一种水面波传感器测量装置的制造方法
【专利摘要】本发明专利公开了一种水面波传感器测量装置，在水面波传感器的基座上安装有四根悬臂梁结构的PVDF压电纤维，并均匀对称的分布在基座上。PVDF压电纤维，表面均匀涂布一对对称电极，可以将第一电极作为正极使用，第二电极作为负极使用。在第一电极和第二电极表面上包裹一层防水绝缘薄膜,避免PVDF压电纤维在使用过程中，由于人为因素或者非人为因素的影响而剥落，或者电第一电极和第二电极在使用过程中与周围介质发生短路情况。将制备好的PVDF压电纤维均匀对称的分布在基座上。四根PVDF压电纤维固定安装在水面波传感器的基座上后漂浮在水面上，测量水面目标物体的具体位置。水面波传感器测量装置主要优点是信号探测范围宽、目标信息获取完整、精度高、速度快。
【专利说明】
一种水面波传感器测量装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种水面波传感器测量装置。
【背景技术】
[0002]当今，水灾一直是世界上影响最大的自然灾害之一，水灾不仅危害了人民群众的安全，而且给国家、个人造成了巨大的经济损失，对社会经济发展产生了无法预计的不良后果。为此，可以通过水面移动机器人及时的对水面环境及水面目标进行检测与定位，搜索营救水中的遇险者及其漂浮的财产，降低灾害带来的损失。此外，研究水面目标检测与定位的方式、方法也作为了水面移动机器人导航、搜救的理论基础。
[0003]近年来，随着移动机器人越来越智能化，使用各种传感器感知周围的环境，如移动机器人采用声呐传感器进行目标检测和避障等，采用激光传感器进行距离检测等，但这些传感器不能广泛地判断出周围环境的情况;虽然视觉系统可以更加广阔的判断其目标和目标周围的环境，计算机图像处理能力和技术有了一定的发展和大量的数字图像处理设备性能价格比有所提高，但是由于环境和对象的复杂性和不确定性，以及传感器本身的质量外部环境对性能的影响，采用一个单一的传感器提供信息有局限性和不确定性。因此，为了达到一定的实时性我们需要利用视觉系统与测距系统写作的方式来检测目标。国内外应用视觉和毫米波雷达相结合的方式对水面目标进行探测研究方面的公开文献资料较少，且水面目标检测、避障、导航等多采用单一传感器或其他传感器相融合的技术，准确性与精确性相对不高，所以有必要依据视觉和毫米波雷达相协作的方式来更有效地实现对周围环境信息的感知，进而探测与定位水面上的目标。但这样使得测量系统具有复杂化、受外界因素影响较大、测误差很大等缺点。
[0004]目前，市场上已有多种检测水面目标物体的传感器，主要有声呐传感器、激光传感器和视觉系统传感器。但这三种传感器都有很大的缺陷，声呐传感器和激光传感器不能广泛地判断出周围环境的情况;视觉系统传感器结构复杂、受外界因素影响较大、速度慢和精度低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是针对上述问题，提供一种可以实现检测水面目标、目标搜救、水面环境监测、保障船舶安全航行、在避碰中发挥积极的作用的且能够提供更加可靠的数据的水面波传感器测量装置。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现，一种水面波传感器测量装置，其特征在于:包括漂浮圆球、四根PVDF压电纤维、基座，所述四根PVDF压电纤维均匀对称分布安装在基座上;所述PVDF压电纤维表面涂布有一对均勾分布的对称电极，其中一个电极为第一电极，另一个为第二电极;所述漂浮圆球安装于PVDF压电纤维自由端未涂布第一电极、第二电极的部分。
