基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的多物理量傳感識別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的多物理量傳感識別系統(tǒng)；其結構特點是：直流電源連接PVDF傳感器，其功能為整個傳感識別系統(tǒng)供電，PVDF傳感器依次連接電荷放大電路、多通道帶寬濾波器、A/D轉化模塊、信號分析器。本實用新型的優(yōu)點是：基于聚偏氟乙烯(PVDF）壓電薄膜的壓電性、熱釋電性的特性制作的一種能識別噪音、水滴、沙塵、溫度、風等多種環(huán)境物理因素的傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠識別房屋周圍環(huán)境噪音、水、沙塵、溫度和風的變化，變化值與系統(tǒng)設定的閥值的進行比較，從而為房屋進行相關的智能化處理提供信息，實現(xiàn)智能化。
【專利說明】基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的多物理量傳感識別系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及傳感器應用領域，具體涉及基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的多物理量 傳感識別系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 隨著社會快速發(fā)展，人們生活水平日益提高，近幾年，智能家居、智能房屋概念迅 速發(fā)展，可以反映出人們對房屋傳統(tǒng)的住所功能已經(jīng)不滿足，更加趨向于智能化，而房屋識 別周圍環(huán)境的變化也是智能房屋重要組成部分。在日常生活中，都很苦惱環(huán)境變化，房屋與 環(huán)境接觸主要是窗戶和樓頂，當環(huán)境突然惡化時，會對生活帶來困擾與不便，更可能損壞房 屋內的物品。例如，刮大風、下大雨，需要去關窗戶，撤掉屋頂?shù)囊磺袞|西；出現(xiàn)高溫時，要關 窗戶開空調、將樓頂?shù)幕ú莅岬疥幇堤帲怀霈F(xiàn)沙塵暴，要馬上關窗戶；睡覺時，刺耳的噪音 突然吵醒，再去關窗戶，早已經(jīng)沒了睡意。因此，希望房屋能夠應對周圍環(huán)境的變化，房屋智 能化的需求也日益增加。因為PVDF具有壓電性和熱釋電性的特性，根據(jù)這幾種物理因素在 頻率上的差異，可以用PVDF傳感器來實現(xiàn)對多物理環(huán)境因素的識別。


【發(fā)明內容】

[0003] 本實用新型的目的在于提供一種基于聚偏氟乙烯（PVDF)壓電薄膜的多物理量傳 感識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動識別環(huán)境中噪音、雨、沙塵、溫度、風等多種因素，從而控制與 信號分析器連接的外驅動裝置，實現(xiàn)智能化。
[0004] 本實用新型采用的技術方案是：基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的多物理量傳感識別系 統(tǒng)；主要包括PVDF傳感器、電荷放大電路、多通道帶寬濾波器、A/D轉化模塊、信號分析器和 直流電源；其特征在于：直流電源連接PVDF傳感器，其功能為整個傳感識別系統(tǒng)供電，PVDF 傳感器依次連接電荷放大電路、多通道帶寬濾波器、A/D轉化模塊、信號分析器。
[0005] 進一步的，所述PVDF傳感器結構分成四層，第一層為保護薄膜，第二層為PVDF壓 電薄膜，第三層為超彈性膜，第四層為硬質材料，通過支撐體支撐。
[0006] 進一步的，所述PVDF傳感器接受面與水平面呈30度斜坡，從而避免水、沙集聚對 信號采集的影響。
[0007] 進一步的，所述多通道帶寬濾波器分離不同物理因素產(chǎn)生的頻率，在信號分析器 中，通過每個通道的信號的電壓值與所其對應設定的電壓閥值進行比對，超過閥值時輸出 邏輯值1、小于則輸出邏輯值〇。
[0008] 進一步的，所述信號分析器可以連接外驅動裝置，外驅動裝置連接外執(zhí)行器，外驅 動裝置根據(jù)輸出指令做出相應動作。
[0009] 本實用新型的優(yōu)點是：基于聚偏氟乙烯（PVDF)壓電薄膜的壓電性、熱釋電性的特 性制作的一種能識別噪音、水滴、沙塵、溫度、風等多種環(huán)境物理因素的傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)能 夠識別房屋周圍環(huán)境噪音、水、沙塵、溫度和風的變化，變化值與系統(tǒng)設定的閥值的進行比 較，從而為房屋進行相關的智能化處理提供信息，，實現(xiàn)智能化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0011] 圖2為本實用新型的PVDF傳感器結構示意圖。
[0012] 在圖中，I、PVDF傳感器、2、電荷放大電路，3、多通道帶寬濾波器，4、A/D轉化模塊， 5、信號分析器，6、外驅動裝置，7、外執(zhí)行器，8、直流電源，9、保護薄膜，10、PVDF壓電薄膜， 11、彈性橡膠，12、硬質板料，13、支撐體。

