本發(fā)明屬于非接觸式帶電體移動方向探測技術領域，具體涉及一種基于駐極體效應的移動帶電體的方向探測裝置及方法。

背景技術：

目前探測帶電體運動主要有以下典型方法：利用至少一個照相機、圖像處理單元，由照相機的攝像來探測被測物體的移動，并將此移動輸入到個人計算機(或上位機)內的控制部；或者在被測物體上布置加速度傳感器等設備，用其監(jiān)測物體的運動。

但是，在利用照相機和圖像處理的方法中，硬件或軟件的成本高，并且，需要預先準備用于獲取照相機視頻圖像的特定的空間，對使用場地有限制。另外，在利用加速度傳感器的方法中，需要直接移動硬件，在移動硬件主體的情況下，有可能因為振動對設備造成影響；此外，即使是在使用加速度傳感器內置的小型輸入裝置等情況下，也需要將其嵌入被測物體中。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出了一種基于駐極體效應的移動帶電體的方向探測方法和裝置，能夠利用駐極體效應實現(xiàn)移動帶電體的方向探測。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種基于駐極體效應的移動帶電體的方向探測裝置，包括駐極體靜電探測頭、濾波電路、放大電路、微控制器、顯示裝置，所述駐極體靜電探測頭連接所述濾波電路，所述濾波電路連接所述放大電路，所述放大電路連接所述微控制器，所述微控制器連接所述顯示裝置。

進一步地，所述駐極體靜電探測頭包括駐極體薄膜和金屬基底，其中駐極體薄膜貼覆在金屬基底表面。

進一步地，所述駐極體薄膜為特氟龍teflon，派瑞林parylene的聚合物派，二氧化硅，以及氮化硅的無機壓電駐極體材料中的一種，其極化方式采用射線或電暈極化。

進一步地，所述駐極體靜電探測頭為多個，形成駐極體靜電探測頭陣列。

進一步地，所述駐極體靜電探測頭陣列中所包含的駐極體靜電探測頭的數目n≥4，至少保證上下左右各一個探測頭。

一種采用上述裝置的基于駐極體效應的移動帶電體的方向探測方法，包括以下步驟：

1)使帶電物體經過駐極體靜電探測頭，在駐極體靜電探測頭中產生感應電信號；

2)經過濾波電路將噪音及其他干擾產生的電信號濾掉；

3)通過放大電路將得到的濾波后的信號放大傳遞給微控制器，

4)微控制器通過模數轉換獲得該電信號的數字量后通過邏輯判斷得到移動帶電體的移動方向，并控制顯示裝置輸出判斷結果。

進一步地，所述駐極體靜電探測頭為多個，形成駐極體靜電探測頭陣列，通過所述駐極體靜電探測頭陣列獲得帶電體運動的方向。

進一步地，所述微控制器通過模數轉換芯片將感應電壓波形進行量化、編碼，然后將不同的金屬基底產生的感應電壓送到微控制器不同的管腳；微控制器接收到各個管腳電壓后，將從第一個不為0的數據開始記錄，直到最后一個不為0的數據，然后比較同一時刻各個金屬基底產生的感應電壓的大小，并將其順序排列；然后由感應電壓的大小以及矢量疊加得到帶電體的運動方向以及距離駐極體靜電探測頭陣列的距離。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提出的基于駐極體效應的移動帶電體的方向探測裝置及方法，具有高靈敏度、高集成度、體積微小、能夠實現(xiàn)自激勵、可以輸出數字信號的優(yōu)點，可廣泛用于帶電物體移動方向的探測。

附圖說明

圖1為駐極體靜電探測頭的結構示意圖。

圖2為基于駐極體效應的移動帶電體的方向探測機理及裝置的一個實施例示意圖。

圖3為駐極體靜電探測頭按照徑向排列形成駐極體靜電探測頭陣列的示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例和附圖，對本發(fā)明做進一步說明。

