基于聚偏氟乙烯压电薄膜的多物理量传感识别系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了基于聚偏氟乙烯压电薄膜的多物理量传感识别系统；其结构特点是：直流电源连接PVDF传感器，其功能为整个传感识别系统供电，PVDF传感器依次连接电荷放大电路、多通道带宽滤波器、A/D转化模块、信号分析器。本实用新型的优点是：基于聚偏氟乙烯(PVDF）压电薄膜的压电性、热释电性的特性制作的一种能识别噪音、水滴、沙尘、温度、风等多种环境物理因素的传感系统，该系统能够识别房屋周围环境噪音、水、沙尘、温度和风的变化，变化值与系统设定的阀值的进行比较，从而为房屋进行相关的智能化处理提供信息，实现智能化。
【专利说明】基于聚偏氟乙烯压电薄膜的多物理量传感识别系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及传感器应用领域，具体涉及基于聚偏氟乙烯压电薄膜的多物理量 传感识别系统。
【背景技术】
[0002] 随着社会快速发展，人们生活水平日益提高，近几年，智能家居、智能房屋概念迅 速发展，可以反映出人们对房屋传统的住所功能已经不满足，更加趋向于智能化，而房屋识 别周围环境的变化也是智能房屋重要组成部分。在日常生活中，都很苦恼环境变化，房屋与 环境接触主要是窗户和楼顶，当环境突然恶化时，会对生活带来困扰与不便，更可能损坏房 屋内的物品。例如，刮大风、下大雨，需要去关窗户，撤掉屋顶的一切东西；出现高温时，要关 窗户开空调、将楼顶的花草搬到阴暗处；出现沙尘暴，要马上关窗户；睡觉时，刺耳的噪音 突然吵醒，再去关窗户，早已经没了睡意。因此，希望房屋能够应对周围环境的变化，房屋智 能化的需求也日益增加。因为PVDF具有压电性和热释电性的特性，根据这几种物理因素在 频率上的差异，可以用PVDF传感器来实现对多物理环境因素的识别。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种基于聚偏氟乙烯（PVDF)压电薄膜的多物理量传 感识别系统，该系统能够自动识别环境中噪音、雨、沙尘、温度、风等多种因素，从而控制与 信号分析器连接的外驱动装置，实现智能化。
[0004] 本实用新型采用的技术方案是：基于聚偏氟乙烯压电薄膜的多物理量传感识别系 统；主要包括PVDF传感器、电荷放大电路、多通道带宽滤波器、A/D转化模块、信号分析器和 直流电源；其特征在于：直流电源连接PVDF传感器，其功能为整个传感识别系统供电，PVDF 传感器依次连接电荷放大电路、多通道带宽滤波器、A/D转化模块、信号分析器。
[0005] 进一步的，所述PVDF传感器结构分成四层，第一层为保护薄膜，第二层为PVDF压 电薄膜，第三层为超弹性膜，第四层为硬质材料，通过支撑体支撑。
[0006] 进一步的，所述PVDF传感器接受面与水平面呈30度斜坡，从而避免水、沙集聚对 信号采集的影响。
[0007] 进一步的，所述多通道带宽滤波器分离不同物理因素产生的频率，在信号分析器 中，通过每个通道的信号的电压值与所其对应设定的电压阀值进行比对，超过阀值时输出 逻辑值1、小于则输出逻辑值〇。
[0008] 进一步的，所述信号分析器可以连接外驱动装置，外驱动装置连接外执行器，外驱 动装置根据输出指令做出相应动作。
[0009] 本实用新型的优点是：基于聚偏氟乙烯（PVDF)压电薄膜的压电性、热释电性的特 性制作的一种能识别噪音、水滴、沙尘、温度、风等多种环境物理因素的传感系统，该系统能 够识别房屋周围环境噪音、水、沙尘、温度和风的变化，变化值与系统设定的阀值的进行比 较，从而为房屋进行相关的智能化处理提供信息，，实现智能化。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0011] 图2为本实用新型的PVDF传感器结构示意图。
