一种压电传感器及麦克风

文档序号:187852 发布日期:2021-11-02 浏览:38次 >En<

阅读说明:本技术 一种压电传感器及麦克风 (Piezoelectric sensor and microphone ) 是由 王勇 于 2021-06-29 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种压电传感器及麦克风,该压电传感器包括:采集模块,用于采集安置所述压电传感器的目标物体的振动信号;获取模块,用于将所述振动信号转化为电信号,对所述电信号进行分析处理获取所述电信号中的肌电信号;构建模块,用于根据转化的电信号与在所述电信号中的肌电信号构建目标物体的应力波形图;解析模块,用于根据所述目标物体的应力波形图解析出目标物体的变形和裂缝状态。可以保证目标物体最终的变形评估结果的准确性和实际性,排除了人为干扰因素的影响,保证了数据的精确性,提高了用户的体验感。(The invention discloses a piezoelectric sensor and a microphone, the piezoelectric sensor includes: the acquisition module is used for acquiring a vibration signal of a target object on which the piezoelectric sensor is arranged; the acquisition module is used for converting the vibration signal into an electric signal and analyzing and processing the electric signal to acquire an electromyographic signal in the electric signal; the construction module is used for constructing a stress waveform diagram of the target object according to the converted electric signals and the electromyographic signals in the electric signals; and the analysis module is used for analyzing the deformation and crack states of the target object according to the stress waveform diagram of the target object. The accuracy and the practicality of the final deformation evaluation result of the target object can be ensured, the influence of human interference factors is eliminated, the accuracy of data is ensured, and the experience of a user is improved.)

一种压电传感器及麦克风

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域,尤其涉及一种压电传感器及麦克风。

背景技术

压电式传感器是一种基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为电的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等,现有的压电传感器仅仅通过采集振动信号转换为电信号来评估待检测物体的变形状态,这种传感器存在以下缺点:由于振动信号的产生是多方面的,故而在检测的振动信号中有可能包含有人为操作物体所产生的肌电信号从而导致最终的评估结果存在误差,与实际不相符合的问题,降低了用户的体验感。

发明内容

针对上述所显示出来的问题,本发明提供了一种压电传感器用以解决背景技术中提到的由于振动信号的产生是多方面的,故而在检测的振动信号中有可能包含有人为操作物体所产生的肌电信号从而导致最终的评估结果存在误差,与实际不相符合的问题,降低了用户的体验感的问题。

一种压电传感器,该压电传感器包括:

采集模块,用于采集安置所述压电传感器的目标物体的振动信号;

获取模块,用于将所述振动信号转化为电信号,对所述电信号进行分析处理获取所述电信号中的肌电信号;

构建模块,用于根据转化的电信号与在所述电信号中的肌电信号构建目标物体的应力波形图;

解析模块,用于根据所述目标物体的应力波形图解析出目标物体的变形和裂缝状态。

优选的,所述采集模块,包括:

检测子模块,用于检测在所述目标物体上是否有振动信号产生;

采集子模块,用于当所述检测子模块检测到有振动信号产生时,采集标本振动信号;

解析子模块,用于解析所述标本振动信号的当前幅值,判断所述当前幅值是否大于等于预设幅值,若是,生成继续采集指令发送至所述采集子模块,否则,确认所述标本振动信号未达到采集标准;

存储子模块,用于将所述采集子模块采集的标本振动信号以及后续振动信号进行存储。

优选的,所述存储子模块,包括:

排序单元,用于将所述标本振动信号以及后续振动信号按照采集时间先后顺序进行排序,获取排序结果;

划分单元,用于将所述排序结果中的振动信号划分为多个固定时间段内目标振动信号;

计算单元,用于计算每个目标振动信号的振动加速度值,根据每个目标振动信号的振动加速度值计算出相邻两个目标振动信号的振动加速度均值;

校正单元,用于将相邻两个目标振动信号的振动加速度均值作为振动信号的零偏校正值以校正所述标本振动信号以及后续振动信号;

存储单元,用于将校正后的标本振动信号以及后续振动信号进行存储。

优选的,所述获取模块,包括:

转换子模块,用于将所述振动信号转换为电信号;

第一构建子模块,用于根据所述电信号构建多个数据集;