[0007]所述每两根PVDF压电纤维之间的夹角为90°，每一根PVDF压电纤维与基座中间对称轴的夹角为45°，与基座的夹角为30°。
[0008]所述第一电极的中心线和第二电极的中心线夹角为180°，第一电极和第二电极的包角均为120°，第一电极和第二电极中一个电极作为正极，另一个电极作为负极。
[0009]所述PVDF压电纤维横截面形状为圆形。
[0010]所述PVDF压电纤维是一种PVDF压电聚合物纤维，PVDF压电纤维由第一电极、第二电极、PVDF压电聚合物、金属芯和防水绝缘薄膜组成;所述PVDF压电聚合物均匀裹附于金属芯上，第一电极、第二电极均匀对称分布涂布于PVDF压电聚合物上，防水绝缘薄膜包裹于第一电极、第二电极上。
[0011 ] 所述金属芯为钼丝或者钨丝。
[0012]所述金属芯的直径为0.08mm、0.09mm或者0.10mm；
所述第一电极、第二电极包括金属层或导电胶或导电银浆或炭黑，表面电极为全电极。
[0013]所述第一电极、第二电极上包裹一层防水绝缘薄膜。
[0014]本发明结构合理简单、生产制造容易、使用方便，通过本发明，本发明涉及一种水面波传感器测量装置，运用PVDF压电纤维，具体是一种PVDF压电聚合物纤维，在水面波传感器的基座上安装有四根悬臂梁结构的PVDF压电纤维，并均匀对称的分布在基座上。运用这种PVDF压电纤维，表面均匀涂布一对对称电极，可以将第一电极作为正极使用，第二电极作为负极使用，并在第一电极和第二电极表面上包裹一层防水绝缘薄膜，避免PVDF压电纤维在使用过程中，由于人为因素或者非人为因素的影响而剥落，或者第一电极和第二电极在使用过程中与周围介质发生短路情况。
[0015]将制备好的PVDF压电纤维均匀对称的分布在基座上。将制备好的水面波传感器测量装置投掷在水面上，当水面波对PVDF压电纤维的压电聚合物器件产生的一种连续性负载或者冲击负载，使得压电聚合物器件输出一个电压信号。最终通过对数据的分析处理得出水面波波源的方位。
[0016]根据声呐传感器传感器测量装置、激光传感器测量装置和视觉系统的缺点，本专利发明了一种水面波传感器测量装置，极大的改善了上述三种测量装置的不足。因此，可以实现对水面目标物体位置的准确测量。水面波传感器测量装置具有信号探测范围宽、目标信息获取完整、精度高、速度快、结构简单等特点，因此，水面波传感器测量装置在移动机器人目标检测中的应用越来越受到人们的重视并表现出好的发展前景，在检测水面目标、目标搜救、水面环境监测、船舶安全航行和避碰中发挥积极的作用，提供了更加可靠的数据。此种传感器配置方式也将成为未来水面移动机器人导航方式中重要的发展趋势。
[0017]通过上述技术方案，本发明的一种水面波传感器测量装置可以实现检测水面目标，目标搜救、水面环境监测、船舶安全航行和避碰中发挥积极的作用，提供了更加可靠的数据。
[0018]随着移动机器人越来越智能化，使用各种传感器感知周围的环境，目标检测、避障和水面环境检测等的普及，需要大量的传感器将测量和控制的非电参数，转换成可与计算机兼容的讯号，作为他们的而输入信号，这就给水面波传感器的快速发展提供了机会，形成相当可观的水面波传感器产业的发展。
【附图说明】
[0019]图1是本发明一种水面波传感器测量装置的结构示意图。
[0020]图2是本发明的PVDF压电纤维的结构示意图。
[0021]图中:I漂浮圆球、2 PVDF压电纤维、201防水绝缘薄膜、202第一电极、203金属芯、204第二电极、205 PVDF压电聚合物、3基座。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图以及【附图说明】对本发明做进一步的说明。
