一种基于PVDF的车辆动态称重系统设计

针对高速公路车辆超载问题,设计了一种基于PVDF的车辆动态称重系统。首先介绍了动态称重系统的硬件系统,然后比较了三类压电传感器优缺点,简述了PVDF传感器的安装,给出了电荷放大器以及信号采集器等硬件的选择,并对软件系统的设计流程进行了分析。最后设计了动态称重系统试验,对系统进行了验证。     

脉冲压力条件下PVDF压电薄膜的动态响应特性

通过脉冲压力发生装置产生脉冲压力,研究PVDF压电薄膜的动态特性.使用PVDF压电薄膜制作一种测试脉冲压力的传感器,借助标准压阻传感器,测得PVDF压力传感器的灵敏度,计算出灵敏度的不确定度,并将PVDF压力传感器的线性度与压电传感器和压阻传感器作出对比,发现PVDF压力传感器输出稳定.通过比较PVDF压力传感器和标准的压阻传感器输出信号在时域和频域上的相关参数,证实PVDF压电薄膜具备测试动态压力的能力.     

PVDF传感器在整体叶盘叶片模态试验中的应用

为了研究某型发动机整体叶盘涡轮叶片的动态特性,分别采用了聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)压电薄膜传感器、小质量加速度传感器以及非接触式的电涡流传感器进行了模态试验分析和频率检验,并通过有限元软件进行了仿真计算.试验结果与仿真计算结果表明,PVDF压电薄膜传感器具有附加质量小、灵敏度高、频响宽,易于安装、操作简便和成本低等特点.对于单个轻质薄壁构件或是零件分布较密集的复杂结构进行模态试验分析时,采用PVDF压电薄膜传感器具有明显的优越性.     

电纺压电聚偏二氟乙烯有序纳米纤维及其在压力传感器中的应用

针对传统静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯(PVDF)压电纤维工艺复杂和效率低等问题,提出了采用滚筒收集方式制备PVDF有序纳米纤维的方法。通过改变滚筒转速收集纤维,得到了有序程度不同的PVDF纤维膜。用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析了有序纤维膜β晶相的含量,并利用NI数据采集卡在相同条件下测试了纤维膜的压电特性。结果表明:随着滚筒转速提高,纤维有序度增强,β相的含量提高,压电电压输出也明显增大,由此得知滚筒转速变化对β晶相的含量及压电输出电压的影响规律基本一致。基于得到的结果,设计制作了利用该有序PVDF纤维膜的压力传感器,并在不同气压下进行了动态响应测试。结果显示:所制备的PVDF有序纤维压力传感器在0.145~0.165 MPa下的电压输出随气压的增加呈线性增大,表现出了良好的线性度,其灵敏度达179mV/kPa。采用该种方法制备PVDF纤维对研制动态压力传感器极有意义。     

一种柔性PVDF压电薄膜传感器的制备方案

利用性能优异的PVDF压电薄膜制备的新型柔性传感器柔性好、适应性强,可适应复杂曲面,其应用前景十分广阔。首先设计了具有柔性基底的PVDF压电薄膜传感器结构;其次,按照实验设计利用PVDF粉末制备了性能良好的PVDF压电薄膜,提出了一种柔性PVDF薄膜传感器的制备方案;最后总结了该传感器实验制备的主要工艺步骤,可为柔性PVDF传感器设计制备提供参考。     

动压测试中PVDF压电薄膜的防热措施及其动态特性

文中提出了粘贴聚丙烯膜作为PVDF压电薄膜的防热措施,运用单层板温升理论分析了防热效果。设计一种带有标准力传感器的摆锤装置,对有无粘贴聚丙烯膜的PVDF压电薄膜进行对比实验。结果表明:粘贴聚丙烯膜对PVDF压电薄膜动态灵敏度和响应特性均没有明显影响,是PVDF压电薄膜防热的有效措施。     

