大家好，我是【廣州工控傳感★科技】MEAS壓電電纜1005801-1傳感器事業(yè)部，張工。

MEAS壓電電纜1005801-1的主要應(yīng)用是睡眠監(jiān)測/拾音器/交通入侵,壓電電纜開關(guān)用于存在/占有率檢測,壓電電纜做為接觸式傳聲器用于生命特征監(jiān)測及周界安全等方面,在一般情況下,產(chǎn)品都是根據(jù)客戶的具體要求設(shè)計(jì).

特點(diǎn)

壓電電纜超過其它傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是感測沖擊或振動,范圍從地表振動造成的微弱壓力信號到高速重型卡車軸的沖擊.線性動態(tài)范圍超過 80dB 如圖 1 和圖 2 所示.前者表示電纜在所加力的 4 倍頻程范圍內(nèi)的靈敏度穩(wěn)定性,后者表示對同樣的數(shù)據(jù)實(shí)際的電荷輸出值.在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,是用電磁振動臺加力的.

實(shí)驗(yàn)達(dá)到了 50N/mm(采用跌落質(zhì)量塊沖擊)的水平.在這個(gè)水平上,電纜沒有失效,但產(chǎn)生了芯線和編織層的非彈性變形.這個(gè)結(jié)果表明整個(gè)工作動態(tài)范圍約 130dB.對這樣簡單的傳感器結(jié)構(gòu)是相當(dāng)不同尋常的.

特點(diǎn)

壓電電纜超過其它傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是感測沖擊或振動,范圍從地表振動造成的微弱壓力信號到高速重型卡車軸的沖擊.線性動態(tài)范圍超過 80dB 如圖 1 和圖 2 所示.前者表示電纜在所加力的 4 倍頻程范圍內(nèi)的靈敏度穩(wěn)定性,后者表示對同樣的數(shù)據(jù)實(shí)際的電荷輸出值.在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,是用電磁振動臺加力的.

實(shí)驗(yàn)達(dá)到了 50N/mm(采用跌落質(zhì)量塊沖擊)的水平.在這個(gè)水平上,電纜沒有失效,但產(chǎn)生了芯線和編織層的非彈性變形.這個(gè)結(jié)果表明整個(gè)工作動態(tài)范圍約 130dB.對這樣簡單的傳感器結(jié)構(gòu)是相當(dāng)不同尋常的.

壓電電纜開關(guān)的主要應(yīng)用是檢測存在狀態(tài),可用其作成墊子,用于檢測重要位置如出入口人的出入,工廠內(nèi)有機(jī)器的地方保護(hù)工人安全如操作區(qū)安全,或保安系統(tǒng)的侵入,門和卷簾門的安全防護(hù),用于自動化設(shè)備的緩沖開關(guān)以保護(hù)工人和設(shè)備,物流系統(tǒng)的計(jì)數(shù)或物品的存在,斑馬線人流綠燈變換等.

存在/占有率感應(yīng)

壓電電纜的高靈敏度使低電平振動信號的檢測變的容易.特別是,由人體(來自血液循環(huán),肌肉顫抖和微觀運(yùn)動)所產(chǎn)生的擬隨機(jī)信號可通過腳傳到裝有壓電電纜的”墊子”上. 當(dāng)一個(gè)人踏上這個(gè)墊子時(shí),初始產(chǎn)生的傳輸信號幅度可能有幾伏,接著是從 1 到 100Hz穩(wěn)定分量的連續(xù)信號. 見下圖：

同樣,汽車座位上人的存在也可以由座位內(nèi)置的壓電電纜墊來檢測.圖 6 中上面的曲線顯示參照加速度計(jì)(拾取車輛底盤產(chǎn)生的振動信號),同時(shí)下面的曲線顯示小孩作為乘客在座位上壓電電纜墊產(chǎn)生的電荷輸出.兩個(gè)信號事實(shí)上不相關(guān),墊子上的信號顯示出顯著而穩(wěn)定的低頻分量.很清楚,人體本身的信號將表現(xiàn)出變化的特性,取決于個(gè)體的生理和氣質(zhì),可能會有很顯著的變化,例如,如果乘客睡著了.在這種清況下,無論如何有無生命載荷的鑒別是不可能的,但是載荷的存在或不存在仍然是可以準(zhǔn)確確定的.

的振動信號都可檢測到,而另一方面又能抑制距傳感器鄰近車道車流產(chǎn)生的振動. 對交

生命特征監(jiān)測 (床墊呼吸睡眠監(jiān)測)

由”存在/占有率感應(yīng)”中的原理推論,可以將在軟橡膠封裝中嵌入壓電電纜的傳感墊置于墊子上/墊子中或墊子下探測脈博,呼吸和粗略的人體運(yùn)動.

令人滿意的呼吸探測需要一個(gè)有足夠長時(shí)間常數(shù)(或等效低頻響應(yīng))的前置放大器或監(jiān)控電路.吸入過程經(jīng)歷超過一秒,因而電路應(yīng)有一個(gè)很長的時(shí)間常數(shù).但是,在實(shí)際應(yīng)用中,采用很長的時(shí)間常數(shù)有很多缺點(diǎn):通電后或很高幅度的非穩(wěn)態(tài)過程后系統(tǒng)要很長時(shí)間才能穩(wěn)定,由于對壓電電纜慢加熱或冷卻產(chǎn)生的熱效應(yīng)通常是看不到的,但相對溫度變化的開路靈敏度卻是很高的,延長的測量時(shí)間常數(shù)會暴露這個(gè)問題.

