[实用新型]基于聚偏氟乙烯压电薄膜的多物理量传感识别系统

说明书

技术领域

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

   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

    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。

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。

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。

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。

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0。

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。

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。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的PVDF传感器结构示意图。

在图中，1、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

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。

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℃~80℃之间PVDF膜的热释电性才显著，当日常温度在30℃~41℃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                                                对应因素为温度，设定频率范围0~A；通道对应因素为风速，设定频率范围B~C；通道对应因素为噪音，设定频率范围为D~E；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0；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0；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0；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0；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。