一种电子皮肤的触觉传感性能研究

皮肤是人类感知外界信息的重要器官,人类通过皮肤产生的触觉感来判定环境变化,从而做出相应的反应.该文以聚偏二氟乙烯(PVDF)为主材料,设计制备了液体芯PVDF压电纤维、电子皮肤柔性触觉传感器.为了测试该电子皮肤的触觉传感性能,实验以推力计施加压力,使压电纤维发生形变,则电荷改变.通过机器学习误差逆向传播(BP)神经网络...     

基于PVDF/GO纳米复合薄膜的柔性压电传感器

为了解决有机柔性压电传感器压电输出较小的问题,设计了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)掺杂氧化石墨烯(GO)的柔性压电传感器.介绍了该传感器的制备方法,对比了有无掺杂GO对传感器压电输出性能的影响,并且分别对它们进行了相关测试.结果表明,掺杂质量分数0.5％的GO后,PVDF中的p相结晶度提升了16.7％,且传感器具有更高...     

仿生半规管传感器密度差感知特性研究

采用表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,设计制备了一种仿生半规管。根据压电方程和密度差理论,建立仿生半规管的密度差感知机理理论模型。搭建了实验系统,测试了传感器对仿生内淋巴液与仿生壶腹嵴之间密度差变化的感知功能。实验结果表明,仿生壶腹嵴传感器在液体压力作用下可以产生相应的变形,并且不同密度差下的响应幅值不同,同时验证了人体半规管中,当密度差足够大时,半规管具有对直线加速度产生反应的能力。     

高灵敏度网状石墨烯微弱压力传感器的研究北大核心

为了改善微弱压力传感器的灵敏度，利用微结构来产生压阻效应的方法，制备出一种性能优异的压力传感器。研究了三种不同结构的石墨烯压力传感器，并设计和研究了石墨烯压力传感器的版图结构、工艺制备流程和材料表征。最后，对三种不同结构的石墨烯压力传感器进行了灵敏度测试。实验结果表明，网状结构的石墨烯压力传感器具有较高的灵敏度，在低压强下(0～200 Pa)的灵敏度可达到0.303 kPa-1,最低可检测到24.5 Pa的压强。该网状结构的石墨烯压力传感器是一种可以感知微弱压力变化的高性能压力传感器。     

仿生角加速度传感器设计及传感特性研究

半规管是人体前庭系统中的一种角位移感知器官,该文基于人体半规管几何尺寸、机械属性及内部结构,利用表面对称电极含金属芯聚偏二氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器,设计制备了一种结构尺寸、工作机理与人体半规管基本一致的仿生角加速度传感器。同时搭建了实验系统,对仿生半规管传感器的感知理论模型进行了验证。实验结果证明,传感器的工作机理与数学模型推导结果基本一致,仿生传感器在不同加速度刺激下输出相应幅值的电信号。通过扫频实验确认系统固有频率约为10 Hz,可用于人体头部的运动检测。     

基于PVDF薄膜传感器及其应用研究

本文探讨了传感器用具有较好铁电性的β相PVDF薄膜的制备方法及性能特点,介绍了基于PVDF薄膜的压电性能和热释电性能,以及采用该薄膜制备的传感器的应用领域,重点介绍了其在机械工程领域,土木工程领域,交通和生物工程领域的应用,探讨了薄膜传感器存在的主要原理上的欠缺和技术不足等方面的问题,并对其发展前景进行了展望。     

基于PVDF压电薄膜的仿生触觉检测系统研究

为了提高触觉传感器的灵敏度,依据聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜压电效应的基本原理,结合人体皮肤生理结构层仿生学,设计双凸点拱形结构传感器,优化集成信号调理电路,设计上位机LabVIEW数据分析处理程序,提出一种基于PVDF压电薄膜的仿生触觉检测系统。针对不同结构传感器测试分析,使用Origin软件对采集数据进行处理,验证了双凸点拱形结构传感器滑觉信号检测灵敏度最佳,是无凸点拱形传感器的1.36倍、上凸点拱形传感器的1.19倍。实验表明,该系统可检测判断触滑热觉信号,实现触觉传感器的仿生皮肤功能。     

