一種水面波傳感器測(cè)量裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明專利公開(kāi)了一種水面波傳感器測(cè)量裝置，在水面波傳感器的基座上安裝有四根懸臂梁結(jié)構(gòu)的PVDF壓電纖維，并均勻?qū)ΨQ的分布在基座上。PVDF壓電纖維，表面均勻涂布一對(duì)對(duì)稱電極，可以將第一電極作為正極使用，第二電極作為負(fù)極使用。在第一電極和第二電極表面上包裹一層防水絕緣薄膜,避免PVDF壓電纖維在使用過(guò)程中，由于人為因素或者非人為因素的影響而剝落，或者電第一電極和第二電極在使用過(guò)程中與周圍介質(zhì)發(fā)生短路情況。將制備好的PVDF壓電纖維均勻?qū)ΨQ的分布在基座上。四根PVDF壓電纖維固定安裝在水面波傳感器的基座上后漂浮在水面上，測(cè)量水面目標(biāo)物體的具體位置。水面波傳感器測(cè)量裝置主要優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)探測(cè)范圍寬、目標(biāo)信息獲取完整、精度高、速度快。
【專利說(shuō)明】
一種水面波傳感器測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種水面波傳感器測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今，水災(zāi)一直是世界上影響最大的自然災(zāi)害之一，水災(zāi)不僅危害了人民群眾的安全，而且給國(guó)家、個(gè)人造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了無(wú)法預(yù)計(jì)的不良后果。為此，可以通過(guò)水面移動(dòng)機(jī)器人及時(shí)的對(duì)水面環(huán)境及水面目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)與定位，搜索營(yíng)救水中的遇險(xiǎn)者及其漂浮的財(cái)產(chǎn)，降低災(zāi)害帶來(lái)的損失。此外，研究水面目標(biāo)檢測(cè)與定位的方式、方法也作為了水面移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航、搜救的理論基礎(chǔ)。
[0003]近年來(lái)，隨著移動(dòng)機(jī)器人越來(lái)越智能化，使用各種傳感器感知周圍的環(huán)境，如移動(dòng)機(jī)器人采用聲吶傳感器進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)和避障等，采用激光傳感器進(jìn)行距離檢測(cè)等，但這些傳感器不能廣泛地判斷出周圍環(huán)境的情況;雖然視覺(jué)系統(tǒng)可以更加廣闊的判斷其目標(biāo)和目標(biāo)周圍的環(huán)境，計(jì)算機(jī)圖像處理能力和技術(shù)有了一定的發(fā)展和大量的數(shù)字圖像處理設(shè)備性能價(jià)格比有所提高，但是由于環(huán)境和對(duì)象的復(fù)雜性和不確定性，以及傳感器本身的質(zhì)量外部環(huán)境對(duì)性能的影響，采用一個(gè)單一的傳感器提供信息有局限性和不確定性。因此，為了達(dá)到一定的實(shí)時(shí)性我們需要利用視覺(jué)系統(tǒng)與測(cè)距系統(tǒng)寫(xiě)作的方式來(lái)檢測(cè)目標(biāo)。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用視覺(jué)和毫米波雷達(dá)相結(jié)合的方式對(duì)水面目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)研究方面的公開(kāi)文獻(xiàn)資料較少，且水面目標(biāo)檢測(cè)、避障、導(dǎo)航等多采用單一傳感器或其他傳感器相融合的技術(shù)，準(zhǔn)確性與精確性相對(duì)不高，所以有必要依據(jù)視覺(jué)和毫米波雷達(dá)相協(xié)作的方式來(lái)更有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境信息的感知，進(jìn)而探測(cè)與定位水面上的目標(biāo)。但這樣使得測(cè)量系統(tǒng)具有復(fù)雜化、受外界因素影響較大、測(cè)誤差很大等缺點(diǎn)。
