公司专注于微小电信号测试，史上多位物理学诺贝尔奖获得者都使用和信赖吉时利测试仪器。在纳米发电研究中，吉时利的产品仍是业内的首选，尤其在微小信号测试值得信赖。

2.发电机的内阻大，开路电压测不准

上图为您介绍了测量灵敏度的理论极限取决于在电路中的电阻所产生的噪声。电压噪声是与电阻、带宽和绝对温度的乘积的平方根成正比的。从图中可见，源电阻限制了电压测量的理论灵敏度，也就是说能准确测量一个12源电阻的1uv信号时，如果该信号的源电阻变成1T2，则该测量就会变得不可能。因为在源电阻为1M2时对于1uV的测量已经接近理论极限了。这时候采用通常的数字万用表是无法完成这类测量的。了解了这个原理，选择合适的仪器是保证准确测试微小信号前提。(小信号测试红宝书《低电平手册》)

3.信号变化快，很难电压或者电流峰值

由于机械的拉伸和冲击碰撞运动都是在短时间内完成，而评价一个纳米发电机的性能高低的一个关键用索是其输出的峰信电流和峰估申压，以及峰估功率，而采用传统的表类由于采样率的不足，就可能导致峰信点采焦缺失，从而会误导实哈人员，导致错失机遇，

在吉时利的高阻计内置了模拟输出端口，通过将测试信号转化为一个2V的模拟电压信号进行实时输出，这样只需要在外部再加一个高速/高 ADC的采集系统就可以将快速变化的电流，电压和电量，电阻进行实时采集。

泰克纳米发电测试方案配置：

仪器型号	数量
6517B	1
6500/7510	1
香蕉头转BNC转接头	2
BNC线缆	1
三同轴转鳄鱼夹	1
网线/USB程控线缆	1

配置图

信号连接图

微小电流信号测试应用

采用高内阻的静电计6517+数据采集仪DMM6500+纳米发电采集软件来进行微小纳米发电电流数据采集。

纳米发电矩阵应用测试

由于现在纳米发电机中有一部分已经转向实际应用研究，其中之一就有压力传感方向，而矩阵式压力传感器的测试是很多老师和同学比较头疼的一个问题，为了解决这类问题，我们就根据要求搭建了一个测试方案如下：

仪器型号	数量
3706A-S	1
3721	1
3721-ST	1
6517B	1
三同轴转鳄鱼夹	1
6500（如需要做高速采集，则配置）	1

Q&A

Q:单电极TENG如何接线？
A:单电极的情况，我们在测试的时候重要的一点是直接串在它下端接地的那一端
Q:屏蔽盒是罩在电机上吗？
A:有些时候，电机本身就会存在一定的干扰；建议大家使用短线让电机的金属端接地。而屏蔽盒最好是放在电机的外边。
Q:NI是必须要买来和6514配套吗？
A:NI采集卡没办法对开路电压和短路电流进行很好的测试
Q:2450是否可以进行纳米摩擦发电机测试？
A:2450其实和我们的万用表类似，它本身的阻抗相对来说是没有那么大的，所以是做源内阻非常高的时候，是不推荐使用的；另外2450本身是没有Analog Output，所以它没办法实时的展现波形。
Q:为什么在测试放电电流的时候，更换量程，测试结果不一样？
A:因为在不同的量程情况下，不同的量程误差是不一样的；另外不同的量程会出现不同的输入端压降，造成最终结果的不一样。