[0023]该水面波传感器测量装置由一个基座3和四根悬臂梁结构的PVDF压电纤维2组成，PVDF压电纤维2是一种PVDF压电聚合物纤维，四根悬臂梁结构的PVDF压电纤维2均匀对称的分布在基座3上，每两根PVDF压电纤维2之间的夹角为90°，每一根PVDF压电纤维2与基座3中间对称轴的夹角为45°，与基座3的夹角为30°。每根PVDF压电纤维2表面都涂布有一对对称电极，对称电极为第一电极202、第二电极204，PVDF压电纤维表面涂布的电极和悬臂梁之间是绝缘的，以及电极(第一电极202、第二电极204)表面涂布有一层防水绝缘薄膜201，两个电极中心线夹角为180°，且每个电极的包角为120°，一个电极作为正极，另一个电极作为负极使用;在第一电极202和第二电极204表面上包裹一层防水绝缘薄膜，避免PVDF压电纤维2在使用过程中，由于人为因素或者非人为因素的影响而剥落，或者第一电极202和第二电极204在使用过程中与周围介质发生短路情况。在悬臂梁结构的PVDF压电纤维2自由端安装一个超疏水性能的漂浮圆球I，使得水面波传感器测量装置能够漂浮在水面上，制备好的四根PVDF压电纤维2安装在水面波传感器的基座3上。将水面波传感器测量装置放置于在水面上，当水面波对PVDF压电纤维2产生一种连续性负载或者冲击负载，使得PVDF压电聚合物器件输出一个电压信号。由于水面波在波动过程中，到达四根PVDF压电纤维2的时间不同，使得当PVDF压电纤维2受到冲击力时，输出的电压信号存在一个时间差，最终通过对数据的分析处理得出水面波波源的方位，从而实现对水面目标的检测，目标搜救、水面环境监测等。
[0024]选择地，该装置为一种类似水黾结构，四根悬臂梁结构的PVDF压电纤维2安装在基座3上，每根PVDF压电纤维2都为悬臂梁结构，一端固定在基座3上，PVDF压电聚合物纤维表面涂布一对均勾分布的对称电极，其中一个电极为第一电极202，另一个电极为第二电极204，压电聚合物纤维表面涂布的电极和悬臂梁之间是绝缘的。
[0025]选择地，该装置的四根悬臂梁结构PVDF压电纤维2均匀对称的分布在基座3上，每两根PVDF压电纤维2之间的夹角为90°，每一根PVDF压电纤维2与基座3中间对称轴的夹角为45°，与基座3的夹角为30°。
[0026]选择地，该压电聚合物纤维表面有一组对称电极，两个电极中心线夹角为180°，且每个电极的包角为120°，一个电极作为正极，另一个电极作为负极使用。
[0027]选择地，该悬臂梁结构的PVDF压电纤维2横截面形状为圆形。
[0028]选择地，该悬臂梁结构的PVDF纤维2是一种压电聚合物纤维。
[0029]选择地，该压电聚合物纤维是由中间芯为钼丝或者钨丝、均匀裹附在钼丝或者钨丝表面上的压电聚合物和涂布在压电聚合物表面的电极组成。
[0030]选择地，该压电聚合物纤维中间的金属芯直径可以为0.08mm、0.09mm或者0.10mm。
[0031]选择地，该压电聚合物纤维表面涂布的电极包括金属层，或导电胶，或导电银浆，或炭黑，表面电极为全电极。
[0032]选择地，该压电聚合物纤维表面的电极为了与水不接触，在涂布好的表面电极上安装有防水绝缘薄膜。
[0033]选择地，该压电聚合物纤维在自由端未涂布电极的部分，安装具有超疏水性能的漂浮圆球I。
[0034]本专利发明的一种水面波传感器测量装置如图1所示，由漂浮圆球1、PVDF压电纤维2和基座3组成。
