一种三维氧化锌杂化结构的传感器装置及其运行方法

本发明属于紫外光强监测及压电信号监测技术改进领域，尤其涉及一种基于三维氧化锌杂化结构功能材料传感器装置及其运行方法。

背景技术：

1、近年来，柔性可穿戴传感器发展迅速，并被广泛应用在电子皮肤，实施生理信息采集，人机交互以及能量存储等领域。其中柔性压力传感器在人类健康监测和人工智能领域起到非常重要作用，依旧保持较高的研究热度。然而，单一的功能已不再能够满足人们日益增长的需求，因此柔性可穿戴压力传感器并具备其他信号检测的功能更符合社会发展的需求。

2、据目前研究，其中氧化锌（zno）由于其半导体性能，光电和压电特性被广泛用于压力传感，温度传感，紫外探测，以及气体传感等领域。进一步研究表明三维氧化锌杂化结构的传感器具备极高的紫外探测灵敏度，同时基于该结构的摩擦纳米发电式压力传感器具备优异的压力信号监测功能，在应用端能极大的降低传感器成本和应用成本。尽管氧化锌传感器被大量研究和制造，但是基于单传感器具备极高的紫外探测灵敏度，同时具备压力信号监测功能的柔性可穿戴的传感器装置是没有的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于三维氧化锌杂化结构功能材料传感器装置及其运行方法，旨在解决缺少同时探测紫外光和监测压力信号的单传感器的柔性可穿戴的传感器装置的技术问题。

2、本发明是这样实现的，一种基于三维氧化锌杂化结构功能材料传感器装置，所述三维氧化锌杂化结构的传感器装置包括传感单元、采样单元、主控单元、交互单元、显示单元及供电单元，所述传感单元的输出端连接所述采样单元的输入端，所述采样单元的输出端连接所述主控单元的输入端，所述主控单元的输出端连接所述显示单元的输入端，所述交互单元的输出端连接所述主控单元的输入端，所述供电单元分别电性连接所述主控单元及传感单元，所述主控单元根据用户设置传输数据类型控制供电单元是否为传感单元进行供电，若传输数据为紫外光强，则供电单元给传感单元供电，若传输数据为压电信号，则无需供电；若两个信号均需采集，则按照一定时间比例轮询方式采集信号后传输给主控单元。

3、本发明的进一步技术方案是：所述主控单元包括芯片u1、电阻r4、电容c1、电阻r2、电容c5、电容c3、电阻r3、电容c6、电容c7及晶振x1，所述芯片u1的第5脚分别连接所述晶振x1的一端及电容c6的一端，所述芯片u1的第7脚分别连接所述电容c1的一端及电阻r2的一端，所述芯片u1的第9脚分别连接所述电容c3的一端、电容c5的一端及电阻r3的一端，所述芯片u1的第44脚经所述电阻r4接地。

4、本发明的进一步技术方案是：所述采样单元包括紫外光强传感器采样电路及压电传感器采样电路，所述紫外光强传感器采样电路包括二极管d2、电阻r15、电容c18、滑动变阻器r21、电阻r13、电阻r14、稳压二极管d3及运算放大器u5，所述芯片u1的第11脚分别连接所述电阻r15的一端、电容c18的一端及二极管d2的阳极，所述电阻r15的另一端分别连接所述运算放大器u5的第1脚及滑动变阻器r21的一端及滑动端，所述滑动变阻器r21的另一端分别连接所述电阻r13的一端及运算放大器u5的第4脚，所述运算放大器u5的第3脚分别连接所述电阻r14的一端及稳压二极管d3的阴极，所述电阻r14的另一端连接所述芯片u1的第13脚。