本發(fā)明的基于駐極體效應的移動帶電體的方向探測裝置包括：前端駐極體靜電探測頭、放大電路、濾波電路、微控制器、顯示裝置。其中前端駐極體靜電探測頭如圖1所示，包括：駐極體薄膜和金屬基底；微控制器采用單片機；顯示裝置采用led屏幕。前端駐極體靜電探測頭與濾波電路電連接，駐極體靜電探測頭為多個，形成駐極體靜電探測頭陣列，駐極體靜電探測頭陣列輸出的微弱信號首先通過濾波電路，將噪音及其他干擾產生的信號濾掉之后進入放大電路，經過放大電路放大后進入微控制器，微控制器通過模數轉換芯片將得到的模擬信號轉換為數字信號后對其進行邏輯判斷并控制顯示裝置輸出判斷結果。

前端駐極體靜電探測頭包括：駐極體薄膜和金屬基底。其中金屬基底使用金屬材料；駐極體薄膜可以使用特氟龍teflon，派瑞林parylene的聚合物派，以及二氧化硅sio2，氮化硅si3n4的無機壓電駐極體材料中的一種。極化方式可采用射線或電暈極化。駐極體薄膜緊貼在金屬基底的上表面。當帶電體靠近或遠離駐極體靜電探測頭時，根據駐極體效應，金屬基底產生感應電荷及靜電場電勢。探測過程中，使用駐極體效應，因此不需要外加激勵電源。

駐極體靜電探測頭陣列中所包含的駐極體靜電探測頭的數目n≥4，當n＝4時，在上下左右方向各放置一個，且為正交排列，以確保能夠全方位的探測帶電體移動方向。

當帶電物體經過前端駐極體靜電探測頭陣列時，所有探測頭均會產生感應電壓，物體與探測頭之間的距離與探測頭產生的感應電壓成反比。該感應電壓通過濾波、放大后進入模數轉換芯片，模數轉換芯片將感應電壓波形進行量化、編碼后將不同的金屬基底產生的感應電壓送到微控制器不同的管腳。微控制器接收到各個管腳電壓后，將從第一個不為0的數據開始記錄，直到最后一個不為0的數據，然后比較同一時刻各個金屬基底產生的感應電壓的大小，并將其順序排列。由于感應電壓與帶電體與駐極體靜電探測頭之間的距離成正比，微控制器將得到的感應電壓按照接收的時刻分組，每組感應電壓由大到小順序排列并記錄產生最大感應電壓vmax的駐極體靜電探測頭的標號nx，將所有的nx按照時刻排列，即為帶電體的運動方向，將相同時刻的感應電壓由大到小順序排列并記錄對應的駐極體靜電探測頭的標號，即可確定帶電體的空間位置，綜合以上兩條信息即可得到帶電體的三維矢量運動信息。由感應電壓的大小以及矢量疊加可以得到帶電體的運動方向以及距離駐極體靜電探測頭陣列的距離。

圖2給出了一個具體實施例，本實施例的基于駐極體效應的移動帶電體的方向探測裝置包括：駐極體靜電探測頭陣列、濾波電路、放大電路、微控制器、顯示裝置。其中駐極體靜電探測頭陣列包括4個駐極體靜電探測頭，分別布置于上下左右方位，成中心對稱型，探測頭之間相互電絕緣，駐極體靜電探測頭均與濾波電路進行電連接；濾波電路與放大電路，放大電路與微控制器，微控制器與顯示裝置均為電連接。

當被測帶電物體從某位置向某方向運動時，基于駐極體效應，4個駐極體靜電探測頭分別輸出感應電壓，該感應電壓與被測物體與靜電探測頭之間的間距成反比，該感應電壓經過濾波和放大后被微控制器以數字的方式接收并且進行邏輯判斷，之后通過顯示裝置輸出邏輯判斷結果即該帶電物體的運動方向。

本發(fā)明中，駐極體靜電探測頭也可以按照徑向排列形成駐極體靜電探測頭陣列，如圖3所示，其中s1～s8為駐極體靜電探測頭。

最后需要注意的是，公布實施例的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領域的技術人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于實施例所公開的內容，本發(fā)明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。