[0004]目前，市場(chǎng)上已有多種檢測(cè)水面目標(biāo)物體的傳感器，主要有聲吶傳感器、激光傳感器和視覺(jué)系統(tǒng)傳感器。但這三種傳感器都有很大的缺陷，聲吶傳感器和激光傳感器不能廣泛地判斷出周圍環(huán)境的情況;視覺(jué)系統(tǒng)傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受外界因素影響較大、速度慢和精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)水面目標(biāo)、目標(biāo)搜救、水面環(huán)境監(jiān)測(cè)、保障船舶安全航行、在避碰中發(fā)揮積極的作用的且能夠提供更加可靠的數(shù)據(jù)的水面波傳感器測(cè)量裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種水面波傳感器測(cè)量裝置，其特征在于:包括漂浮圓球、四根PVDF壓電纖維、基座，所述四根PVDF壓電纖維均勻?qū)ΨQ分布安裝在基座上;所述PVDF壓電纖維表面涂布有一對(duì)均勾分布的對(duì)稱電極，其中一個(gè)電極為第一電極，另一個(gè)為第二電極;所述漂浮圓球安裝于PVDF壓電纖維自由端未涂布第一電極、第二電極的部分。
[0007]所述每?jī)筛鵓VDF壓電纖維之間的夾角為90°，每一根PVDF壓電纖維與基座中間對(duì)稱軸的夾角為45°，與基座的夾角為30°。
[0008]所述第一電極的中心線和第二電極的中心線夾角為180°，第一電極和第二電極的包角均為120°，第一電極和第二電極中一個(gè)電極作為正極，另一個(gè)電極作為負(fù)極。
[0009]所述PVDF壓電纖維橫截面形狀為圓形。
[0010]所述PVDF壓電纖維是一種PVDF壓電聚合物纖維，PVDF壓電纖維由第一電極、第二電極、PVDF壓電聚合物、金屬芯和防水絕緣薄膜組成;所述PVDF壓電聚合物均勻裹附于金屬芯上，第一電極、第二電極均勻?qū)ΨQ分布涂布于PVDF壓電聚合物上，防水絕緣薄膜包裹于第一電極、第二電極上。
[0011 ] 所述金屬芯為鉬絲或者鎢絲。
[0012]所述金屬芯的直徑為0.08mm、0.09mm或者0.10mm；
所述第一電極、第二電極包括金屬層或?qū)щ娔z或?qū)щ娿y漿或炭黑，表面電極為全電極。
[0013]所述第一電極、第二電極上包裹一層防水絕緣薄膜。
[0014]本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理簡(jiǎn)單、生產(chǎn)制造容易、使用方便，通過(guò)本發(fā)明，本發(fā)明涉及一種水面波傳感器測(cè)量裝置，運(yùn)用PVDF壓電纖維，具體是一種PVDF壓電聚合物纖維，在水面波傳感器的基座上安裝有四根懸臂梁結(jié)構(gòu)的PVDF壓電纖維，并均勻?qū)ΨQ的分布在基座上。運(yùn)用這種PVDF壓電纖維，表面均勻涂布一對(duì)對(duì)稱電極，可以將第一電極作為正極使用，第二電極作為負(fù)極使用，并在第一電極和第二電極表面上包裹一層防水絕緣薄膜，避免PVDF壓電纖維在使用過(guò)程中，由于人為因素或者非人為因素的影響而剝落，或者第一電極和第二電極在使用過(guò)程中與周圍介質(zhì)發(fā)生短路情況。
[0015]將制備好的PVDF壓電纖維均勻?qū)ΨQ的分布在基座上。將制備好的水面波傳感器測(cè)量裝置投擲在水面上，當(dāng)水面波對(duì)PVDF壓電纖維的壓電聚合物器件產(chǎn)生的一種連續(xù)性負(fù)載或者沖擊負(fù)載，使得壓電聚合物器件輸出一個(gè)電壓信號(hào)。最終通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理得出水面波波源的方位。
