PVDF薄膜的優(yōu)點(diǎn)與PVDF傳感器和WSN的振動信號測量系統(tǒng)的介紹

　　由于PVDF薄膜能夠方便、快捷、精確地測量彈性體的形變，因而在聲學(xué)及振動測量方面具有較高的應(yīng)用價值，其應(yīng)用范圍涉及工程、科研及醫(yī)療等領(lǐng)域。例如，可安裝在梁體、殼體等結(jié)構(gòu)的表面，作為聲學(xué)及振動傳感器，或用于識別梁體、殼體等結(jié)構(gòu)的表面損傷；可以安裝在輪胎內(nèi)側(cè)胎面，用于測量車輛行駛過程中胎面與路面的摩擦力，為車輛防抱死系統(tǒng)（ABS）及車輛穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）提供實(shí)時的路面信息；可以貼附在人體皮膚表面，用于測量肌肉及血管的運(yùn)動；還可以安裝在路面上，用于高速公路收費(fèi)處的車輛稱重。

　　當(dāng)被測數(shù)據(jù)點(diǎn)較多需要采用傳感器陣列（如大型建筑物或復(fù)雜結(jié)構(gòu)）、或傳感器距離監(jiān)控系統(tǒng)較遠(yuǎn)（例如遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控及診斷）時，傳感器的輸出信號不能直接連接到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端口。此時，可借助無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。本文針對上述應(yīng)用領(lǐng)域，研制了基于無線傳輸?shù)腜VDF傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而為大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)中振動傳感器陣列的多點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時采集和傳輸提供了高效、可靠的解決方案。

　1硬件構(gòu)成

　　基于PVDF壓電薄膜傳感器和無線傳輸?shù)恼駝有盘枩y量系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖1所示。

　　圖1 振動信號測量系統(tǒng)硬件構(gòu)成

　　整個系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置包括振動信號測量模塊和主控單元，前者集成了振動信號調(diào)理電路、AVR微處理器（ATmega 8A）以及nRF24L01無線收發(fā)模塊，用于采集來自PVDF傳感器的振動信號以及實(shí)現(xiàn)信號調(diào)理和無線傳輸功能；后者主要包括Cortex-M3微控制器（STM32F107VCT6）、SD卡和無線收發(fā)模塊，用于接收并存儲來自各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。PVDF傳感器貼附在被測的彈性體表面，如圖2所示。

　　圖2 振動信號測量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置