下圖(圖 7 和 8)顯示一個(gè)先放在泡沫墊(約 90mm 厚)上,然后再放入墊內(nèi)和水泥地面的地毯下的信號.傳感墊包括一條一米長的壓電電纜,由”W”形模壓的 5mm 厚橡膠片支

撐,300mm 方形.0.2Hz(10%標(biāo)稱增益)的低頻電荷放大器可有效的探測呼吸信號,對象是 70 公斤體重的成年男性.

兩條曲線的比較顯示呼吸和脈博信號之間的相對平衡是由傳感墊的位置改變的,當(dāng)傳感墊放在墊子下時(shí),呼吸信號顯示較小的相對幅度.但在兩種情況下,呼吸和脈博都可以情楚的看到.

埋置電纜用于周界安全

將長電纜埋在土或沙的淺表層做分布式地下麥克風(fēng)或地下聽音器.根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥狼闆r,通?？稍?50 米范圍內(nèi)探測人的步行.對輪式或履帶式車輛也可以用信號處理分辨出來.

根據(jù)各探測區(qū)的要求,可配置 25 米到 1000 米的電纜.前置放大器的使用使不定的,變化的電纜長度具有相同的靈敏度(采用電壓放大器時(shí)電纜長時(shí)與短電纜比較開路靈敏度較低).通常,將一個(gè)接口和 RF 發(fā)射器與傳感電纜一道埋入地下,這樣從傳感器來的信號就可以隱蔽地傳到一個(gè)基站.

直接將電纜埋入地表下幾厘米.,在困難條件下要快速安裝通常是不可能的如在預(yù)先準(zhǔn)備的導(dǎo)管內(nèi)安裝.系統(tǒng)特性明顯的取決于地表下的聲傳輸特性,但我們發(fā)現(xiàn)甚至干燥的沙土也能得到滿意的探測范圍.圖 9 顯示一個(gè)設(shè)計(jì)用于直埋的商用探測/發(fā)射器的例子.

包括探測和 RF 發(fā)射組件

圖 10 所示曲線來自埋在一個(gè)家庭草坪邊緣的壓電電纜,一個(gè)孩子從靠近傳感器的地方走到幾米以外,關(guān)上一個(gè)木門,然后走回來.開始和后來的腳步信號可清楚的看到.可以清楚的看到關(guān)門(在曲線中部)的地面響應(yīng)比腳步聲含有更高的頻率分量.(圖 11)顯示海浪在卵石沙灘上破碎成浪花的(聲音),用 25 米長壓電電纜埋在高水線以上一定距離.碎石的噪聲在 0 到 20Hz 區(qū)段產(chǎn)生了一個(gè)高頻譜能.盡管有這個(gè)連續(xù)的低頻”背景”,

一個(gè)單個(gè)腳步聲仍然可以從其相對幅值和頻率特性清楚地探測到(見圖 12,注意 X 和 Y軸的比例與圖 11 不同).

包括探測和 RF 發(fā)射組件

圖 10 所示曲線來自埋在一個(gè)家庭草坪邊緣的壓電電纜,一個(gè)孩子從靠近傳感器的地方走到幾米以外,關(guān)上一個(gè)木門,然后走回來.開始和后來的腳步信號可清楚的看到.可以清楚的看到關(guān)門(在曲線中部)的地面響應(yīng)比腳步聲含有更高的頻率分量.(圖 11)顯示海浪在卵石沙灘上破碎成浪花的(聲音),用 25 米長壓電電纜埋在高水線以上一定距離.碎石的噪聲在 0 到 20Hz 區(qū)段產(chǎn)生了一個(gè)高頻譜能.盡管有這個(gè)連續(xù)的低頻”背景”,

一個(gè)單個(gè)腳步聲仍然可以從其相對幅值和頻率特性清楚地探測到(見圖 12,注意 X 和 Y軸的比例與圖 11 不同).

安裝在籬笆上的周界安全電纜

壓電電纜可固定在各種籬笆上,作為分布式接觸麥克風(fēng)聽攀爬或切割的聲音.安裝的一個(gè)例子見圖

一個(gè)在剛性籬笆上的碰撞力典型信號見圖 14.電纜用繩子每隔 0.3 米拴在在籬笆上.信號的頻率域分析顯示在低頻(低于 2kHz)段有若干諧振點(diǎn),但較大的能量也延伸至 10

kHz,見圖 15.

裝在籬笆上的麥克風(fēng)傳感系統(tǒng)包括埋置安裝的系統(tǒng),對一定范圍內(nèi)自然環(huán)境的激勵(lì)是敏感的,某些特殊信號除外.由于這個(gè)原因,高靈敏度,良好的線性,和寬動態(tài)范圍是其最大的優(yōu)點(diǎn),因而大量有用信息可從原始信號中提煉出來。