新型PVDF声发射传感器的设计方法及应用

基于声发射技术研制了一种新型PVDF压电传感器。介绍了声发射传感器的结构、工作原理以及声发射传感器压电元件、背衬材料、声匹配层和前置放大器接口电路设计对传感器灵敏度、分辨率和信噪比的影响。利用美国物理声学公司声发射信号数据采集处理DiSP系统进行了断铅信号采集试验。测试结果表明：设计的新型PVDF声发射传感器对断铅信号具有宽频带响应。应用研制的新型PVDF声发射传感器、数字示波器和计算机组成的数据采集处理系统对4M20氮氢气压缩机六段排气阀进行了状态监测，结果表明新型声发射传感器能够用于设备状态监测，设计方法可行。     

基于PVDF扫描测头的电路系统构建及性能测试

一种采用PVDF薄膜和压电传感器结合钨探针构成的新型扫描测头可以对柔软易损坏及具有大台阶特征的表面实现高精度非破坏性测量.基于该新型测头构建了硬件电路系统,并通过相关试验测试了系统特性.试验结果证明:该扫描测头在垂直方向上可实现亚纳米级的分辨率.     

压电传感器阻抗变换器的设计

压电传感器内阻抗很高,输出信号微弱,要在信号放大之前使用阻抗变换器,将压电元件的高阻抗转化为低阻抗输出,文章分析了阻抗变换器的工作原理和设计方法,指出了阻抗变换器设计应注意的问题和解决的办法.     

弹底发射装药挤压应力测试的PVDF传感器研究

对发射环境下大口径火炮弹底发射装药挤压应力的准确测量是发射安全性研究的关键。本文设计并实现了某型大口径火炮弹底发射装药挤压应力聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器,使用Multisim电路仿真软件对PVDF传感器放大电路进行仿真研究,并利用动态挤压试验装置进行了该新型弹底传感器标定试验,试验获得了该新型传感器的灵敏度系数,进行了新型传感器与通常力传感器的测试对比试验并利用新型传感器进行了膛内弹底发射药挤压应力测试试验,结果表明,该PVDF传感器具有灵敏度高、价格低、性能可靠、能大面积测试的特点,为发射安全性研究提供了新的测试手段。     

PVDF压电传感器信号调理电路的设计

设计PVDF压电传感器信号调理电路,详细介绍前置放大、工频陷波和低通滤波电路的设计原理.利用数字示波器对PVDF压电传感器信号调理电路进行测定.试验结果表明设计的信号调理电路工作稳定可靠、重复性好、噪声小,抗干扰能力强,工频及工频倍频陷波效果明显,信号处理实时、准确,PVDF压电传感器能够用于工业现场信号检测.     

基于PVDF的混凝土内应力传感器设计及应用

针对混凝土内部动态应力直接测量需求,设计制作了软基底的PVDF压力传感器,传感器为夹心式结构,PVDF压电薄膜厚度为50μm,传感器的有效工作区域为1 cm×1 cm的矩形。对传感器防护后将其直接埋入混凝土内部进行动态应力测量,获得了冲击压缩实验中混凝土内部动态应力的有效数据,实现了混凝土内部动态应力的直接测量。与应变片测得的应力信号相比,PVDF压力传感器测得的铝合金试件中应力峰值偏差为10.7%,混凝土中应力峰值偏差为19.3%。     

新型柔性呼吸传感器的设计与性能研究

通过分析患者睡眠时的呼吸特征和生理特征,设计了一种新型柔性呼吸传感器,用于采集睡眠呼吸信号。该新型柔性呼吸传感器考虑到佩戴的舒适性,采用弹性医用网套设计,利用PVDF压电薄膜作为信号采集元件,通过信号调理电路对采集到的呼吸信号进行处理,得到工业用标准呼吸电压信号。对正常睡眠者和呼吸暂停患者睡眠呼吸信号试验数据的对比分析表明:新型柔性呼吸传感器具有采集精度高、信号适配性较好的特点,可用于呼吸信号监控。     

基于 PVDF 三维力传感器设计

在现代机器人技术和柔性电子应用中,迫切需要具有高灵敏度、良好灵活性和三维力测量能力的柔性触觉传感器。本文提出了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的触觉传感器,实现动态三维力测量。传感器由3个夹角为120°的PVDF压电敏感单元构成3个压力敏感区,3个压电敏感单元安置在聚二甲基硅氧烷(PDMS)半球型结构的底面。从PDMS半球顶部传递的三轴接触力引起3个压电敏感单元的电荷分量发生变化,从而计算出接触力的方向和大小。本文推导了基于3个压电敏感单元触觉传感器的三维力算法,对所制备的传感器进行了标定,实现了三维动态力的测试。结果表明,角θ的平均误差为7.75%,角■的平均误差为12.17%,力F的平均误差为7.48%。该三维力触觉传感器在穿戴式电子产品、健康医疗、人机交互等领域拥有很好的应用潜力。     