[0016]根據(jù)聲吶傳感器傳感器測(cè)量裝置、激光傳感器測(cè)量裝置和視覺(jué)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本專利發(fā)明了一種水面波傳感器測(cè)量裝置，極大的改善了上述三種測(cè)量裝置的不足。因此，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水面目標(biāo)物體位置的準(zhǔn)確測(cè)量。水面波傳感器測(cè)量裝置具有信號(hào)探測(cè)范圍寬、目標(biāo)信息獲取完整、精度高、速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此，水面波傳感器測(cè)量裝置在移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)檢測(cè)中的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的重視并表現(xiàn)出好的發(fā)展前景，在檢測(cè)水面目標(biāo)、目標(biāo)搜救、水面環(huán)境監(jiān)測(cè)、船舶安全航行和避碰中發(fā)揮積極的作用，提供了更加可靠的數(shù)據(jù)。此種傳感器配置方式也將成為未來(lái)水面移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航方式中重要的發(fā)展趨勢(shì)。
[0017]通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的一種水面波傳感器測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)水面目標(biāo)，目標(biāo)搜救、水面環(huán)境監(jiān)測(cè)、船舶安全航行和避碰中發(fā)揮積極的作用，提供了更加可靠的數(shù)據(jù)。
[0018]隨著移動(dòng)機(jī)器人越來(lái)越智能化，使用各種傳感器感知周圍的環(huán)境，目標(biāo)檢測(cè)、避障和水面環(huán)境檢測(cè)等的普及，需要大量的傳感器將測(cè)量和控制的非電參數(shù)，轉(zhuǎn)換成可與計(jì)算機(jī)兼容的訊號(hào)，作為他們的而輸入信號(hào)，這就給水面波傳感器的快速發(fā)展提供了機(jī)會(huì)，形成相當(dāng)可觀的水面波傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明一種水面波傳感器測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的PVDF壓電纖維的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:I漂浮圓球、2 PVDF壓電纖維、201防水絕緣薄膜、202第一電極、203金屬芯、204第二電極、205 PVDF壓電聚合物、3基座。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖以及【附圖說(shuō)明】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0023]該水面波傳感器測(cè)量裝置由一個(gè)基座3和四根懸臂梁結(jié)構(gòu)的PVDF壓電纖維2組成，PVDF壓電纖維2是一種PVDF壓電聚合物纖維，四根懸臂梁結(jié)構(gòu)的PVDF壓電纖維2均勻?qū)ΨQ的分布在基座3上，每?jī)筛鵓VDF壓電纖維2之間的夾角為90°，每一根PVDF壓電纖維2與基座3中間對(duì)稱軸的夾角為45°，與基座3的夾角為30°。每根PVDF壓電纖維2表面都涂布有一對(duì)對(duì)稱電極，對(duì)稱電極為第一電極202、第二電極204，PVDF壓電纖維表面涂布的電極和懸臂梁之間是絕緣的，以及電極(第一電極202、第二電極204)表面涂布有一層防水絕緣薄膜201，兩個(gè)電極中心線夾角為180°，且每個(gè)電極的包角為120°，一個(gè)電極作為正極，另一個(gè)電極作為負(fù)極使用;在第一電極202和第二電極204表面上包裹一層防水絕緣薄膜，避免PVDF壓電纖維2在使用過(guò)程中，由于人為因素或者非人為因素的影響而剝落，或者第一電極202和第二電極204在使用過(guò)程中與周圍介質(zhì)發(fā)生短路情況。