基于双层阵列结构的水波实时传感装置及检测方法

本公开涉及传感，尤其涉及一种基于双层阵列结构的水波实时传感装置及检测方法。

背景技术：

1、随着国家经济的飞速发展，城市在迅速扩大，而城市建设在一定程度上出现“瓶颈”。信息技术的进步与生活水平的提升带来了城市配套基础设施发展滞后、管理形式无法满足需求变化的效率等等问题，而各种数据得不到及时有效地共享和融合会产生信息烟囱和信息孤岛。这类问题就可以由万物互联的手段解决，以推进智慧城市的建设，其中物联网排水监测就为市政智慧设施中重要的一环。

2、根据城市防汛工作的实际情况，进一步提升突发洪涝事件的预测、预警和应急能力十分重要，以确保在汛期市政设施能够正常运行。目前汛期下穿通道水位的实时监测与排水情况，主要依靠人工目测及经验获取，缺乏科学有效的监测手段。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、基于上述问题，本公开提供了一种基于双层阵列结构的水波实时传感装置及检测方法，以缓解现有技术中防汛应急状态下难以实时准确的进行水波监测等技术问题。

3、(二)技术方案

4、本公开的一个方面，提供一种基于双层阵列结构的水波实时传感装置，包括一柔性传感器件，柔性传感器件设置于待测液体的液面处，使得传感器件的一部分位于液面以下，传感器件由外至内依次包括：静电摩擦层，第一阵列单元，绝缘层，第二阵列单元，封装层。

5、静电摩擦层为柔性防水薄膜材料制备而成，静电摩擦层位于液面以下的部分与待测液体接触并摩擦从而产生电信号；第一阵列单元包括多个成阵列排布的第一传感器，第一阵列单元中位于液面以下的部分的每个第一传感器在电信号的作用下发出第一信号；绝缘层为柔性绝缘材料制备而成；第二阵列单元包括多个成阵列排布的感应传感器，每个感应传感器与每个第一传感器相隔绝缘层交叠设置，并用于在对应的第一传感器发出的第一信号的作用下生成感应信号；封装层为柔性绝缘材料制备而成，并用于将传感装置固定设置于待测液体的液面处。

6、根据本公开实施例，第一阵列单元的每一行中的第一传感器相互连接且设置有一第一信号引出接口。

7、根据本公开实施例，第二阵列单元的每一列中的感应传感器相互连接且设置有一感应信号引出接口。

8、根据本公开实施例，其中：第一阵列单元包括6行第一传感器，每一行包括4个第一传感器，每一行第一传感器相连后引出第一信号接口；第二阵列单元包括4列感应传感器，每一列包括6个感应传感器，每一列感应传感器相连后引出感应信号接口。

9、根据本公开实施例，不同行的第一传感器用于探测不同高度的待测液体，从而由对应的第一信号接口处发出第一信号，从而确定实时的待测液体液位变化。

10、根据本公开实施例，通过感应信号确定待测液体的水波特征。

11、根据本公开实施例，通过第一信号和感应信号的时序信号得到待测液体的水波特征信号。

12、根据本公开实施例，静电摩擦层的材料为聚氯乙烯，第一传感器和/或感应传感器的制备材料为银浆。

13、根据本公开实施例，水波实时传感装置还包括信号处理单元和显示单元，信号处理单元用于接收第一信号和感应信号并进行处理后在显示单元进行水波参数和波形图像显示。

14、本公开的另一方面，提供一种基于上述双层阵列结构的水波实时传感装置的水波检测方法，包括：采集待测液体所处的场景信息，确定双层阵列的第一阵列单元和第二阵列单元的设置参数；将多个水波实时传感装置贴附于与待测液体的液面处能够产生冲击与摩擦的位置，用以获取第一信号和感应信号；对由不同位置获取的第一信号和感应信号进行去噪、滤波、放大处理，得到待测液体的水波特征信号；以及通过信号处理单元和显示单元得到水波形态的实时显示。

