壓電薄膜報警設備的製作方法
2023-10-06 17:55:39
專利名稱：壓電薄膜報警設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及通信領域，特別涉及一種壓電薄膜報警設備。
背景技術：
目前，利用壓電薄膜可以產生電荷的原理，已經生產出了通過壓電薄膜來實現的傳感器。壓電薄膜傳感器可以對外界的按壓、振動等壓力進行感應。但是，目前的壓電薄膜傳感器只能用來感知壓力大小，並不能基於壓力大小給出用戶需要的信息，例如報警信息。
實用新型內容本實用新型提供了一種壓電薄膜報警設備，用以解決現有技術中的壓電薄膜傳感器不能基於壓力大小給出報警信息的問題。一種壓電薄膜報警設備，包括壓電薄膜傳感器、壓電信號比較器和報警器，其中，所述壓電薄膜傳感器包括第一電極，第二電極以及位於所述第一電極和所述第二電極之間的壓電薄膜；所述壓電信號比較器的輸入端與所述壓電薄膜傳感器的第一電極和第二電極分別相連，所述壓電信號比較器的輸出端與所述報警器相連。可選地，所述第一電極、第二電極以及所述壓電薄膜為透明材料。可選地，所述壓電薄膜包括第一高分子聚合物薄膜，以及與所述第一高分子聚合物薄膜層疊設置的第二高分子聚合物薄膜。可選地，所述第一高分子聚合物薄膜的第一側面與所述第一電極相接觸，所述第一高分子聚合物薄膜的第二側面與所述第二高分子聚合物薄膜相接觸；所述第二高分子聚合物薄膜的第一側面與所述第二電極相接觸，所述第二高分子聚合物薄膜的第二側面與所述第一高分子聚合物薄膜相接觸，其中，所述第一高分子聚合物薄膜的第二側面與所述第二高分子聚合物薄膜的第二側面上設置有凹凸結構。可選地，所述第一高分子聚合物薄膜以及所述第二高分子聚合物薄膜的材質分別選自聚醯亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚醯胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維再生海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜中的一種，且所述第一高分子聚合物薄膜與所述第二高分子聚合物薄膜的材質不同。可選地，所述壓電薄膜為壓電駐極體薄膜。可選地，所述壓電駐極體薄膜選自如下聚合物組中的一種或幾種聚偏氟乙烯PVDF、氟化乙丙稀共聚物FEP、可溶性聚四氟乙烯PFA、聚三氟氯乙烯PCTFE、聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚酞亞胺PI和聚對苯二甲酸乙二酯PET。[0011]可選地，所述壓電駐極體薄膜包括具有凹坑的第一聚合物膜層，結合在第一聚合物膜層的具有凹坑的表面上的至少一個第二聚合物膜層，在第一聚合物膜層與第二聚合物膜層之間形成的空腔，以及通過極化形成的分布於空腔表面的相反電荷。可選地，所述壓電駐極體薄膜包括具有納米線孔的第一聚合物膜層，結合在第一聚合物膜層的具有納米線孔的表面上的至少一個第二聚合物膜層，在第一聚合物膜層與第二聚合物膜層之間形成的空腔，以及通過極化形成的分布於空腔表面的相反電荷。可選地，所述壓電信號比較器包括與所述壓電薄膜傳感器相連的放大電路，與所述放大電路相連的濾波電路，與所述濾波電路相連的模數轉換電路，以及與所述模數轉換電路相連的閾值比較電路，所述閾值比較電路還與所述報警器相連。可選地，進一步包括絕緣層，所述絕緣層位於所述壓電駐極體薄膜和所述第一電極之間，或者，所述絕緣層位於所述壓電駐極體薄膜和所述第二電極之間。本實用新型實施例中，將壓電薄膜傳感器連接到壓電信號比較器，由壓電信號比較器對壓電信號進行分析處理，並根據分析處理的結果通知報警器產生報警信號。本實用新型實施例中的壓電薄膜報警設備能夠基於壓力大小給出用戶需要的報警信息。
圖1為本實用新型實施例提供的壓電薄膜報警設備的結構示意圖；圖2為本實用新型提供的壓電薄膜報警設備中的壓電信號比較器的結構示意圖。
具體實施方式