呼吸信号检测用PVDF压电薄膜传感器设计

针对呼吸信号对人体的重要性,研究设计了一种基于PVDF压电薄膜的呼吸传感器,阐述了该呼吸传感器的设计与制作过程。根据呼吸信号特点,设计了相应的信号调理电路,通过检测人体呼吸过程中口鼻之间的气流对PVDF压电薄膜的弯曲变形,获得了稳定的呼吸信号。采用小波软阈值对原始信号去噪,通过设置波峰电压阈值与相邻两波峰间的时间间隔来准确确定波峰,统计了受试者的呼吸次数。实验结果表明基于该PVDF压电薄膜传感器组成的检测系统能够测得稳定的呼吸信号。     

基于PVDF压电传感器的高压输电塔健康监测研究

针对高压输电塔的健康监测问题,该文设计了一种聚偏氟乙烯薄膜(PVDF)压电传感器,可检测高压输电塔的固有频率,将测得的固有频率与健康时的固有频率对比,分辨出高压输电塔是否受到了损伤。测试结果显示,该PVDF压电传感器表现优良,可以用于实际的信息采集。     

压力传感器加速度效应的系统辨识与建模研究

压力场测试过程中,由于压电型压力传感器的加速度效应给测试带来很大误差。针对这一问题,对压电型压力传感器中压电材料的加速度效应进行了理论分析和有限元静态与动态研究分析。根据系统辨识理论,运用马歇特锤试验数据,对压力传感器加速度效应进行了ARX模型系统建模。基于该模型建立加速度效应数字补偿滤波器,试验结果表明:经过该模型滤波后压力传感器加速度效应降低88%以上。该模型具有精确度高,可靠性和通用性强的特点。     

并联式轴用压电六维力/力矩传感器

针对巨型重载操作装备极端制造中多维大载荷测量的难题,提出一种利用压电石英作为力敏元件的新型并联式轴用压电六维力/力矩传感器。对比各种力敏元件的性能,选择压电石英作为力敏元件可以实现空间力/力矩的动态测量,分析压电石英晶组不同空间布局方式的测量原理,提出并联式轴用压电六维力/力矩传感器的多点测量原理,分别对其建立空间力学模型,并进行解耦计算。设计出高灵敏度、高刚度、高线性度的非组装整体化六维力/力矩传感器新结构。研究并联式轴用压电六维力/力矩传感器的标定方法,并进行静态和动态标定试验,得到六维力/力矩传感器的标定矩阵和误差矩阵。试验表明,该六维力/力矩传感器可以动态测量空间六维力/力矩,具有量程大、线性好、固有频率高、动态性能好和应用场合多等优点。     

基于聚偏氟乙烯的扫描探针显微镜系统

采用聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜和压电陶瓷(PZT),并结合由电化学研磨得到的钨探针,研制了一种具有对称结构的新型轻敲模式扫描测头。在该测头中,PVDF压电薄膜作为振动梁,其下方中间位置固定有钨探针,在PZT的驱动下,PVDF和探针处于谐振振动状态,同时,PVDF作为微力传感器检测探针顶端原子与试样表面原子间的作用力。所构建测头结合三维纳米定位台、控制程序等构成了新型扫描探针显微镜系统。介绍了测头的构成、工作原理、特性以及SPM系统的整体结构、测量原理、三维工作台的定位控制、信号处理过程和整系统特性测试,并以一维标准光栅为试样进行三维图像扫描,证明了该新型扫描探针显微镜系统的可行性和有效性。     

压电阵列式模态传感器的实验研究

以简支梁为例,用一组压电PVDF阵列式传感器测量结构的模态坐标,在简支梁表面均匀粘贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜,然后通过设计这组PVDF传感器输出的加权系数,得到各阶模态坐标.研究表明,这种传感器设计方法与简支梁的外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置等)无关.实验结果表明,这种模态传感器的设计是可行的.