[0012] 在图中，I、PVDF传感器、2、电荷放大电路，3、多通道带宽滤波器，4、A/D转化模块， 5、信号分析器，6、外驱动装置，7、外执行器，8、直流电源，9、保护薄膜，10、PVDF压电薄膜， 11、弹性橡胶，12、硬质板料，13、支撑体。
【具体实施方式】
[0013] 如图1所示，本实用新型是这样来工作和实施的，基于聚偏氟乙烯压电薄膜的多 物理量传感识别系统；主要包括PVDF传感器1、电荷放大电路2、多通道带宽滤波器3、A/D 转化模块4、信号分析器5和直流电源8 ;其特征在于：直流电源8连接PVDF传感器1，其功 能为整个传感识别系统供电，PVDF传感器1依次连接电荷放大电路2、多通道带宽滤波器3、 A/D转化模块4、信号分析器5,信号分析器5连接外驱动装置6,外驱动装置6连接外执行 器7 ;所述PVDF传感器1结构分成四层，第一层为保护薄膜9,第二层为PVDF压电薄膜10， 第三层为超弹性膜11，第四层为硬质材料12,通过支撑体13支撑。
[0014] PVDF传感器1识别信号，当风、雨滴、沙尘吹打在PVDF传感器1上，引起PVDF膜 产生形变；噪音引起空气振动，从而带动PVDF膜振动，引起PVDF膜产生形变。因为PVDF膜 的压电效应，会有正负电荷集聚PVDF膜两侧，电荷信号和频率信号流入电荷放大电路2中。 当温度在30°C?80°C之间PVDF膜的热释电性才显著，当日常温度在30°C?41°C之间时，因 为PVDF的热释电性，PVDF有很明显的电荷量变化，且温度稳定时，电荷也很稳定。信号进 入电荷放大电路2中，电荷放大电路CA3140E将其电荷信号转化为电压信号，并将其信号放 大，放大后的信号进入多通道带宽滤波器3,进行信号分离，根据每个通道预先设定的频率 范围值，通道:①对应因素为温度，设定频率范围(TA;通道@对应因素为风速，设定频率范 围B~C ;通道③对应因素为噪音，设定频率范围为ITE ;通道④对应因素为雨滴，设定频率范 围为F~G ;通道⑤对应因素为沙尘，设定频率范围为M~N，各个分离信号根据频率值进入所 对应的通道，而不能通过其他通道。分离后的每路信号传入对应的A/D转化芯片ADC0804， 将模拟信号转化为数字信号，信号进入信号分析器5中，将每个通道中的信号的电压数值 与对应的阀值进行比较。通道一中，判断信号的电压值是否大于阀值a，大于则输出逻辑值 1，否则输出逻辑值〇 ;通道二中，判断信号的电压值是否大于阀值b，大于则输出逻辑值1， 否则输出逻辑值〇 ;通道三中，判断信号的电压值是否大于阀值c，大于则输出逻辑值1，否 则输出逻辑值〇 ;通道四中，判断信号的电压值是否大于阀值d，大于则输出逻辑值1，否则 输出逻辑值〇;通道五中，判断信号的电压值是否大于阀值e，大于则输出逻辑值1，否则输 出逻辑值0。信号分析器5将其指令传输给外驱动装置6,外驱动装置6连接的外执行器7 根据指令做出相应的动作。
【权利要求】
1. 基于聚偏氣己帰压电薄膜的多物理量传感识别系统；主要包括PVDF传感器、电荷放 大电路、多通道带宽滤波器、A/D转化模块、信号分析器和直流电源；其特征在于；直流电源 连接PVDF传感器，PVDF传感器依次连接电荷放大电路、多通道带宽滤波器、A/D转化模块、 信号分析器。
2. 根据权利要求1所述的基于聚偏氣己帰压电薄膜的多物理量传感识别系统；其特征 在于；所述PVDF传感器结构分成四层，第一层为保护薄膜，第二层为PVDF压电薄膜，第H层 为超弹性膜，第四层为硬质材料，整个PVDF传感器装置通过支撑体支撑。
3. 根据权利要求1所述的基于聚偏氣己帰压电薄膜的多物理量传感识别系统；其特征 在于：所述信号分析器连接外驱动装置，外驱动装置连接外执行器。
【文档编号】G01D21/02GK204228198SQ201420626914
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】林埔安, 黄彦, 李小龙 申请人:南昌航空大学