第一分析子模块,用于对构建的所述多个数据集进行独立向量分析,获得每个数据集对应的源信号矩阵和混合信号矩阵;

筛选子模块,用于根据肌电信号的特征向量在所述源信号矩阵和混合信号矩阵中筛选出与肌电信号相关的目标矩阵因子;

第二构建子模块,用于根据所述目标矩阵因子构建出肌电信号矩阵;

第一确定子模块,用于根据所述肌电信号矩阵确定电信号中的肌电信号。

优选的,所述构建模块,包括:

获取子模块,用于获取所述电信号的第一振动频率以及肌电信号的第二振动频率;

第三构建子模块,用于根据所述电信号的第一振动频率以及肌电信号的第二振动频率以及目标物体的重力构建出目标物体的应力变化图;

代入子模块,用于将所述目标物体的应力变化图对应代入到预先构建的平面二维坐标系中以获得目标物体的应力波形图。

优选的,所述解析模块,包括:

第四构建子模块,用于获取所述目标物体的自身参数,根据目标物体的自身参数构建目标物体的元模型;

选择子模块,用于在所述目标物体的元模型中选择N个测试点;

第二确定子模块,用于基于所述目标物体的应力波形图以及N个测试点与振动信号采样点在元模型上的位置上的距离确定每个测试点的应力值;

第二分析子模块,用于根据每个测试点应力值对所述元模型进行线性受力分析,获取分析结果;

第三确定子模块,用于根据所述分析结果确定每个测试点的位移距离,根据每个测试点的位移距离计算出目标物体的元模型的变形量;

评估子模块,用于根据所述元模型的变形量评估出目标物体的变形和裂缝状态。

优选的,所述压电传感器,还包括:预警模块,用于在根据所述标本振动信号的当前幅值向用户发出预警提示,其步骤包括:

获取所述目标物体正常工作时的运动频率;

根据所述运行频率确定目标物体在正常工作时的标准振幅;

根据所述标准振幅设定预警等级以及每个级别对应的预警振幅区间;

确定所述标本振动信号的当前幅值所属的目标预警振幅区间及其对应的目标预警等级;

以所述目标预警等级对应的目标提示音向用户发出预警提示。

优选的,所述第三确定子模块,还用于:

根据每个测试点的位移距离以及单位位移量对应的应力损失值构建目标物体的应力损失影响矩阵;

将每个测试点的位移距离整合并构建目标物体的整体位移变化矩阵;

根据目标物体的应力损失影响矩阵和整体位移变化矩阵构建目标物体的应力损失识别模型;

生成所述目标物体的应力损失识别模型的辅助函数;

根据目标物体的应力损失影响矩阵确定每个测试点的应力损失系数;

利用所述应力损失识别模型的辅助函数根据每个测试点的位移距离和应力损失系数计算出每个测试点的应力损失值;

根据每个测试点的应力值与该测试点的应力损失值构建目标物体的应力损失值随应力值变化的曲线图;

在所述曲线图中筛选出松弛曲线,获取所述松弛曲线对应的目标应力值和目标应力损失值;

利用所述目标应力值和目标应力损失值以及目标物体的抗压强度、抗拉强度以及变形模量计算出在目标应力值下目标物体的应力损失率;

根据所述应力损失率对目标物体的元模型的变形量进行调整,获得调整后的变形量,将调整后的元模型的变形量确认为目标物体的元模型的最终变形量。

一种麦克风,所述麦克风衬底设置有权利要求1-7所述的压电传感器。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。

图1为本发明所提供的一种压电传感器的结构示意图;

图2为本发明所提供的一种压电传感器的另一结构示意图;

图3为本发明所提供的一种压电传感器的又一结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

压电式传感器是一种基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为电的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等,现有的压电传感器仅仅通过采集振动信号转换为电信号来评估待检测物体的变形状态,这种传感器存在以下缺点:由于振动信号的产生是多方面的,故而在检测的振动信号中有可能包含有人为操作物体所产生的肌电信号从而导致最终的评估结果存在误差,与实际不相符合的问题,降低了用户的体验感。为了解决上述问题,本实施例公开了一种压电传感器。

一种压电传感器,如图1所示,该压电传感器包括:

