一種自驅動陣列式振動傳感器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自驅動陣列式振動傳感器及其制備方法，在設備運行監測、過程控制和安全等領域具有廣泛的應用前景。
【背景技術】
[0002]振動是存在于我們生活中的最普遍現象之一，一般由機械擾動產生，具有很多來源，例如:風、聲音、引擎等。此外，在工業設備中產生的振動可以作為一個非常有用的機械參量來有效的監測設備運行和在設備出現問題的早期探測出機械故障。作為維護系統之一的設備的振動監測已經引起了極大的關注，主要由于這種監測具有的一些潛在優勢，例如:減少連帶損傷、增加設備的可使用性、最少的干擾生產活動以及確保設備的安全運行等。
[0003]探測振動是一種監測設備運行、安全預警和預測自然災害的重要的傳感技術。目前的振動傳感器按原理有:壓電式振動傳感器(Nano Energy, 2012, I, 418.)、壓阻式振動傳感器、光學振動傳感器(Optics & Laser Technology, 2007, 39, 1537.)和電容式振動傳感器等。按實現方式可分為直接式和間接式。直接式一個很好的例子是光學振動傳感器。很多直接的方法只能存在于實驗室中，主要是因為它的實際應用的一些限制，像不易實現探測和對被探測物的輻照問題等。間接式測量方法是通過被探測的振動產生探測電信號，再對信號的分析中表明被探測物的振動狀態。
[0004]然而，以上的振動傳感器或多或少會存在一些劣勢。首先，是其需要外界的持續功能，也就是其本身需要消耗能量，很多時候供能采用的是電池，這就帶來了更換電池的麻煩，特別是對于需要大規模應用的時候。其次，監測設備的復雜，許多傳感器需要很多額外的附件，體積大且笨重。最后，實現不了大規模的監測，也就是多通道工作的能力有限。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明提出一種不需要外界供能，同時可對大規模振動物件探測的自驅動陣列式振動傳感器及其制備方法。
[0006]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種自驅動陣列式振動傳感器，包括:基底層、電極層和功能薄膜層，所述電極層設置于基底層上表面，所述功能薄膜層設置于電極層上表面，所述電極層包括若干電極，所述電極陣列排布構成電極層。
[0007]進一步的，所述電極的材料包括:鋁、銅、摻氟氧化錫(FTO)和氧化銦錫(ΙΤ0)。
[0008]進一步的，所述功能薄膜層的材料包括:聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亞胺(PI)、聚丙烯晴(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
[0009]進一步的，所述電極陣列排布方式包括:矩形陣列排布、環形陣列排布、不規則陣列排布。
[0010]一種自驅動陣列式振動傳感器的制造方法，包括如下步驟:
a.將厚度為50微米的聚四氟乙烯薄膜(PTFE)裁剪為長度為5厘米且寬度為5厘米的矩形制成功能薄膜層；
b.將得到的功能薄膜層和使用的基底層依次在丙酮、異丙醇、乙醇中各置于超聲清洗機中清洗二十分鐘，烘干；
c.將長度為5厘米且寬度為3厘米的鋁箔裁剪成相同的九塊制成電極，將電極黏在基底上，得到陣列化電極且每個電極分別連接導線；
d.將步驟b中的功能薄膜層黏在陣列化后的電極上，得到自驅動陣列式振動傳感器。
[0011]進一步的，所述功能薄膜層的材料包括:聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亞胺(PI)、聚丙烯晴(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
[0012]進一步的，所述電極的材料包括:鋁、銅、摻氟氧化錫(FTO)和氧化銦錫(ΙΤ0)。
[0013]進一步的，所述自驅動陣列式振動傳感器的電極數量為1~100個。
[0014]本發明的有益之處在于，通過應用摩擦起電和靜電誘導兩種效應實現的自驅動陣列式振動傳感器相比于一些傳統的振動傳感器而言，其可以實現自驅動的工作方式，也就是不需要外界供能，同時可以實現對大規模振動物件的探測，這種傳感器的制備方法簡單、成本低廉、探測精度高且可以在非接觸模式下工作，易于與設備集成在一起實現對設備運行的實時監測；不僅可以探測導體、規則物體的振動，也可以探測絕緣體、不規則物體的振動；可以實現記錄被探測物的振動歷史，在設備運行監測、過程控制等領域具有很大的應用前景。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明自驅動陣列式振動傳感器結構示意圖；
圖2為本發明電極層結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0017]相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。
[0018]如圖1、圖2所示，一種自驅動陣列式振動傳感器，所述自驅動陣列式振動傳感器包括基底層1、電極層2和功能薄膜層3，所述電極層2設置于基底層I上表面，所述功能薄膜層3設置于電極層2上表面,所述電極層2由若干矩形電極4陣列排布構成,其陣列方式包括:矩形陣列排布、環形陣列排布、不規則陣列排布，每個電極4之間互相獨立，而且每個電極4都連接有導線，彼此之間不會影響，可靠性高，所述電極4的材料包括:鋁、銅、摻氟氧化錫(FTO)和氧化銦錫(ΙΤ0)，所述功能薄膜層3材料包括:聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亞胺(PI)、聚丙烯晴(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)，在探測絕緣體時，由于功能薄膜層3材料也為絕緣材料，會影響探測的準確性，故在探測絕緣體時，將功能薄膜層3去除，自驅動陣列式振動傳感器結構變為包括:電極層2與基底層1，將電極層2與被探測物接觸即可。
[0019]探測時，將制備的自驅動陣列式傳感器置于被探測物的振動方向上，當被探測物與器件的功能薄膜層3 (探測導體)或者電極層2 (探測絕緣體)接觸之后，依據被探測物與器件的功能薄膜層3或電極層2之間的電荷轉移情況，被探測物與器件接觸的表面會帶正電荷或者負電荷。此時的緊密接觸使器件與被探測物處于一種平衡狀態，并沒有電子的轉移和電信號的產生。當被探測物離開傳感器時，在傳感器電極4與