[实用新型]一种使用压电薄膜的压力传感器

说明书

技术领域：本实用新型涉及一种压力传感器，特别涉及一种使用压电薄膜(PVDF)的压力传感器。主要用于商场、地铁等自动扶梯或商场、宾馆等公共场所的自动门的自动感应器，用以控制自动扶梯或自动门的开、关，以达到节能的目的。 

背景技术：随着社会自动化程度越来越高，人们更倾向于选择更多的代步工具，因此在上下楼道间取代楼梯的自动扶梯应用越来越广，包括地铁、机场、卖场、酒店、过街地道和人行天桥等场合；在商场、宾馆等公共场所的自动门的应用也越来越广。普通型扶梯无探测装置，无法判断是否有人乘坐，其扶梯是一直保持不断运行的状态，造成能源的大量浪费。如今在全世界大力提倡节能的要求下，已经不能满足业主的要求了，因此就要求在入口处设置能检测人员接近的装置，在探测到有人乘坐时处于正常速度，而没人时处于慢速或停止状态，以达到节能功效。因此，一种能可靠判断人体是否接近的传感器装置就显得非常重要了。而目前较普遍使用的有： 

1、红外线感应器：在自动扶梯上、下端站入口(或水平扶梯前后入口)或自动门的适当位置分别安装红外线传感器，采集2米距离范围内是否有人乘梯的信号。但缺点是：对于下半身着深色衣物的人员反映灵敏度不高；对小动物的经过也会认为有人走电梯；对安装在露天的电梯，在强烈阳光下发出的红外线可能会导致误动作，造成控制失效。对有人经过电梯口但并不乘坐的情况，大部分也会误动作而运行。 

2、超声波传感器：在自动扶梯上、下端站入口或自动门的适当位置分别安装超声波传感器。最大检测距离有1，2，3米。可抗电磁及射频干扰，更小的盲区和更远检测距离。但声波可能会被附近的一些物体反射，比如导轨或者固定夹具或者移动的物体，为了确保检测的可靠性，必须减少或者排除周围物体对声波反射的影响。对有人经过电梯口但并不乘坐的情况，大部分也会误动作而运行。以上二种均共同存在的一个缺点为当有人从电梯旁经过或有其它的一些干扰时，绝大部分时间电梯会误认为有人会乘电梯而误动作，造成不必要的浪费和电梯寿命的缩短。 

实用新型内容：本实用新型的目的是提供一种新型的传感器----采用压电薄膜(PVDF)的压力传感器，主要解决在自动扶梯上、下端站入口或自动门的适当位置使用红外线、超声波感应器可能导致各种误动作的技术问题。本实用新型的技术方案为：一种使用压电薄膜的压力传感器，压电薄膜电缆成U字形放置于上、下电梯或自动门端口的踏板下踏板支架的半圆形凹槽内，压电薄膜电缆接压力传感器控制电路的塑料壳体内。压力传感器控制电路为：电源接降压稳压电路，降压稳压电路分两路输出，一路为内部电路各功能部分供电，一路接发光二极管、电阻接地作为电源指示。压电薄膜电缆依次接运算放大器、信号转换电路、单片机MCU、驱动三极管和继电器，驱动三极管发射极接地，集电极接继电器；信号转换电路的COM端接降压稳压电路的输出，保证输出的端口总有一路有电压(高电平)输出。继电器线圈上并联有串接的发光二极管和电阻作为转换电路的输出指示。 

当有人真正踏上电梯或自动门的踏板时，会使压力传感器感受到压力而产生几十～几百mV的感应电压，压电薄膜电缆端口经处理后接入运算放大器的输入口，将此几十～几百mV的感应电压信号经过一定比例放大，经信号转换电路再接入单片机MCU，经单片机MCU分析、比较，判断出是否有人要走电梯或进出自动门，并给出相应的控制信号，由压力传感器输出给控制系统，再由控制系统启动或关闭电梯、自动门。此压力传感器抗干扰能力远远强于目前的红外线感应器、超声波传感器等产品。 

本实用新型的有益效果是：利用目前已经较为成熟、可靠的压电薄膜(PVDF)技术生产的压电薄膜电缆，制成具有压力检测的传感器，具有以下优点：1、对压力产生的电压信号幅度大，且不需要对压力作准确的测量显示，因此对电路设计可以做到最经济。2、对动作压力的大小响应输出可以灵活的调节(从几Kg～上百Kg)，使灵敏度可调，从而大大增加了安装调试的方便。3、结构紧凑，占用空间小，操作简单，可靠性高。 

附图说明：

图1为本实用新型安装结构示意俯视图 

图2为本实用新型电路原理示意图 

图中，1-踏板，2-压电薄膜电缆，3-压力传感器控制电路，4-运算放大器，5-降压稳压电路，6-信号转换电路，7-电源输入和压力信号输出端。 

具体实施方式：

参照图1，一种使用压电薄膜的压力传感器，PVDF压电薄膜电缆2成U字形放置于上、下电梯或自动门端口的踏板1下踏板支架的半圆形凹槽内，压电薄膜电缆2接压力传感器控制电路的塑料壳体内。参照图2，压力传感器控制电路3为：电源接降压稳压电路5，降压稳压电路分两路输出，一路为内部电路各功能部分供电，一路接发光二极管LED1、电阻R7接地作为电源指示。压电薄膜电缆依次接运算放大器4、信号转换电路6、单片机MCU、驱动三极管Q1和继电器，驱动三极管发射极接地，集电极接继电器；信号转换电路的COM端接降压稳压电路的输出，保证输出的端口总有一路有电压(高电平)输出。继电器线圈上并联有串接的发光二极管LED2和电阻R8作为转换电路的输出指示。单片机MCU还连接一个线性电位器，线性电位器一端接降压稳压电路的输出，另一端接地。V+、V-为由电梯系统或自动门系统提供的电源，经降压稳压电路5(LM317)的降压，输出稳定的MCU需要的VDD电源电压值。当有电源输入并正常时，发光二极管LED1指示灯常亮。L1即为PVDF的压电薄膜电缆，铜芯和外层的屏蔽铜丝分别接入运算放大器4的+、-端口，当有人(或重物)通过踏板压在压电薄膜电缆上时，立即会产生几十～几百mV的感应电压信号，经运算放大器4的比例放大后，由信号转换电路6的电阻R4、R5将压力信号变为以VDD/2为中心的上下变化的电信号，从而保证只要有压力信号，不管是正方向的还是负方向的电信号，单片机PIC10F220(Microchip)均能检测到。二极管D1为箝位作用，防止过高的压力电信号损坏MCU。为满足不同环境的要求，通过设置一个线性电位器VR1调节对压力响应的灵敏度，MCU检测到VR1的值作为压力信号的参考值，以确定是否输出电信号，从而实现压力响应可调节。当比较后符合输出条件时，MCU的I/O端口输出高电平，使三极管Q1导通，继电器K1吸合，使输出的NO变为NC，NC变为NO，发光二极管LED2灯由暗变亮，发出有人踏上电梯盖板的信号，此输出信号时间的长短，可由MCU进行控制，保证信号的可靠输出，从而实现控制电梯运行和停止，达到节能和延长电梯寿命的目的。参照图1，将该压力传感器放大和控制电路部分放置于一个由ABS注塑的圆柱体内，一端引入压电薄膜电缆2，一端作为电梯系统的电源输入和压力信号的输出端7，二端密封。