采集模块101,用于采集安置所述压电传感器的目标物体的振动信号;

获取模块102,用于将所述振动信号转化为电信号,对所述电信号进行分析处理获取所述电信号中的肌电信号;

构建模块103,用于根据转化的电信号与在所述电信号中的肌电信号构建目标物体的应力波形图;

解析模块104,用于根据所述目标物体的应力波形图解析出目标物体的变形和裂缝状态。

上述技术方案的工作原理为:通过采集模块采集安置所述压电传感器的目标物体的振动信号,然后通过获取模块将所述振动信号转化为电信号,对所述电信号进行分析处理获取所述电信号中的肌电信号,然后利用构建模块根据转化的电信号与在所述电信号中的肌电信号构建目标物体的应力波形图,最后利用解析模块根据所述目标物体的应力波形图解析出目标物体的变形和裂缝状态。

上述技术方案的有益效果为:通过对目标物体振动信号对应的电信号进行肌电信号分析可以有效地确定振动信号中的肌电信号进而根据电信号和肌电信号构建出目标物体的实际应力波形图,可以保证目标物体最终的变形评估结果的准确性和实际性,排除了人为干扰因素的影响,保证了数据的精确性,提高了用户的体验感,解决了现有技术中由于振动信号的产生是多方面的,故而在检测的振动信号中有可能包含有人为操作物体所产生的肌电信号从而导致最终的评估结果存在误差,与实际不相符合的问题。

在一个实施例中,如图2所示,所述采集模块,包括:

检测子模块1011,用于检测在所述目标物体上是否有振动信号产生;

采集子模块1012,用于当所述检测子模块检测到有振动信号产生时,采集标本振动信号;

解析子模块1013,用于解析所述标本振动信号的当前幅值,判断所述当前幅值是否大于等于预设幅值,若是,生成继续采集指令发送至所述采集子模块,否则,确认所述标本振动信号未达到采集标准;

存储子模块1014,用于将所述采集子模块采集的标本振动信号以及后续振动信号进行存储。

上述技术方案的有益效果为:实现了振动信号的提前预采样,从而确保所采集到的振动信号的完整性,进一步地,通过判断标本振动信号的当前幅值是否大于等于预设幅值进而来判断采集的振动信号是否合格从而可以节省存储子模块的存储空间,保证了数据存储效率。

在一个实施例中,所述存储子模块,包括:

排序单元,用于将所述标本振动信号以及后续振动信号按照采集时间先后顺序进行排序,获取排序结果;

划分单元,用于将所述排序结果中的振动信号划分为多个固定时间段内目标振动信号;

计算单元,用于计算每个目标振动信号的振动加速度值,根据每个目标振动信号的振动加速度值计算出相邻两个目标振动信号的振动加速度均值;

校正单元,用于将相邻两个目标振动信号的振动加速度均值作为振动信号的零偏校正值以校正所述标本振动信号以及后续振动信号;

存储单元,用于将校正后的标本振动信号以及后续振动信号进行存储。

上述技术方案的有益效果为:通过对标本振动信号和后续振动信号进行校正可以去除干扰信号的影响,保证了采集的振动信号的准确性。

在一个实施例中,所述获取模块,包括:

转换子模块,用于将所述振动信号转换为电信号;

第一构建子模块,用于根据所述电信号构建多个数据集;

第一分析子模块,用于对构建的所述多个数据集进行独立向量分析,获得每个数据集对应的源信号矩阵和混合信号矩阵;

筛选子模块,用于根据肌电信号的特征向量在所述源信号矩阵和混合信号矩阵中筛选出与肌电信号相关的目标矩阵因子;

第二构建子模块,用于根据所述目标矩阵因子构建出肌电信号矩阵;

第一确定子模块,用于根据所述肌电信号矩阵确定电信号中的肌电信号。

上述技术方案的有益效果为:通过以提取矩阵因子的方式来确定电信号中的肌电信号可以无差别地完整提取到电信号的肌电信号,避免肌电信号在提取过程中消失情况的发生,保证了信号获取的准确性。

在一个实施例中,如图3所示,所述构建模块,包括:

获取子模块1031,用于获取所述电信号的第一振动频率以及肌电信号的第二振动频率;

