CN104568002B - 环境检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境检测装置，用于检测环境中的气体浓度和温湿度，包括衬底，衬底上集成有多个发电模块及与发电模块电连接的气敏传感检测模块和控制模块；发电模块包括沉积于衬底上的下电极、第一压电薄膜和上电极；气敏传感检测模块包括沉积于衬底上的第二压电薄膜和沉积于第二压电薄膜上的输入电极、气敏薄膜和输出电极，气敏薄膜设置于输入电极与输出电极之间；气敏传感检测模块与控制模块电连接，用于将所测气体浓度信号和环境温湿度信号传输至控制模块；控制模块内设置有判断模块，判断所测气体浓度或者环境温湿度是否超过设定值。本发明可对周围环境情况进行监控，尺寸较小、安装方便、成本低，实现对周围环境比较复杂情况下的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子技术领域，特别涉及一种环境检测装置。
背景技术
在现有的周围环境监控技术中，气体探测器、温湿度探测器的种类比较多，包括半导体薄膜型、电化学反应型、电阻型等，并且现有的气体探测器包括气体检测单元和信号变送单元，该气体检测单元和该信号变送单元分别封装在单独的壳体内，因此，该气体探测器体积大，其外形尺寸一般大于20cmx20cmx20cm，在不规则的空间内不便于安装。要实现较大环境范围内的气体和温湿度监测还需要将感测探头、PLC系统和远程显示装置用电缆连接，成本较大。当断电或者电池损坏的时候，感测探头工作时间极短，甚至无法工作，而且危险发生时不利于处于危险境况中的人员逃离危险境况。
中国专利文献CN103471021公开了一种压电照明板，具体涉及楼道照明。它是由橡胶压气板、压电发电片阵列、光敏开关电路、蓄电池、LED灯组成。橡胶压气板通过脚踏使气囊阵列中的空气压力增加使压电发电片受压发电；白天时，光敏开关处于截止状态，LED灯不发光，压电发电片所发电能储存在蓄电池内，晚间光敏开关导通，LED灯发光。上述专利文献主要用于解决发电效率的问题，仅仅是实现压电照明，也没有揭露具体的控制方法，同时不具有气体种类、气体浓度监测和环境温度及湿度的检测功能。
发明内容
为了解决现有周围环境监控技术中的问题，降低成本，实现对周围环境比较复杂情况下的检测，本发明提供了一种环境检测装置。
所述技术方案如下：
一种环境检测装置，用于检测环境中的气体浓度和温湿度，所述装置包括衬底，所述衬底上集成有多个发电模块及与所述发电模块电连接的气敏传感检测模块和控制模块；所述发电模块包括沉积于所述衬底上的下电极、沉积于所述下电极上的第一压电薄膜和沉积于第一压电薄膜上的上电极；所述气敏传感检测模块包括沉积于所述衬底上的第二压电薄膜和沉积于所述第二压电薄膜上的输入电极、气敏薄膜和输出电极，所述气敏薄膜设置于所述输入电极与所述输出电极之间；所述气敏传感检测模块与所述控制模块电连接，用于将所测气体浓度信号和环境温湿度信号传输至所述控制模块；所述控制模块内设置有判断模块，用于判断所测气体浓度或者环境温湿度是否超过设定值。
所述的气敏薄膜为TiO2薄膜、ZnO薄膜、CdO薄膜和Fe3O2薄膜中的一种或几种。
所述衬底上还设有蓄电池和逆变器，所述蓄电池的电极输出端与所述控制模块电连接，所述蓄电池的电极输入端通过所述逆变器与所述发电模块电连接。
所述衬底上还设有扬声模块，所述扬声模块与所述控制模块电性连接，用于输出报警声音信号。
所述衬底上还设有照明警示模块，所述照明警示模块与所述控制模块电连接，用于照明和输出报警光学信号。
所述照明警示模块为OLED模块或LED模块。
所述控制模块、照明警示模块分置于所述衬底的两端，所述发电模块、扬声模块和气敏传感检测模块依次位于所述控制模块和照明警示模块之间。。
本发明所提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)本发明在衬底上沉积发电模块，其利用压电材料兼具压电效应、逆压电效应及其声表面波效应3个物理原理的特点实现电源供给，将气敏传感检测模块和控制模块也设置于衬底上，将气敏传感检测模块和控制模块分别与发电模块连接，实现传感器件对环境气体浓度和温湿度的检测，通过控制模块中的判断模块对所测气体浓度信号和温湿度信号与预定的设定值进行比对，判断是否对外发出预警警示。本发明所提供的环境检测装置的外形尺寸为：5cmx5cmx1um，尺寸较小，便于安装，可以实现气体种类、浓度监测和环境温湿度监测，同时，本发明还在衬底上设置了扬声模块和照明警示模块，在危险发生时候起到照明指示和声光预警的作用，便于人员逃生。
(2)本发明可以微型化、维度自由化，便于安装，可以检测周围环境比较复杂的境况，便于实时在线监控；同时该结构可以充分利用周围环境中的机械能，危险发生后，在系统断电时可以充分利用照明警示模块进行自身来发电进行持续监控和便于人员逃生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所提供的第一种实施例的环境检测装置结构示意图；
图2是本发明所提供的第二种实施例的环境检测装置结构示意图；
图3是本发明所提供的第三种实施例的环境检测装置结构示意图；
图4是本发明所提供的第四种实施例的环境检测装置结构示意图；
图5是本发明所提供的环境检测装置原理图；
图6是本发明所提供的具体实施方法结构框图。
图中：1-衬底；2-发电模块，21-下电极，22-上电极，23-第一压电薄膜；3-气敏传
