CN114112027A - 一种智能可穿戴柔性紫外传感系统及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能可穿戴柔性紫外传感系统及操作方法，属于可穿戴环境检测系统领域，在光线充足时通过太阳能电池为光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块供电，并为超级电容器充电，在没有光照或者光线过暗时，利用超级电容器为光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块供电；利用紫外线探测器采集当前环境的实时紫外辐射光强数据并将数据传输至信号放大器；经过信号放大器放大信号，输出至蓝牙芯片再通过天线传输至手机等智能终端，佩戴者可直观的看到所处环境紫外辐射强度。供电模块、光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块集成在PET基底上，具有柔性且体积小，可穿戴，能实时监测，可广泛应用于各种场景，有着很强的商业价值。
Description
技术领域
本发明属于可穿戴环境检测系统领域，涉及一种智能可穿戴柔性紫外传感系统及操作方法。
背景技术
紫外线对于人体皮肤的伤害尤为明显，随着工作环境的日益复杂，对于设备的可穿戴性有了进一步的要求。但市面上的紫外线探测器大都体积较大，不易携带，不能实时记录紫外辐射数据。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种智能可穿戴柔性紫外传感系统及操作方法，旨在解决现有技术中紫外线探测器体积大、不能实时记录紫外辐射数据的缺陷性技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提出的一种智能可穿戴柔性紫外传感系统，包括光电传感模块、信号放大模块、无线传输模块、智能终端、PET基底和供电模块；
所述光电传感模块与所述信号放大模块相连；所述信号放大模块与所述无线传输模块相连；所述光电传感模块包括紫外线探测器；所述信号放大模块包括信号放大器和模式转换器；所述紫外线探测器的输出端口与信号放大器的输入端口相连用于传输紫外辐射强度信号，所述信号放大器的输出端口与所述模式转换器的输入端口相连，所述模式转换器的输出端口与所述无线传输模块相连用于传输转换模式的紫外辐射强度信号；所述无线传输模块与智能终端相连用于接收放大后的紫外辐射强度信号；
所述供电模块包括太阳能电池，所述太阳能电池分别与所述光电传感模块、所述信号放大模块和所述无线传输模块相连，用于为光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块供电；
所述供电模块、光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块均集成在PET基底上。
优选地，所述光电传感模块还包括超级电容器和稳压器，所述超级电容器与所述太阳能电池相连用于在光照充足环境下为超级电容器充电，并将超级电容器分别与所述光电传感模块、所述信号放大模块和所述无线传输模块相连实现放电；
所述稳压器与超级电容器相连用于稳定超级电容器产生的电压。
优选地，所述超级电容器为基于MXene材料的柔性防水超级电容器。
优选地，所述无线传输模块包括蓝牙芯片和天线；
所述蓝牙芯片与模式转换器连通，蓝牙芯片通过天线与智能终端相连；
所述蓝牙芯片为KT6368A的蓝牙芯片。
优选地，所述智能终端为手机、手环或电脑。
优选地，所述PET基底由聚乙烯对苯二酸脂制成。
优选地，所述PET基底为双面电路板；
所述PET基底的一面集成光电传感模块与供电模块；所述PET基底的另一面集成信号放大模块和无线传输模块。
优选地，所述紫外线探测器采用氧化锌薄膜柔性紫外线探测器。
优选地，所述太阳能电池为钙钛矿柔性太阳能电池。
本发明还提出了一种智能可穿戴柔性紫外传感系统的操作方法，包括如下步骤：
首先，太阳能电池吸收太阳光，先将光能转化为电能，再将太阳能电池分别与光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块相连，为光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块供电；
其次，光电传感模块的紫外线探测器工作后，紫外线探测器采集当前环境中的紫外辐射强度信号后，紫外线探测器的输出端口将采集的紫外辐射强度信号传递给信号放大器后得到放大的紫外辐射强度信号，再通过模式转换器将放大的紫外辐射强度信号转换为数字信号；无线传输模块接收到数字信号后，再将数字信号发送给智能终端；
最后，将供电模块、光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块均集成在PET基底上，通过智能终端实现紫外辐射强度的实时监测。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种智能可穿戴柔性紫外传感系统，通过设置太阳能电池可以在光线充足的情况下为光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块供电，紫外线探测器通电后，可以利用紫外探测器采集当前环境的实时紫外光强数据，采集到紫外辐射强度信号后，由于采集到的紫外辐射强度信信号比较小，因此将紫外辐射强度信号传输给信号放大器，放大紫外辐射强度信号，再通过模式转换器将光信号转换为模拟电信号。本发明提出的可穿戴柔性紫外传感系统，将太阳能电池、紫外线探测器、信号放大器、蓝牙芯片和天线集成在PET基底上，能够使佩戴者实时监测各种场合的紫外辐射强度，具有柔性，便于穿戴。通过太阳能电池供电，不需外部供电，只需要太阳能就能够实现，使用时间充足，体积小，可应用于各种工作场景。