在懸臂梁結(jié)構(gòu)的PVDF壓電纖維2自由端安裝一個(gè)超疏水性能的漂浮圓球I，使得水面波傳感器測(cè)量裝置能夠漂浮在水面上，制備好的四根PVDF壓電纖維2安裝在水面波傳感器的基座3上。將水面波傳感器測(cè)量裝置放置于在水面上，當(dāng)水面波對(duì)PVDF壓電纖維2產(chǎn)生一種連續(xù)性負(fù)載或者沖擊負(fù)載，使得PVDF壓電聚合物器件輸出一個(gè)電壓信號(hào)。由于水面波在波動(dòng)過(guò)程中，到達(dá)四根PVDF壓電纖維2的時(shí)間不同，使得當(dāng)PVDF壓電纖維2受到?jīng)_擊力時(shí)，輸出的電壓信號(hào)存在一個(gè)時(shí)間差，最終通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理得出水面波波源的方位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水面目標(biāo)的檢測(cè)，目標(biāo)搜救、水面環(huán)境監(jiān)測(cè)等。
[0024]選擇地，該裝置為一種類似水黽結(jié)構(gòu)，四根懸臂梁結(jié)構(gòu)的PVDF壓電纖維2安裝在基座3上，每根PVDF壓電纖維2都為懸臂梁結(jié)構(gòu)，一端固定在基座3上，PVDF壓電聚合物纖維表面涂布一對(duì)均勾分布的對(duì)稱電極，其中一個(gè)電極為第一電極202，另一個(gè)電極為第二電極204，壓電聚合物纖維表面涂布的電極和懸臂梁之間是絕緣的。
[0025]選擇地，該裝置的四根懸臂梁結(jié)構(gòu)PVDF壓電纖維2均勻?qū)ΨQ的分布在基座3上，每?jī)筛鵓VDF壓電纖維2之間的夾角為90°，每一根PVDF壓電纖維2與基座3中間對(duì)稱軸的夾角為45°，與基座3的夾角為30°。
[0026]選擇地，該壓電聚合物纖維表面有一組對(duì)稱電極，兩個(gè)電極中心線夾角為180°，且每個(gè)電極的包角為120°，一個(gè)電極作為正極，另一個(gè)電極作為負(fù)極使用。
[0027]選擇地，該懸臂梁結(jié)構(gòu)的PVDF壓電纖維2橫截面形狀為圓形。
[0028]選擇地，該懸臂梁結(jié)構(gòu)的PVDF纖維2是一種壓電聚合物纖維。
[0029]選擇地，該壓電聚合物纖維是由中間芯為鉬絲或者鎢絲、均勻裹附在鉬絲或者鎢絲表面上的壓電聚合物和涂布在壓電聚合物表面的電極組成。
[0030]選擇地，該壓電聚合物纖維中間的金屬芯直徑可以為0.08mm、0.09mm或者0.10mm。
[0031]選擇地，該壓電聚合物纖維表面涂布的電極包括金屬層，或?qū)щ娔z，或?qū)щ娿y漿，或炭黑，表面電極為全電極。
[0032]選擇地，該壓電聚合物纖維表面的電極為了與水不接觸，在涂布好的表面電極上安裝有防水絕緣薄膜。
[0033]選擇地，該壓電聚合物纖維在自由端未涂布電極的部分，安裝具有超疏水性能的漂浮圓球I。
[0034]本專利發(fā)明的一種水面波傳感器測(cè)量裝置如圖1所示，由漂浮圓球1、PVDF壓電纖維2和基座3組成。
[0035]圖2是PVDF壓電纖維的結(jié)構(gòu)示意圖，PVDF壓電纖維2是一種PVDF壓電聚合物纖維，由第一電極202、第二電極204、PVDF壓電聚合物205、金屬芯203和防水絕緣薄膜201組成。將制備好的PVDF壓電纖維2安裝在水面波傳感器的基座3上，最后放在水面上檢測(cè)水面目標(biāo)，目標(biāo)搜救、水面環(huán)境監(jiān)測(cè)等。物體在水面上流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生水面波。當(dāng)水面波波動(dòng)到水面波傳感器測(cè)量裝置時(shí)，會(huì)對(duì)PVDF壓電纖維2產(chǎn)生沖擊力，PVDF壓電纖維2在收到?jīng)_擊力之后，受力的一端會(huì)向不受力的一端發(fā)生彎曲變形，沖擊力越大，變形量也越大，反之越小。PVDF壓電纖維2在發(fā)生變形的時(shí)候，PVDF壓電纖維2的電極會(huì)輸出一個(gè)電壓值，變形量越大，輸出的電電壓值越大。水面波傳感器根據(jù)同一時(shí)間內(nèi)，水面波對(duì)四根PVDF壓電纖維2的沖擊力強(qiáng)弱不同，PVDF壓電纖維2的變形量也不同，輸出的電壓信號(hào)強(qiáng)弱也就不同，并根據(jù)這一性質(zhì)判斷水面波的波源，從而檢測(cè)出水面目標(biāo)的具體位置。