為充分了解本實用新型之目的、特徵及功效，藉由下述具體的實施方式，對本實用新型做詳細說明，但本實用新型並不僅僅限於此。本實用新型提供了一種壓電薄膜報警設備，用以解決現有技術中的壓電薄膜傳感器不能基於壓力大小給出報警信息的問題。本實用新型提供的壓電薄膜報警設備，如圖1所示，包括壓電薄膜傳感器1、壓電信號比較器2和報警器3，其中，所述壓電薄膜傳感器I包括第一電極11，第二電極12以及位於所述第一電極和所述第二電極之間的壓電薄膜10 ;所述壓電信號比較器2的輸入端與所述壓電薄膜傳感器I的第一電極11和第二電極12分別相連，所述壓電信號比較器2的輸出端與所述報警器3相連。在本實施例的壓電薄膜報警設備中，當壓電薄膜傳感器I受到外力振動或按壓時，由於壓電薄膜10的壓電效應,會在第一電極11和第二電極12之間產生電勢差即電壓。壓電信號比較器2接收該電壓，並對該電壓進行一定的處理，將處理後的電壓信號與預先設置的報警閾值進行比較，如果處理後的電壓信號高於預先設置的報警閾值，則會觸發報警器產生報警信號，以達到提示用戶的目的。具體地，本實施例的壓電薄膜報警設備可以應用於許多場合，例如，可以安裝在被測對象(人或物)上，以測量被測對象受到的壓力大小。例如，可以安裝在承重力在一定範圍內的產品上，當外界的壓力超出預定範圍時，可能導致產品損壞，通過該壓電薄膜報警設備可以有效避免該產品受到過大的壓力，從而延長產品的使用壽命。另外，還可以安裝在重要產品的表面，這些重要產品平時禁止旁人觸摸，例如，可以安裝在陳列文物的櫥窗表面，當有人觸摸該櫥窗時，壓電薄膜報警設備就會產生報警信號，從而避免了櫥窗內文物的損壞或丟失。優選地，可以將本實施例中的壓電薄膜傳感器製作為透明的，即第一電極、第二電極以及壓電薄膜都採用透明材質製作。這樣，當安裝在產品表面時既不易於察覺也不影響美觀，而且，還可以保持產品原有的外觀和可視性。而且，本實施例中的壓電薄膜傳感器通常為柔性的，即第一電極、第二電極以及壓電薄膜都採用柔性材質製作，這樣，該壓電薄膜傳感器的可塑性更好，能夠更好地適應產品的形狀。當本實施例中壓電薄膜傳感器不需要特別製作成全透明時，所述第一電極和第二電極為金屬薄膜，所述金屬薄膜選自金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒或其合金中的任意一種。當本實施例中壓電薄膜傳感器需要特別製作成全透明時，所述第一電極和第二電極為納米銦錫(ITO)金屬氧化物導電薄膜等。下面通過幾個具體例子詳細介紹一下本實施例的壓電薄膜傳感器中壓電薄膜的實現方式。首先，本實施例的壓電薄膜傳感器中壓電薄膜可以利用壓電材料的壓電效應實現。具體地，該壓電薄膜10可以由第一高分子聚合物薄膜以及與所述第一高分子聚合物薄膜層疊設置的第二高分子聚合物薄膜構成。其中，所述第一高分子聚合物薄膜包括與所述第一電極相接觸的第一側面，以及與所述第二高分子聚合物薄膜相接觸的第二側面；所述第二高分子聚合物薄膜包括與所述第二電極相接觸的第一側面，以及與所述第一高分子聚合物薄膜相接觸的第二側面，其中，所述第一高分子聚合物薄膜的第二側面與所述第二高分子聚合物薄膜的第二側面上設置有凹凸結構，例如微納凹凸結構。該微納凹凸結構為納米級至微米級的凹凸結構，其形狀可以為任意有規則的形狀，如條紋狀、立方體型、四稜錐型或圓柱形。這樣，當該壓電薄膜傳感器受到振動或摩擦時，第一高分子聚合物薄膜和第二高分子聚合物薄膜將產生壓電效應，從而在第一電極和第二電極之間形成電勢差，凹凸結構的存在將加大該壓電效應，從而提高傳感器的靈敏度。上述兩種壓電材料構成的壓電薄膜中的高分子聚合物薄膜可以選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基矽氧烷、聚醯亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚醯胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維再生海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜、聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜，聚偏氟乙烯中的任意一種。