进一步地，太阳能电池在光线充足的情况下为超级电容器充电，便可以在没有光照或者光线过暗时采用超级电容器为系统放电。稳压器能够将太阳能电池或超级电容器产生的电压稳定在2～5V，以供系统使用。
进一步地，PET基底采用聚乙烯对苯二酸脂使得整个系统具有良好柔韧性，对于可穿戴设备的集成有很大帮助。相较于其他基底，PET具有良好柔性，耐油耐脂肪，表面易清理，物理性能极为稳定，可在-70℃到150℃温度范围内稳定工作，且无毒无味，对环境无害。
进一步地，采用氧化锌薄膜柔性紫外线探测器相较于现有的硅基探测器，氧化锌为第三代宽禁带半导体，对于紫外线极为敏感，性质稳定，适用于各种应用场景，且氧化锌来源丰富，成本极低，无毒无害，是环境友好型材料。另外基于氧化锌材料的紫外线探测器可制备于柔性衬底上，加强了器件于整个柔性系统的契合度，完美适用于可穿戴设备。
进一步地，钙钛矿柔性太阳能电池相比于其他材料具有更高的光电转换效率，性能稳定，且具有柔性，可以应用于多种工作场景。
进一步地，MXene材料厚度薄，尺寸小，有利于器件集成，另外MXene材料电化学性能优异，可制成全透明器件，且具有良好柔韧性，在应对弯曲，变形等应用场景时有着优异表现。
进一步地，所使用的放大器型号为LM358，可以将微弱的电信号放大；模式转换器型号为ADC0809CNN的芯片能够将产生的模拟信号转换为数字信号，再输入到无线传输模块。
本发明提出的一种智能可穿戴柔性紫外传感系统的操作方法，将供电模块、光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块均集成在PET基底上，便能够通过智能终端实现紫外辐射强度的实时监测，操作方法简单，适用性广泛，在可穿戴环境检测系统领域具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明智能可穿戴柔性紫外传感系统的系统总体框图；
图2为本发明智能可穿戴柔性紫外传感系统设备的示意图。
其中：1-PET基底；2-紫外线探测器；3-太阳能电池；4-超级电容器；5-信号放大器；6-模式转换器；7-蓝牙；8-天线；9-稳压器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明提出的一种智能可穿戴柔性紫外传感系统，如图1所示，包括供电模块、光电传感模块、信号放大模块、无线传输模块和智能终端。所述供电模块、光电传感模块、信号放大模块、无线传输模块和智能终端集成在PET基底1上，PET基底1由聚乙烯对苯二酸脂制成。所述供电模块包括太阳能电池3、超级电容器4和稳压器9，所述太阳能电池3分别与所述光电传感模块、所述信号放大模块和所述无线传输模块相连，太阳能电池3用于在有光环境吸收太阳能为光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块供电，并为超级电容器4充电，超级电容器4分别与所述光电传感模块、所述信号放大模块和所述无线传输模块相连，超级电容器4用于在暗光或无光环境下为光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块供电，超级电容器4产生的电压通过稳压器9来稳定再给整个系统供电；所述光电传感模块包括紫外线探测器2，光电传感模块用于采集所处环境紫外辐射强度信号，所述信号放大模块包括信号放大器5和模式转换器6，但这个信号比较小，经过信号放大器5将电信号放大，再通过模式转换器6将模拟电信号转换为数字信号；无线传输模块，用于传输放大后的紫外辐射强度信号；无线传输模块包括蓝牙芯片7和天线8，蓝牙芯片7与模式转换器6连通，蓝牙芯片7通过天线8与智能终端相连，用于接收放大后的紫外辐射强度信号。
在光线充足的环境下，其紫外线探测器2的输入端口与太阳能电池3相连，所述紫外线探测器2的输出端口与信号放大器5的输入端口相连用于传输紫外辐射强度信号，并放大紫外辐射强度信号；所述信号放大器5的输出端口与所述模式转换器6的输入端口相连，模式转换器6的输出端口与无线传输模块相连用于传输放大后的紫外辐射强度信号，蓝牙芯片7与模式转换器6连通，蓝牙芯片7通过天线8与智能终端相连，用于接收放大后的紫外辐射强度信号。
在暗光或无光环境下，所述超级电容器4与所述太阳能电池3相连用于为超级电容器4充电，稳压器9与超级电容器4相连用于稳定超级电容器4产生的电压；并将超级电容器4与紫外线探测器2的输入端口相连实现放电，所述紫外线探测器2的输出端口与信号放大器5的输入端口相连用于传输紫外辐射强度信号，并放大紫外辐射强度信号；所述信号放大器5的输出端口与所述模式转换器6的输入端口相连，模式转换器6的输出端口与无线传输模块相连用于传输放大后的紫外辐射强度信号，蓝牙芯片7与模式转换器6连通，蓝牙芯片7通过天线8与智能终端相连，用于接收放大后的紫外辐射强度信号。
如图2所示，为智能可穿戴柔性紫外传感系统的示意图，PET基底1为双面电路板。其中，光电传感模块与供电模块朝上，用来采集光信号及吸收太阳光供电；信号放大模块与无线传输模块集成在另一面。
紫外线探测器2采用氧化锌薄膜柔性紫外线探测器。