【具體實施方式】
[0013] 如圖1所示，本實用新型是這樣來工作和實施的，基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的多 物理量傳感識別系統(tǒng)；主要包括PVDF傳感器1、電荷放大電路2、多通道帶寬濾波器3、A/D 轉化模塊4、信號分析器5和直流電源8 ;其特征在于：直流電源8連接PVDF傳感器1，其功 能為整個傳感識別系統(tǒng)供電，PVDF傳感器1依次連接電荷放大電路2、多通道帶寬濾波器3、 A/D轉化模塊4、信號分析器5,信號分析器5連接外驅動裝置6,外驅動裝置6連接外執(zhí)行 器7 ;所述PVDF傳感器1結構分成四層，第一層為保護薄膜9,第二層為PVDF壓電薄膜10， 第三層為超彈性膜11，第四層為硬質材料12,通過支撐體13支撐。
[0014] PVDF傳感器1識別信號，當風、雨滴、沙塵吹打在PVDF傳感器1上，引起PVDF膜 產(chǎn)生形變；噪音引起空氣振動，從而帶動PVDF膜振動，引起PVDF膜產(chǎn)生形變。因為PVDF膜 的壓電效應，會有正負電荷集聚PVDF膜兩側，電荷信號和頻率信號流入電荷放大電路2中。 當溫度在30°C?80°C之間PVDF膜的熱釋電性才顯著，當日常溫度在30°C?41°C之間時，因 為PVDF的熱釋電性，PVDF有很明顯的電荷量變化，且溫度穩(wěn)定時，電荷也很穩(wěn)定。信號進 入電荷放大電路2中，電荷放大電路CA3140E將其電荷信號轉化為電壓信號，并將其信號放 大，放大后的信號進入多通道帶寬濾波器3,進行信號分離，根據(jù)每個通道預先設定的頻率 范圍值，通道:①對應因素為溫度，設定頻率范圍(TA;通道@對應因素為風速，設定頻率范 圍B~C ;通道③對應因素為噪音，設定頻率范圍為ITE ;通道④對應因素為雨滴，設定頻率范 圍為F~G ;通道⑤對應因素為沙塵，設定頻率范圍為M~N，各個分離信號根據(jù)頻率值進入所 對應的通道，而不能通過其他通道。分離后的每路信號傳入對應的A/D轉化芯片ADC0804， 將模擬信號轉化為數(shù)字信號，信號進入信號分析器5中，將每個通道中的信號的電壓數(shù)值 與對應的閥值進行比較。通道一中，判斷信號的電壓值是否大于閥值a，大于則輸出邏輯值 1，否則輸出邏輯值〇 ;通道二中，判斷信號的電壓值是否大于閥值b，大于則輸出邏輯值1， 否則輸出邏輯值〇 ;通道三中，判斷信號的電壓值是否大于閥值c，大于則輸出邏輯值1，否 則輸出邏輯值〇 ;通道四中，判斷信號的電壓值是否大于閥值d，大于則輸出邏輯值1，否則 輸出邏輯值〇;通道五中，判斷信號的電壓值是否大于閥值e，大于則輸出邏輯值1，否則輸 出邏輯值0。信號分析器5將其指令傳輸給外驅動裝置6,外驅動裝置6連接的外執(zhí)行器7 根據(jù)指令做出相應的動作。
【權利要求】
1. 基于聚偏氣己帰壓電薄膜的多物理量傳感識別系統(tǒng)；主要包括PVDF傳感器、電荷放 大電路、多通道帶寬濾波器、A/D轉化模塊、信號分析器和直流電源；其特征在于；直流電源 連接PVDF傳感器，PVDF傳感器依次連接電荷放大電路、多通道帶寬濾波器、A/D轉化模塊、 信號分析器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于聚偏氣己帰壓電薄膜的多物理量傳感識別系統(tǒng)；其特征 在于；所述PVDF傳感器結構分成四層，第一層為保護薄膜，第二層為PVDF壓電薄膜，第H層 為超彈性膜，第四層為硬質材料，整個PVDF傳感器裝置通過支撐體支撐。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于聚偏氣己帰壓電薄膜的多物理量傳感識別系統(tǒng)；其特征 在于：所述信號分析器連接外驅動裝置，外驅動裝置連接外執(zhí)行器。
【文檔編號】G01D21/02GK204228198SQ201420626914
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權日:2014年10月28日
【發(fā)明者】林埔安, 黃彥, 李小龍 申請人:南昌航空大學