四电极含芯压电纤维简谐振动传感特性研究

受到水黾等动物能感知身体振动的毛发感受器的启发,设计了一种能感知外部振动的仿生纤维振动传感器。采用模具干压成型法制备了含铂金芯的压电陶瓷纤维胚体,经过高温烧结、涂镀表面电极、极化后,制成表面四电极含金属芯压电纤维(MMPF)振动传感器。并建立了悬臂梁结构,2对表面电极用作传感电极的传感器理论模型。把纤维固定在基体上,验证传感器对基体结构受到简谐激励的传感性能。结果表明,MMPF能够感知基体结构受到简谐激励的频率、幅值和方向。这种具有感知幅值和方向的仿生纤维振动传感器将有广泛的应用前景。     

利用压电薄膜设计体积位移传感器

以不同边界条件的振动板为例,提出利用模态方法和分部积分方法设计PVDF传感器测量体积位移。模态正交性设计方法只能满足单一边界条件振动板结构体积位移的测量,而根据分部积分方法设计得到的PVDF传感器,适合一定边界范围的振动板的体积位移测量,并且所设计的PVDF传感器形状与激励力性质(类型、位置和频率范围)以及振动板本身的材料特性无关。     

气流检测用PVDF超声传感器有限元仿真

针对气流检测对超声传感器提出的高频指向性的需求特点,以聚四氟乙烯(PVDF)超声传感器中敏感元件PVDF圆膜作为研究对象,利用有限元法建立了模型,并模拟了其电学和声学性能。分析了薄膜厚度和直径对声学性能参数的影响,并对变化规律进行了讨论。     

高灵敏度Si基纤毛式MEMS湍流传感器

为了满足湍流探测高灵敏度、高分辨率的要求,提出了一种新型纤毛微电子机械系统(MEMS)湍流传感器。基于MEMS技术制作了硅十字梁敏感受力结构,通过橡胶探头的受力振动传递水中的湍流信号,凭借传感器头部的导流罩来保证传感器的高分辨率探测。对MEMS湍流传感器进行理论和仿真分析,其一阶共振频率达到481.04 Hz。经过海洋环境模拟机测试实验,结果显示其在50 MPa压力下保持了完好的结构和良好的性能,验证了其水下的可靠性。在湍流实验平台进行测试,通过比较标定法得出其灵敏度为1.92×10^-4 V·m·s^2/kg,满足海洋湍流测试要求。     

A study on PVDF sensor using wireless experimental system for bridge structural local monitoring

Originated from aerospace area, smart material structures have been a research hotspot in the application of engineering. For structural health monitoring within the context of civil engineering, the research about high-performance sensing units are very important. As one of the piezoelectric materials belonging to smart ones, Polyvinylidene Fluoride (PVDF) is widely regarded for its property advantages of low cost, good mechanical abilities, high sensibility, and corrosion resistance. In this paper, for the validation of PVDF sensors as sensing units for bridge structural local monitoring, wireless experimental systems of PVDF sensor for structural local monitoring on a bridge model and beam were built. Firstly, based on the operating mechanism, the measurement circuit and the characteristics of PVDF are introduced. Secondly, system framework of PVDF sensor for local monitoring is proposed, a bridge model is built, wireless sensor kits are then developed. Finally, Bridge damage monitoring experiments have been done for structural local health monitoring using PVDF sensors. The experimental results show that PVDF sensor can handle structural impact response monitoring and damage detection of civil engineering, and the developed wireless sensor experimental system can be easily implemented for use in practical monitoring engineering.     