第三构建子模块1032,用于根据所述电信号的第一振动频率以及肌电信号的第二振动频率以及目标物体的重力构建出目标物体的应力变化图;

代入子模块1033,用于将所述目标物体的应力变化图对应代入到预先构建的平面二维坐标系中以获得目标物体的应力波形图。

上述技术方案的有益效果为:通过先构建目标物体的应力变化图进而将应力变化图代入到预先构建平面二维坐标系中获得目标物体的应力波形图可以根据电信号和肌电信号各自的振动频率来精准地获得目标物体从各个受力角度来综合绘制出目标物体的应力波形图从而可以使得用户清晰直观地根据应力波形图确定目标物体的受力情况。

在一个实施例中,所述解析模块,包括:

第四构建子模块,用于获取所述目标物体的自身参数,根据目标物体的自身参数构建目标物体的元模型;

选择子模块,用于在所述目标物体的元模型中选择N个测试点;

第二确定子模块,用于基于所述目标物体的应力波形图以及N个测试点与振动信号采样点在元模型上的位置上的距离确定每个测试点的应力值;

第二分析子模块,用于根据每个测试点应力值对所述元模型进行线性受力分析,获取分析结果;

第三确定子模块,用于根据所述分析结果确定每个测试点的位移距离,根据每个测试点的位移距离计算出目标物体的元模型的变形量;

评估子模块,用于根据所述元模型的变形量评估出目标物体的变形和裂缝状态。

上述技术方案的有益效果为:通过构建元模型进行测试来确定目标物体的变形状态可以根据实际数据进行场景模拟来精准地评估出目标物体的变形和裂缝状态,使得最终评估结果更加准确。

在一个实施例中,所述压电传感器,还包括:预警模块,用于在根据所述标本振动信号的当前幅值向用户发出预警提示,其步骤包括:

获取所述目标物体正常工作时的运动频率;

根据所述运行频率确定目标物体在正常工作时的标准振幅;

根据所述标准振幅设定预警等级以及每个级别对应的预警振幅区间;

确定所述标本振动信号的当前幅值所属的目标预警振幅区间及其对应的目标预警等级;

以所述目标预警等级对应的目标提示音向用户发出预警提示。

上述技术方案的有益效果为:通过向用户发出不同等级的预警提示可以使得用户及时地了解到目标物体的受损情况及受损等级,进而可以避免事故的发生,提高了安全性。

优选的,所述第三确定子模块,还用于:

根据每个测试点的位移距离以及单位位移量对应的应力损失值构建目标物体的应力损失影响矩阵;

将每个测试点的位移距离整合并构建目标物体的整体位移变化矩阵;

根据目标物体的应力损失影响矩阵和整体位移变化矩阵构建目标物体的应力损失识别模型;

生成所述目标物体的应力损失识别模型的辅助函数;

根据目标物体的应力损失影响矩阵确定每个测试点的应力损失系数;

利用所述应力损失识别模型的辅助函数根据每个测试点的位移距离和应力损失系数计算出每个测试点的应力损失值;

根据每个测试点的应力值与该测试点的应力损失值构建目标物体的应力损失值随应力值变化的曲线图;

在所述曲线图中筛选出松弛曲线,获取所述松弛曲线对应的目标应力值和目标应力损失值;

利用所述目标应力值和目标应力损失值以及目标物体的抗压强度、抗拉强度以及变形模量计算出在目标应力值下目标物体的应力损失率;

根据所述应力损失率对目标物体的元模型的变形量进行调整,获得调整后的变形量,将调整后的元模型的变形量确认为目标物体的元模型的最终变形量。

上述技术方案的有益效果为:通过计算目标物体应力值对应的应力损失值可以准确地确定目标物体所受的实际应力值,进而可以对变形量进行精准地评估,进一步地提高了评估结果的准确性和实际性。

一种麦克风,所述麦克风衬底设置有权利要求1-7所述的压电传感器。

上述技术方案的有益效果在压电传感器对应的技术内容中已经说明,此处不再赘述。

本领域技术人员应当理解的是,本发明中的第一、第二指的是不同应用阶段而已。

本领域技术用户员在考虑说明书及实践这里公开的公开后,将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

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