感检测模块，31-输入电极，32-气敏薄膜，33-输出电极，34-第二压电薄膜；4-控制
模块；5-扬声模块；6-照明警示模块；7-蓄电池。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种环境检测装置，包括衬底1，衬底1上集成有多个发电模块2、气敏传感检测模块3和控制模块4,气敏传感检测模块3和控制模块4分别与发电模块2电连接；发电模块2包括沉积于衬底1上的下电极21、沉积于下电极21上的第一压电薄膜23和沉积于第一压电薄膜23上的上电极22；气敏传感检测模块3包括沉积于衬底1上的第二压电薄膜34和沉积于第二压电薄膜34上的输入电极31、气敏薄膜32和输出电极33；气敏传感检测模块3与控制模块4电连接，气敏传感检测模块3用于将所测气体浓度信号和环境温湿度信号传输至控制模块4；控制模块4内设有判断模块，用于判断所测气体浓度或者环境温湿度是否超过设定值。其中的气敏薄膜为TiO2薄膜、ZnO薄膜、CdO薄膜和Fe3O2薄膜中的一种或几种，为提高压电效率，上述的第一压电薄膜和第二压电薄膜可以采用带有空隙结构的压电薄膜。
实施例2
如图2和图5所示，在实施例1的基础上，本发明在衬底1上增加了用于储能的蓄电池，蓄电池7的电极输入端与逆变器的输出端电性连接，所述逆变器的输入端与发电模块2电连接，其电极输出端与控制模块4电性连接。发电模块2所产生的低压直流电通过逆变器转换成交流电，实现蓄电池的充电，蓄电池的增加，可以作为应急用电需要。
实施例3
在实施例2的基础上，如图3和图5所示，本发明在衬底1上还设有扬声模块5，扬声模块5与控制模块4电连接，用于输出报警声音信号。当所测气体浓度或环境温湿度较高时，高于控制模块4所设定的值时，控制模块4启动预警，启动扬声模块5对外发出声音报警，以警示处于环境中的操作人员注意，并及时采用相应的措施。
实施例4
在实施例3的基础上，如图4和图5所示，本发明在衬底1上还设有照明警示模块6，照明警示模块6与控制模块4电连接，用于照明和输出报警光学信号。当所测气体浓度或环境温湿度较高时，高于控制模块4所设定的值时，控制模块4启动预警，启动照明警示模块6或扬声模块5对外发出声光报警，以警示处于环境中的操作人员注意，并及时采用相应的措施。
其中的照明警示模块6为OLED模块或LED模块。其中的控制模块4、照明警示模块6分置于衬底1的两端，发电模块2、扬声模块5和气敏传感检测模块3依次位于控制模块4和照明警示模块6之间。
上述各实施例中的衬底1可以采用硬质玻璃，也可采用柔性衬底，其中的照明警示模块6可以为OLED模块、LED模块等。
图4中最右端区域第二压电薄膜的上方根据需要沉积各种气敏薄膜(TiO2、ZnO、CdO、Fe3O2等)，以便于监测HN3、CO、H2、CH4、H2S、NO等，形成气敏传感模块部分。
具体实施方法如图6所示：
当处于特殊环境中时，气敏传感检测模块检测气体浓度、环境温湿度并将携带该气体浓度的气体浓度信号或环境温湿度传送至控制模块；控制模块将该气体浓度，环境温湿度信号转换为电信号，信号经过控制模块中的判断模块进行判断后，当判断该气体浓度信号或者环境温湿度信号超过设定值时，启动扬声模块和/或照明警示模块，将来自信号变送单元的气体浓度或者环境温湿度信号转换为声光信号输出。
同时，在周围环境正常或不正常的情况下，发电模块通过周围环境中的机械能(声音，风力，振动等)对蓄电池(锂离子电池，化学电池等)进行充电，便于应急使用；
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种环境检测装置，用于检测环境中的气体浓度和温湿度，其特征在于，所述装置包括衬底，所述衬底上集成有多个发电模块及与所述发电模块电连接的气敏传感检测模块和控制模块；所述发电模块包括沉积于所述衬底上的下电极、沉积于所述下电极上的第一压电薄膜和沉积于第一压电薄膜上的上电极；所述气敏传感检测模块包括沉积于所述衬底上的第二压电薄膜和沉积于所述第二压电薄膜上的输入电极、气敏薄膜和输出电极，所述气敏薄膜设置于所述输入电极与所述输出电极之间；所述气敏传感检测模块与所述控制模块电连接，用于将所测气体浓度信号和环境温湿度信号传输至所述控制模块；所述控制模块内设置有判断模块，用于判断所测气体浓度或者环境温湿度是否超过设定值。
2.根据权利要求1所述的环境检测装置，其特征在于，所述的气敏薄膜为TiO2薄膜、ZnO薄膜、CdO薄膜和Fe3O2薄膜中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的环境检测装置，其特征在于，所述衬底上还设有蓄电池和逆变器，所述蓄电池的电极输出端与所述控制模块电连接，所述蓄电池的电极输入端通过所述逆变器与所述发电模块电连接。
4.根据权利要求3所述的环境检测装置，其特征在于，所述衬底上还设有扬声模块，所述扬声模块与所述控制模块电性连接，用于输出报警声音信号。
5.根据权利要求3或4所述的环境检测装置，其特征在于，所述衬底上还设有照明警示模块，所述照明警示模块与所述控制模块电连接，用于照明和输出报警光学信号。
6.根据权利要求5所述的环境检测装置，其特征在于，所述照明警示模块为OLED模块或LED模块。
7.根据权利要求6所述的环境检测装置，其特征在于，所述控制模块、照明警示模块分置于所述衬底的两端，所述发电模块、扬声模块和气敏传感检测模块依次位于所述控制模块和照明警示模块之间。
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