基于PVDF的呼吸信号检测腰带研究

针对人体睡眠状态呼吸信号检测的重要性,基于聚偏氟乙烯(PVDF)的正压电效应,研制了一种呼吸信号检测装置。装置前端由PVDF压电薄膜和可伸缩腰带组成,为获得稳定的呼吸信号,在压电薄膜和腰带间引入弹性结构。针对传感器输出端呼吸信号提取,设计了高品质、灵活的信号处理电路。测试结果表明,该装置检测的呼吸信号波形以周期性形态呈现,稳定性好,满足实际检测需要。     

Nickel Metal-Organic Framework/PVDF Composite Nanofibers-based Self-Powered Wireless Sensor for Pulse Monitoring of Underwater Divers via Triboelectrically Generated Maxwell's Displacement Current

With the increasing need for underwater exploration to monitor environment, collect data or recreation, underwater diving and its associated technologies have drawn significant attention. So, a single-electrode triboelectric nanogenerator (STENG) as self-powered wireless sensor based on Maxwell displacement current concept for underwater usages to monitor arterial pulse and body movements of diver is demonstrated. The STENG is fabricated with an optimized 7.5 wt.% of hydrothermally synthesized Ni-MOF and PVDF based composite nanofibers (Ni-MOF/PVDF CNF) on copper foil as electronegative tribo-material and electrospun nylon 66 nanofibers as electropositive tribo-material. The PDMS encapsulation of STENG exhibits water-proof properties with V_oc, I_sc, and charge output at 45 V, 0.77 µA, and 0.169 µC/cycle, respectively under single-finger tapping. As pulse sensor, STENG monitors arterial pulse and wirelessly transmits information underwater (without external power), wherein STENG generated current creates polarized field in water to get transmitted within a certain distance. Additionally, STENG is demonstrated as a strain sensor to monitor joint movements like ‘elbow, shoulder, knee, etc. Detailed reliability studies reveal that the device is robust against multiple cycles of bending, retains its performance in saline/muddy water, and in the presence of obstacles in the transmission path, which confirms its potential in real life conditions for pulse monitoring of underwater divers.     

基于OpenMV的水下机器人管道巡检比赛策略研究

针对江苏省大学生机器人大赛水下机器人水中巡检项目,文章提出了基于OpenMV图像识别水下机器人以比赛可用的水下仿生机器人为载体,以STM32F103单片机为核心,结合OpenMV模块的OV7725感光元件,利用感光元件采集到的信号控制水下仿生机器人的游动速度、转弯等运动实现航道的巡迹,并能通过色块寻找实现检测黑点,在实验室测试和比赛中都取得良好的效果。     

Underwater localization using stochastic proximity embedding and multi-dimensional scaling

Localization for underwater acoustic sensor networks is an active research topic where a large number of techniques have been proposed recently. This paper addresses one of the open research issues, the impact of underwater sound speed variation on the localization accuracy. In this paper, modified versions of stochastic proximity embedding and multi-dimensional scaling localization algorithms customized for underwater application are proposed. The algorithms are found to provide good performance in underwater scenario as they take into account refractive ray bending of acoustic waves. Detailed study of the algorithm performance has been done and the results are reported. Cramer Rao Lower Bound for the problem is also derived.     

基于PC104与C8051F120的水下机器人环境监测系统设计

为了实现对水下机器人周围环境的监测,提出了一种基于PC104与C8051F120的水下机器人环境监测系统设计方案,并完成系统的软硬件设计.该系统的硬件部分主要是采集下潜深度传感器、姿态传感器、温湿度传感器的数据,软件部分采用用Visual C＋＋ 6.0设计了监控界面.该系统能够实时显示视频和各传感器数据.实际测试表明,该系统具有稳定性高、准确性高的特点,达到了设计要求.     

利用ADM方法设计振动梁的体积位移传感器

提出了一种用来测量任意边界振动梁的体积位移传感器设计方法.利用压电材料聚偏氟乙烯(PVDF)良好的压电性能,通过基于Adomian分解(ADM)法,求出任意边界梁的结构模态形状2阶空间导数的闭环级数解,通过模态法设计出特殊形状的PVDF传感器,使PVDF输出信号为所需要的振动梁体积位移.结果表明,在有限频率范围内,基于ADM法设计任意边界条件振动梁结构的PVDF体积位移传感器是可行的.