其次，本實施例的壓電薄膜傳感器中壓電薄膜還可以通過壓電駐極體薄膜實現，通過駐極體的使用可以進一步提高壓電薄膜所產生的電荷強度，從而提高傳感器的靈敏度。其中，常見的電介質在外電場作用下發生極化，當去除外電場，電介質的極化現象也隨之消失。駐極體是具有長久電荷的電介質，它的電荷可以是因極化而被「凍結」的極化電荷，也可以是陷入表面或體內「陷阱」中的正、負電荷，與鋼棒經磁化後具有剩磁成為永磁體類似，人們也把具有長久保留電荷的電介質叫永電體，習慣上稱為駐極體。具體地，該壓電駐極體薄膜包括具有凹坑的第一聚合物膜層，結合在第一聚合物膜層的具有凹坑的表面上的至少一個第二聚合物膜層，在第一聚合物膜層與第二聚合物膜層之間形成的空腔，以及通過極化形成的分布於空腔表面的相反電荷；其中凹坑的形成是通過將聚合物溶液塗覆在具有凸起的模板上實現的。其中，空腔的長度或寬度大於等於I微米小於10微米，深度為大於O. 5微米小於10微米，空腔間距為O. 5到5微米。或者，所述壓電駐極體薄膜包括具有納米線孔的第一聚合物膜層，結合在至少一個第一聚合物膜層的具有納米線孔的表面上的第二聚合物膜層，在第一聚合物膜層與第二聚合物膜層之間形成的空腔，以及通過極化形成的分布於空腔表面的相反電荷；其中納米線孔的形成是通過將聚合物溶液塗覆在具有納米線的模板上實現的。上述兩種壓電駐極體薄膜中的第一聚合物膜層和第二聚合物膜層的材質相同，例如，可選自如下聚合物組中的一種或幾種聚四氟乙烯(PTFE)聚偏氟乙烯(PVDF)、氟化乙丙稀共聚物(FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酞亞胺(PI)和/或聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。可選地，為了防止電子在壓電薄膜傳感器的內部發生中和，還可以在壓電駐極體薄膜和第一電極之間設置一絕緣層，或者，在壓電駐極體薄膜和第二電極之間設置一絕緣層，從而進一步增強壓電效應。其中，絕緣層的材質可從常用的絕緣體中選擇。下面詳細介紹一下本實施例的壓電薄膜報警設備中的壓電信號比較器的結構，如圖2所示，該壓電信號比較器具體包括與所述壓電薄膜傳感器的第一電極和第二電極分別相連的放大電路21，與所述放大電路21相連的濾波電路22，與所述濾波電路相連的模數轉換電路23，以及與所述模數轉換電路23相連的閾值比較電路24，所述閾值比較電路24還與所述報警器3相連。其中，放大電路21主要用於對壓電薄膜傳感器的第一電極和第二電極之間輸出的電信號進行放大，以便於後續處理。濾波電路22主要用於對放大電路21放大後的電信號進行濾波，由於電信號中存在很多不同的頻率分量，因此，需要將不需要的頻率分量濾除，只保留需要的頻率分量，該濾波電路22可以採用帶通濾波器實現。模數轉換電路23主要用於將濾波電路22濾波後的模擬電信號轉換為數字電信號。閾值比較電路24用於將模數轉換電路23轉換後的數字電信號與預先存儲的報警閾值進行比較，當該數字電信號高於報警閾值時，觸發報警器報警。報警器報警的持續時間可通過閾值比較電路24進行控制，例如，可持續30秒。本實用新型實施例中，將壓電薄膜傳感器連接到壓電信號比較器，由壓電信號比較器對壓電信號進行分析處理，並根據分析處理的結果通知報警器產生報警信號。本實用新型實施例中的壓電薄膜報警設備能夠基於壓力大小給出用戶需要的報警信息。本領域技術人員可以理解，雖然上述說明中，為便於理解，對方法的步驟採用了順序性描述，但是應當指出，對於上述步驟的順序並不作嚴格限制。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，該程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中，如R0M/RAM、磁碟、光碟等。還可以理解的是，附圖或實施例中所示的裝置結構僅僅是示意性的，表示邏輯結構。其中作為分離部件顯示的模塊可能是或者可能不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可能是或者可能不是物理模塊。顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求1.一種壓電薄膜報警設備，其特徵在於，包括壓電薄膜傳感器、壓電信號比較器和報警器，其中， 所述壓電薄膜傳感器包括第一電極，第二電極以及位於所述第一電極和所述第二電極之間的壓電薄膜； 所述壓電信號比較器的輸入端與所述壓電薄膜傳感器的第一電極和第二電極分別相連，所述壓電信號比較器的輸出端與所述報警器相連。
