MEAS壓電電纜1005801-1傳感器呼吸睡眠監(jiān)測(cè)

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(cè)/拾音器/交通入侵,壓電電纜開(kāi)關(guān)用于存在/占有率檢測(cè),壓電電纜做為接觸式傳聲器用于生命特征監(jiān)測(cè)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(guò)其它傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是感測(cè)沖擊或振動(dòng),范圍從地表振動(dòng)造成的微弱壓力信號(hào)到高速重型卡車(chē)軸的沖擊.線性動(dòng)態(tài)范圍超過(guò) 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(duì)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(dòng)臺(tái)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(méi)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(dòng)態(tài)范圍約 130dB.對(duì)這樣簡(jiǎn)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(guò)其它傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是感測(cè)沖擊或振動(dòng),范圍從地表振動(dòng)造成的微弱壓力信號(hào)到高速重型卡車(chē)軸的沖擊.線性動(dòng)態(tài)范圍超過(guò) 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(duì)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(dòng)臺(tái)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(méi)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(dòng)態(tài)范圍約 130dB.對(duì)這樣簡(jiǎn)單的傳感器結(jié)構(gòu)是相當(dāng)不同尋常的.

壓電電纜開(kāi)關(guān)的主要應(yīng)用是檢測(cè)存在狀態(tài),可用其作成墊子,用于檢測(cè)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(mén)和卷簾門(mén)的安全防護(hù),用于自動(dòng)化設(shè)備的緩沖開(kāi)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(dòng)信號(hào)的檢測(cè)變的容易.特別是,由人體(來(lái)自血液循環(huán),肌肉顫抖和微觀運(yùn)動(dòng))所產(chǎn)生的擬隨機(jī)信號(hào)可通過(guò)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(hào)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(hào). 見(jiàn)下圖：

同樣,汽車(chē)座位上人的存在也可以由座位內(nèi)置的壓電電纜墊來(lái)檢測(cè).圖 6 中上面的曲線顯示參照加速度計(jì)(拾取車(chē)輛底盤(pán)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)),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(hào)事實(shí)上不相關(guān),墊子上的信號(hào)顯示出顯著而穩(wěn)定的低頻分量.很清楚,人體本身的信號(hào)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(huì)有很顯著的變化,例如,如果乘客睡著了.在這種清況下,無(wú)論如何有無(wú)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(dòng)信號(hào)都可檢測(cè)到,而另一方面又能抑制距傳感器鄰近車(chē)道車(chē)流產(chǎn)生的振動(dòng). 對(duì)交

生命特征監(jiān)測(cè) (床墊呼吸睡眠監(jiān)測(cè))

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(cè)脈博,呼吸和粗略的人體運(yùn)動(dòng).

令人滿意的呼吸探測(cè)需要一個(gè)有足夠長(zhǎng)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(guò)程經(jīng)歷超過(guò)一秒,因而電路應(yīng)有一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù).但是,在實(shí)際應(yīng)用中,采用很長(zhǎng)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(guò)程后系統(tǒng)要很長(zhǎng)時(shí)間才能穩(wěn)定,由于對(duì)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(duì)溫度變化的開(kāi)路靈敏度卻是很高的,延長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間常數(shù)會(huì)暴露這個(gè)問(wèn)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(hào).傳感墊包括一條一米長(zhǎng)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(cè)呼吸信號(hào),對(duì)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(hào)之間的相對(duì)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(hào)顯示較小的相對(duì)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(zhǎng)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(tīng)音器.根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥狼闆r,通?？稍?50 米范圍內(nèi)探測(cè)人的步行.對(duì)輪式或履帶式車(chē)輛也可以用信號(hào)處理分辨出來(lái).

根據(jù)各探測(cè)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(zhǎng)度具有相同的靈敏度(采用電壓放大器時(shí)電纜長(zhǎng)時(shí)與短電纜比較開(kāi)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(lái)的信號(hào)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(cè)范圍.圖 9 顯示一個(gè)設(shè)計(jì)用于直埋的商用探測(cè)/發(fā)射器的例子.

包括探測(cè)和 RF 發(fā)射組件

圖 10 所示曲線來(lái)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(mén),然后走回來(lái).開(kāi)始和后來(lái)的腳步信號(hào)可清楚的看到.可以清楚的看到關(guān)門(mén)(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(zhǎng)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(duì)幅值和頻率特性清楚地探測(cè)到(見(jiàn)圖 12,注意 X 和 Y軸的比例與圖 11 不同).

包括探測(cè)和 RF 發(fā)射組件

圖 10 所示曲線來(lái)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(mén),然后走回來(lái).開(kāi)始和后來(lái)的腳步信號(hào)可清楚的看到.可以清楚的看到關(guān)門(mén)(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(zhǎng)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(duì)幅值和頻率特性清楚地探測(cè)到(見(jiàn)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(tīng)攀爬或切割的聲音.安裝的一個(gè)例子見(jiàn)圖

一個(gè)在剛性籬笆上的碰撞力典型信號(hào)見(jiàn)圖 14.電纜用繩子每隔 0.3 米拴在在籬笆上.信號(hào)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(jiàn)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(duì)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(hào)除外.由于這個(gè)原因,高靈敏度,良好的線性,和寬動(dòng)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(hào)中提煉出來(lái)。