15、(三)有益效果

16、从上述技术方案可以看出，本公开基于双层阵列结构的水波实时传感装置及检测方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

17、(1)摆脱了传统发电及传感器件笨重及需要大规模波浪的限制，实现自供电传感，大大减少了设计部件的冗杂，使系统简约、高效、便捷。器件轻巧、柔软、成本低，几乎不受使用场景限制，可收集生活中易被忽略的能量与信息，大大提高能量利用效率；

18、(2)采用柔性电子阵列方法收集水波信号，相比于传统的探测器监测水位等方式，能更加全面地掌握波形的具体形态、特征，累积宝贵的实时水波变化数据以供研究，而非单一的水位高度；且水下环境对传统器件尤其是光学器件的信号及器件本身运行状态的影响较大，而本阵列采用防水材料封装，既作为封装层也作为静电层，既能保护器件在水下的工作状态更能利用水下的环境来输出，简化结构，化不利为有利，可行性大大提高。

19、(3)双层阵列采取多通道隔层交叉垂直的设计，既能保证对一个像素点的精确控制，又能大幅减少引出电路的端口，简化器件设计，高效完成功能。

20、(4)后端配套有手机客户端或其他终端，可实时显示阵列点点亮的信号、超过目标水位的数值、及通过算法还原的实际水波数字形貌，并给出用户水文积累数据，为城市内涝提供预警或改善的建议。

技术特征：

1.一种基于双层阵列结构的水波实时传感装置，包括一柔性传感器件，柔性传感器件设置于待测液体的液面处，使得传感器件的一部分位于液面以下，所述传感器件由外至内依次包括：

2.根据权利要求1所述的基于双层阵列结构的水波实时传感装置，所述第一阵列单元的每一行中的第一传感器相互连接且设置有一第一信号引出接口。

3.根据权利要求1所述的基于双层阵列结构的水波实时传感装置，所述第二阵列单元的每一列中的感应传感器相互连接且设置有一感应信号引出接口。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于双层阵列结构的水波实时传感装置，其中：

5.根据权利要求4所述的基于双层阵列结构的水波实时传感装置，不同行的第一传感器用于探测不同高度的待测液体，从而由对应的第一信号接口处发出第一信号，从而确定实时的待测液体液位变化。

6.根据权利要求4所述的基于双层阵列结构的水波实时传感装置，通过感应信号确定待测液体的水波特征。

7.根据权利要求6所述的基于双层阵列结构的水波实时传感装置，通过第一信号和感应信号的时序信号得到待测液体的水波特征信号。

8.根据权利要求1所述的基于双层阵列结构的水波实时传感装置，所述静电摩擦层的材料为聚氯乙烯，所述第一传感器和/或感应传感器的制备材料为银浆。

9.根据权利要求1所述的基于双层阵列结构的水波实时传感装置，还包括信号处理单元和显示单元，所述信号处理单元用于接收第一信号和感应信号并进行处理后在所述显示单元进行水波参数和波形图像显示。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的双层阵列结构的水波实时传感装置的水波检测方法，包括：

技术总结
提供一种基于双层阵列结构的水波实时传感装置及检测方法，传感装置包括一柔性传感器件，其设置于待测液体的液面处，使得传感器件的一部分位于液面以下，传感器件包括：静电摩擦层，柔性防水薄膜材料制备而成，静电摩擦层位于液面以下的部分与待测液体接触并摩擦从而产生电信号；第一阵列单元，包括多个成阵列排布的第一传感器，位于液面以下的部分的每个第一传感器在电信号的作用下发出第一信号；绝缘层；第二阵列单元，包括多个成阵列排布的感应传感器，每个感应传感器与每个第一传感器相隔绝缘层交叠设置，并用于在对应的第一传感器发出的第一信号的作用下生成感应信号；封装层，用于将传感装置固定设置于待测液体的液面处。

技术研发人员：刘寒韵,徐云,肖宇
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12