5、本发明的进一步技术方案是：所述压电传感器采样电路包括电阻r5、mos管q1、mos管q2、mos管q3、电阻r8、电阻r9、电阻r6、电阻r7及采样与分压电阻u3，所述电阻r5的一端连接所述芯片u1的第18脚，所述电阻r8的一端连接所述芯片u1的第20脚，所述电阻r9的一端连接所述戏弄u1的第19脚，所述mos管q3的源极连接所述芯片u1的第12脚，所述mos管q2的源极连接所述芯片u1的第13脚，所述mos管q2的栅极连接所述电阻r8的另一端，所述mos管q2的漏极分别连接所述采样与分压电阻u3的一端及电阻r7的一端，所述电阻r7的另一端分别连接所述电阻r6的一端及mos管q3的漏极，所述mos管q3的栅极连接所述电阻r9的另一端，所述采样与分压电阻u3的另一端连接所述mos管q1的源极，所述mos管q1的栅极连接所述电阻r5的另一端。

6、本发明的进一步技术方案是：所述显示单元包括接线端子h1、显示屏led1、电容c15、电容c17、电阻r23、电阻r21、电阻r20、二极管d1、电阻r22、电容c18、电容c16、电容c13及电容c14，所述接线端子h1的第2脚分别连接所述电阻r20的一端及显示屏led1的第10脚，所述接线端子h1的第3脚分别连接所述电阻r21的一端及显示屏led1的第11脚，所述显示屏led1的第14脚经所述电容c15接地，所述显示屏led1的第13脚将所述电容c17接地，所述显示屏led1的第12脚经所述电阻r23接地，所述显示屏led1的第9脚分别连接所述二极管d1的阳极、电阻r22的一端及电容c18的一端，所述显示屏led1的第8脚经所述电容c16的接地，所述显示屏led1的第4脚连接所述电容c14的一端，所述电容c14的另一端连接所述显示屏led1的第3脚，所述显示屏led1的第2脚连接所述电容c13的一端，所述电容c13的另一端连接所述显示屏led1的第1脚。

7、本发明的进一步技术方案是：所述交互单元包括按压开关sw3、按压开关sw2、按压开关sw1、电容c16、电阻r11、电容c17、电阻r12、电容c20及电阻r20，所述按压开关sw3的第4脚分别连接所述电阻r11的一端、电容c16的一端及芯片u1的第43脚，所述按压开关sw2的第4脚分别连接所述电阻r12的一端、电容c17的一端及芯片u1的第42脚，所述按压开关sw1的第4脚分别连接所述电阻r20的一端、电容c20的一端及芯片u1的第41脚。

8、本发明的进一步技术方案是：所述传感电源包括紫外光强传感器及压电传感器，所述紫外光强传感器的输出端连接所述紫外光强传感器采样电路的输入端，所述压电传感器的输出端连接所述压电传感器采样电路的输入端。

9、 本发明的进一步技术方案是：所述供电单元包括开关电源、ldo降压电路及boost升压电路，所述开关电源的输出端连接所述ldo降压电路的输入端，所述ldo降压电路的输出端连接所述boost 升压电路的输入端。

10、 本发明的进一步技术方案是：所述ldo降压电路包括芯片u2、电容c4及电容c2，所述芯片u2的第2脚连接所述电容c4的一端，所述芯片u2的第3脚连接所述电容c2的一端；所述boost 升压电路包括芯片u4、电容c9、电感l1及电容c8，所述芯片u4的第2脚连接所述电感l1的一端，所述电感l1的另一端连接所述电容c8的正极，所述芯片u4的第3脚连接所述电容c9的正极。

11、本发明的另一目的在于提供一种基于三维氧化锌杂化结构功能材料传感器装置的运行方法，所述的基于三维氧化锌杂化结构功能材料传感器装置的运行方法包括以下步骤：

12、s1、将柔性传感器穿戴至需要检测的相应部位；

13、s2、根据需求操作交互单元选取需求检测和输出的信号；

14、s3、传感单元获取紫外光强信号或压电信号并进行放大滤波处理；

15、s4、将经过处理的信号传输给主控单元进行相应的信号拟合处理后输出给显示单元进行显示使得用户获得当前的环境紫外光强度及压电信号。

16、本发明的有益效果是：具备探测不同光强的紫外光，也可以监测由机械运动引起的电信号双重功能。同时成本低廉、实现简单、具备完善的交互界面，使得其在穿戴的光电探测器和压力传感领域具有广阔的应用前景。