[0036]水面波傳感器測(cè)量裝置在檢測(cè)水面目標(biāo)之前需要將每根PVDF壓電纖維2上的兩個(gè)電極(第一電極202、第二電極204)用金屬引線鏈接到電荷放大器的輸入端，將電荷放大器的輸出端和數(shù)據(jù)采集卡連接上，再將數(shù)據(jù)采集卡連接到電腦上。通過(guò)水面波傳感器檢測(cè)水面目標(biāo)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可得出水面目標(biāo)的具體位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水面波傳感器測(cè)量裝置，其特征在于:包括漂浮圓球(I)、四根PVDF壓電纖維(2 )、基座(3 )，所述四根PVDF壓電纖維(2)均勻?qū)ΨQ分布安裝在基座(3)上;所述PVDF壓電纖維(2)表面涂布有一對(duì)均勾分布的對(duì)稱電極，其中一個(gè)電極為第一電極(202)，另一個(gè)為第二電極(204);所述漂浮圓球(I)安裝于PVDF壓電纖維(2)自由端未涂布第一電極(202)、第二電極(204)的部分。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面波傳感器測(cè)量裝置，其特征在于:所述每?jī)筛鵓VDF壓電纖維(2)之間的夾角為90°，每一根PVDF壓電纖維(2)與基座(3)中間對(duì)稱軸的夾角為45°，與基座(3)的夾角為30°。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面波傳感器測(cè)量裝置，其特征在于:所述第一電極(202)的中心線和第二電極(204)的中心線夾角為180°，第一電極(202)和第二電極(204)的包角均為120°，第一電極(202)和第二電極(204)中一個(gè)電極作為正極，另一個(gè)電極作為負(fù)極。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面波傳感器測(cè)量裝置，其特征在于:所述PVDF壓電纖維(2)橫截面形狀為圓形。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面波傳感器測(cè)量裝置，其特征在于:所述PVDF壓電纖維(2)是一種PVDF壓電聚合物纖維，PVDF壓電纖維(2)由第一電極(202)、第二電極(204)、PVDF壓電聚合物(205)、金屬芯(203)和防水絕緣薄膜(201)組成;所述PVDF壓電聚合物(205)均勻裹附于金屬芯(203)上，第一電極(202)、第二電極(204)均勻?qū)ΨQ分布涂布于PVDF壓電聚合物(205)上，防水絕緣薄膜(201)包裹于第一電極(202)、第二電極(204)上。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水面波傳感器測(cè)量裝置，其特征在于:所述金屬芯(203)為鉬絲或者媽絲。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水面波傳感器測(cè)量裝置，其特征在于:所述金屬芯(203)的直徑為0.08mm、0.09mm 或者 0.1 Omnin8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面波傳感器測(cè)量裝置，其特征在于:所述第一電極(202)、第二電極(204)包括金屬層或?qū)щ娔z或?qū)щ娿y漿或炭黑，表面電極為全電極。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面波傳感器測(cè)量裝置，其特征在于:所述第一電極(202)、第二電極(204)上包裹一層防水絕緣薄膜(201)。
【文檔編號(hào)】G01H11/08GK105841801SQ201610267427
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】邊義祥, 黃慧宇, 靳宏, 戴隆超, 王昌龍
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州大學(xué)