太阳能电池2为钙钛矿柔性太阳能电池。
所述智能终端为手机、手环或电脑。
所述超级电容器4为基于MXene材料的柔性防水超级电容器。
所述蓝牙芯片7为KT6368A的蓝牙芯片。
一种智能可穿戴柔性紫外传感系统的操作方法，具体操作步骤如下：
首先，在光线充足时，太阳能电池3吸收太阳光，将光能转化为电能，为光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块供电，同时为超级电容器4充电，在无光照或光线较暗时，超级电容器4工作，向光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块放电，为紫外传感系统供电。
其次，紫外线探测器2在采集到紫外辐射后将光信号转换为模拟电信号，但这个电信号比较小，电信号经过信号放大器5放大电信号，再通过模式转换器6将模拟电信号转换为数字信号，并将这个信号发送给蓝牙芯片7，蓝牙芯片7通过天线8将数据发送给手机、手环或电脑等智能终端；
最后，将供电模块、光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块均集成在PET基底1上，通过智能终端实现紫外辐射强度的实时监测。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能可穿戴柔性紫外传感系统，其特征在于，包括光电传感模块、信号放大模块、无线传输模块、智能终端、PET基底(1)和供电模块；
所述光电传感模块与所述信号放大模块相连；所述信号放大模块与所述无线传输模块相连；所述光电传感模块包括紫外线探测器(2)；所述信号放大模块包括信号放大器(5)和模式转换器(6)；所述紫外线探测器(2)的输出端口与信号放大器(5)的输入端口相连用于传输紫外辐射强度信号，所述信号放大器(5)的输出端口与所述模式转换器(6)的输入端口相连，所述模式转换器(6)的输出端口与所述无线传输模块相连用于传输转换模式的紫外辐射强度信号；所述无线传输模块与智能终端相连用于接收放大后的紫外辐射强度信号；
所述供电模块包括太阳能电池(3)，所述太阳能电池(3)分别与所述光电传感模块、所述信号放大模块和所述无线传输模块相连，用于为光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块供电；
所述供电模块、光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块均集成在PET基底(1)上。
2.根据权利要求1所述的智能可穿戴柔性紫外传感系统，其特征在于，所述光电传感模块还包括超级电容器(4)和稳压器(9)，所述超级电容器(4)与所述太阳能电池(3)相连用于在光照充足环境下为超级电容器(4)充电，并将超级电容器(4)分别与所述光电传感模块、所述信号放大模块和所述无线传输模块相连实现放电；
所述稳压器(9)与超级电容器(4)相连用于稳定超级电容器(4)产生的电压。
3.根据权利要求2所述的智能可穿戴柔性紫外传感系统，其特征在于，所述超级电容器(4)为基于MXene材料的柔性防水超级电容器。
4.根据权利要求1所述的智能可穿戴柔性紫外传感系统，其特征在于，所述无线传输模块包括蓝牙芯片(7)和天线(8)；
所述蓝牙芯片(7)与所述模式转换器(6)连通，所述蓝牙芯片(7)通过天线(8)与智能终端相连；
所述蓝牙芯片(7)为KT6368A的蓝牙芯片。
5.根据权利要求1所述的智能可穿戴柔性紫外传感系统，其特征在于，所述智能终端为手机、手环或电脑。
6.根据权利要求1所述的智能可穿戴柔性紫外传感系统，其特征在于，所述PET基底(1)由聚乙烯对苯二酸脂制成。
7.根据权利要求6所述的智能可穿戴柔性紫外传感系统，其特征在于，所述PET基底(1)为双面电路板；
所述PET基底(1)的一面集成光电传感模块与供电模块；所述PET基底(1)的另一面集成信号放大模块和无线传输模块。
8.根据权利要求1所述的智能可穿戴柔性紫外传感系统，其特征在于，所述紫外线探测器(2)采用氧化锌薄膜柔性紫外线探测器。
9.根据权利要求1所述的智能可穿戴柔性紫外传感系统，其特征在于，所述太阳能电池(3)为钙钛矿柔性太阳能电池。
10.采用权利要求1～9中任意一项所述的智能可穿戴柔性紫外传感系统的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先，太阳能电池(3)吸收太阳光，先将光能转化为电能，再将太阳能电池(3)分别与光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块相连，为光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块供电；
其次，光电传感模块的紫外线探测器(2)工作后，紫外线探测器(2)采集当前环境中的紫外辐射强度信号后，紫外线探测器(2)的输出端口将采集的紫外辐射强度信号传递给信号放大器(5)后得到放大的紫外辐射强度信号，再通过模式转换器(6)将放大的紫外辐射强度信号转换为数字信号；无线传输模块接收到数字信号后，再将数字信号发送给智能终端；
最后，将供电模块、光电传感模块、信号放大模块和无线传输模块均集成在PET基底(1)上，通过智能终端实现紫外辐射强度的实时监测。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220301 |