[0035]图2是PVDF压电纤维的结构示意图，PVDF压电纤维2是一种PVDF压电聚合物纤维，由第一电极202、第二电极204、PVDF压电聚合物205、金属芯203和防水绝缘薄膜201组成。将制备好的PVDF压电纤维2安装在水面波传感器的基座3上，最后放在水面上检测水面目标，目标搜救、水面环境监测等。物体在水面上流动时会产生水面波。当水面波波动到水面波传感器测量装置时，会对PVDF压电纤维2产生冲击力，PVDF压电纤维2在收到冲击力之后，受力的一端会向不受力的一端发生弯曲变形，冲击力越大，变形量也越大，反之越小。PVDF压电纤维2在发生变形的时候，PVDF压电纤维2的电极会输出一个电压值，变形量越大，输出的电电压值越大。水面波传感器根据同一时间内，水面波对四根PVDF压电纤维2的冲击力强弱不同，PVDF压电纤维2的变形量也不同，输出的电压信号强弱也就不同，并根据这一性质判断水面波的波源，从而检测出水面目标的具体位置。
[0036]水面波传感器测量装置在检测水面目标之前需要将每根PVDF压电纤维2上的两个电极(第一电极202、第二电极204)用金属引线链接到电荷放大器的输入端，将电荷放大器的输出端和数据采集卡连接上，再将数据采集卡连接到电脑上。通过水面波传感器检测水面目标所得到的数据进行分析，即可得出水面目标的具体位置。
【主权项】
1.一种水面波传感器测量装置，其特征在于:包括漂浮圆球(I)、四根PVDF压电纤维(2 )、基座(3 )，所述四根PVDF压电纤维(2)均匀对称分布安装在基座(3)上;所述PVDF压电纤维(2)表面涂布有一对均勾分布的对称电极，其中一个电极为第一电极(202)，另一个为第二电极(204);所述漂浮圆球(I)安装于PVDF压电纤维(2)自由端未涂布第一电极(202)、第二电极(204)的部分。2.根据权利要求1所述的一种水面波传感器测量装置，其特征在于:所述每两根PVDF压电纤维(2)之间的夹角为90°，每一根PVDF压电纤维(2)与基座(3)中间对称轴的夹角为45°，与基座(3)的夹角为30°。3.根据权利要求1所述的一种水面波传感器测量装置，其特征在于:所述第一电极(202)的中心线和第二电极(204)的中心线夹角为180°，第一电极(202)和第二电极(204)的包角均为120°，第一电极(202)和第二电极(204)中一个电极作为正极，另一个电极作为负极。4.根据权利要求1所述的一种水面波传感器测量装置，其特征在于:所述PVDF压电纤维(2)横截面形状为圆形。5.根据权利要求1所述的一种水面波传感器测量装置，其特征在于:所述PVDF压电纤维(2)是一种PVDF压电聚合物纤维，PVDF压电纤维(2)由第一电极(202)、第二电极(204)、PVDF压电聚合物(205)、金属芯(203)和防水绝缘薄膜(201)组成;所述PVDF压电聚合物(205)均匀裹附于金属芯(203)上，第一电极(202)、第二电极(204)均匀对称分布涂布于PVDF压电聚合物(205)上，防水绝缘薄膜(201)包裹于第一电极(202)、第二电极(204)上。6.根据权利要求5所述的一种水面波传感器测量装置，其特征在于:所述金属芯(203)为钼丝或者妈丝。7.根据权利要求5所述的一种水面波传感器测量装置，其特征在于:所述金属芯(203)的直径为0.08mm、0.09mm 或者 0.1 Omnin8.根据权利要求1所述的一种水面波传感器测量装置，其特征在于:所述第一电极(202)、第二电极(204)包括金属层或导电胶或导电银浆或炭黑，表面电极为全电极。9.根据权利要求1所述的一种水面波传感器测量装置，其特征在于:所述第一电极(202)、第二电极(204)上包裹一层防水绝缘薄膜(201)。
【文档编号】G01H11/08GK105841801SQ201610267427
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】边义祥, 黄慧宇, 靳宏, 戴隆超, 王昌龙
【申请人】扬州大学