2.如權利要求1所述的壓電薄膜報警設備，其特徵在於，所述第一電極、第二電極以及所述壓電薄膜為透明材料。
3.如權利要求1或2所述的壓電薄膜報警設備，其特徵在於，所述壓電薄膜包括 第一高分子聚合物薄膜，以及與所述第一高分子聚合物薄膜層疊設置的第二高分子聚合物薄膜。
4.如權利要求3所述的壓電薄膜報警設備，其特徵在於，所述第一高分子聚合物薄膜的第一側面與所述第一電極相接觸，所述第一高分子聚合物薄膜的第二側面與所述第二高分子聚合物薄膜相接觸；所述第二高分子聚合物薄膜的第一側面與所述第二電極相接觸，所述第二高分子聚合物薄膜的第二側面與所述第一高分子聚合物薄膜相接觸； 其中，所述第一高分子聚合物薄膜的第二側面與所述第二高分子聚合物薄膜的第二側面上設置有凹凸結構。
5.如權利要求3所述的壓電薄膜報警設備，其特徵在於，所述第一高分子聚合物薄膜以及所述第二高分子聚合物薄膜的材質分別選自聚醯亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚醯胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維再生海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜中的一種，且所述第一高分子聚合物薄膜與所述第二高分子聚合物薄膜的材質不同。
6.如權利要求1或2所述的壓電薄膜報警設備，其特徵在於，所述壓電薄膜為壓電駐極體薄膜。
7.如權利要求6所述的壓電薄膜報警設備，其特徵在於，所述壓電駐極體薄膜選自如下聚合物組中的一種或幾種聚偏氟乙烯PVDF、氟化乙丙稀共聚物FEP、可溶性聚四氟乙烯PFA、聚三氟氯乙烯PCTFE、聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚酞亞胺PI和聚對苯二甲酸乙二酯PET。
8.如權利要求6所述的壓電薄膜報警設備，其特徵在於，所述壓電駐極體薄膜包括具有凹坑的第一聚合物膜層，結合在第一聚合物膜層的具有凹坑的表面上的至少一個第二聚合物膜層，在第一聚合物膜層與第二聚合物膜層之間形成的空腔，以及通過極化形成的分布於空腔表面的相反電荷。
9.如權利要求6所述的壓電薄膜報警設備，其特徵在於，所述壓電駐極體薄膜包括具有納米線孔的第一聚合物膜層，結合在第一聚合物膜層的具有納米線孔的表面上的至少一個第二聚合物膜層，在第一聚合物膜層與第二聚合物膜層之間形成的空腔，以及通過極化形成的分布於空腔表面的相反電荷。
10.如權利要求1所述的壓電薄膜報警設備，其特徵在於，所述壓電信號比較器包括 與所述壓電薄膜傳感器相連的放大電路，與所述放大電路相連的濾波電路，與所述濾波電路相連的模數轉換電路，以及與所述模數轉換電路相連的閾值比較電路，所述閾值比較電路還與所述報警器相連。
11.如權利要求6所述的壓電薄膜報警設備，其特徵在於，進一步包括絕緣層，所述絕緣層位於所述壓電駐極體薄膜和所述第一電極之間，或者，所述絕緣層位於所述壓電駐極體薄膜和所述第二電極之間。
專利摘要本實用新型公開了一種壓電薄膜報警設備，用以解決現有技術中的壓電薄膜傳感器不能基於壓力大小給出報警信息的問題。該壓電薄膜報警設備包括壓電薄膜傳感器、壓電信號比較器和報警器，其中，所述壓電薄膜傳感器包括第一電極，第二電極以及位於所述第一電極和所述第二電極之間的壓電薄膜；所述壓電信號比較器的輸入端與所述壓電薄膜傳感器的第一電極和第二電極分別相連，所述壓電信號比較器的輸出端與所述報警器相連。
文檔編號G08B13/02GK202871002SQ20122054035
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者王卓, 陳鋒, 劉軍鋒 申請人:納米新能源(唐山)有限責任公司