一种用于振动测量的新型PVDF传感器

PVDF(Polyvinylidene fluoride，聚偏氟乙烯)是一种新型压电高分子聚合物材料，它具有独特的压电效应，近年来应用十分广泛。通过设计正弦和余弦形状PVDF传感器，用来测量结构的振动参数，并以一维悬臂梁结构位移和功率流的测量为例进行了验证，实验结果表明：这种新型PVDF传感器测量方便、数据精确，同时还可以测量角位移、弯矩、剪力等其他振动量，功能齐全、应用广泛，具有重要的理论研究和应用推广价值。     

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.     

利用高分子压电薄膜设计位移传感器

以一端固定、另一端为任意边界条件的振动梁为例,文中提出通过分部积分方法设计特定形状的PVDF薄膜测量其结构位移.这种分部积分方法得到的PVDF位移传感器形状不但与外激励力的性质(如激励力类型、位置以及频率等)无关,而且不需要振动梁的模态信息.实验结果表明:这种位移传感器的设计是可行的.     

局部模态传感器的设计

以振动梁为例,提出在振动梁的局部表面粘贴特定形状的PVDF薄膜作为传感器测量结构的模态坐标,并通过勒让德多项式推导得到所需的PVDF模态传感器的形状函数。数值计算表明这种模态传感器的设计是可行的,并且这种传感器设计方法与振动梁的外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置等)无关。     

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.     

通过压电式传感器阵列测量简支梁的声辐射模态

采用一组PVDF(polyvinylidence fluioride)阵列测量了简支梁声辐射模态,在简支梁表面粘贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜作为传感器,通过设计这组PVDF输出的加权系数,得到各阶声辐射模态的幅值。研究表明,PVDF的加权系数与辐射体表面上的外激励力无关;实验结果表明,这种声辐射模态传感器的设计是可行的。     

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%。     

PVDF振动传感器的设计及在点火发动机中的应用

聚偏氟乙烯（PVDF）是一种新型压电高分子材料，它具有独特的压电效应，已被越来越广泛地应用于振动控制领域。通过余弦形状的PVDF薄片，设计出具有紧凑结构的振动传感器，并设计了实用的电荷放大电路，最后用其来检测发动机的爆震点，从而对发动机点火提前角进行控制，使发动机工作在轻微爆震状态，通过实验表明PVDF振动传感器测量简单、更方便、更准确，经济性和动力性得到了提高。     

基于MEMS加速度传感器的云高仪倾角和振动测量

提出了一种基于MEMS加速度传感器的半导体激光云高仪倾角和振动测量方案.根据系统要求和加速度传感器的信号特点,研制了外部信号滤波调理电路,并对不同的滤波参数进行了实验比较分析.结果表明:该方案利用一片MEMS加速度传感器的数字和模拟输出,分别进行滤波调理,同时实现精密的倾角和振动测量.测量方案满足系统要求,有效辅助了云高的测量,电路构成体积小、可靠性高、成本较低.     

基于PVDF传感器的高速圆度测量系统

针对机械加工行业圆度测量高速高效的要求,设计了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的压电式位移传感器的高速圆度测量系统,利用此传感器高频响、高灵敏度、高信噪比的优势,通过与电荷放大器相结合,实现高速圆度测量.通过实验可知PVDF传感器测量频率响应在1200Hz以上,谐振峰频率在3000 Hz左右,解决了电感传感器在高速圆度测量中测量结果出现失真的问题.测量数据分析结果表明,此系统圆度测量误差可达到1 μm以内.多次测量证明,该系统测量结果重复性好、可信性高.     

A PVDF transducer for low-frequency acceleration measurements

A unique acceleration transducer, using piezoelectric PVDF, has been developed for low-frequency vibration monitoring. The paper develops the theoretical model for this low-cost, robust sensor. The theoretical model is validated using experimental results from laboratory tests. The sensor was also installed in an underground potash mine alongside a commercial geophone for a three-month in-mine test producing results that show a close correspondence between the two transducers.     

基于转动支承梁式的光纤光栅低频加速度传感器

为了实现低频振动的高灵敏度测量,设计了一种基于转动支撑梁的新型光纤布拉格光栅加速度计。 通过分析其振动 模型和 MATLAB 数值计算,优化了传感器的结构参数,设计传感器理论灵敏度为 1 725 pm / g,固有频率为 68. 4 Hz。 同时通 过 COMSOL 模拟分析传感器的动态特性,其模拟结果与理论分析吻合。 频响特性和幅值特性实验结果表明光纤光栅加速度 计在加速度 0 ~ 2 g、工作频率 0. 5 ~ 20 Hz 的范围内,传感器加速度特性曲线呈现良好线性关系,灵敏度高达 1 495. 2 pm / g,重 复性良好。 该传感器结构简单紧凑,轴承结构有效减少悬臂梁振动过程中的弹性能耗,可显著提高其灵敏度,能够实现低频 振动信号的探测。     

轿车电动座盆振动测试系统研究

提出基于加速度传感器的轿车电动座盆的振动测试系统方案,座盆在设备上夹紧后,采用大功率直流电源通过接触器给座盆电机供电,用PLC控制接触器的通断和电机的供电电流方向,使座盆能够在水平、垂直、仰角三个方向上进行正反转,在座盆运动前将加速度传感器紧贴与座盆滑轨下方正中位置.在座盆运动过程中采集加速度传感器的信号,并用LabVIEW编程软件对信号进行处理,从而获得滑轨振动的峭度、峰值、峰峰值、均方根幅值等参数,将这些参数与要求的合格范围进行比较判断合格与否.实验研究表明:系统的振动动态检测范围0-120dB,分辨率为0.0005g,并可以长期稳定运行.     

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.     

Design and testing of a hybrid polymeric electrostrictive/piezoelectric beam with bang–bang control

Electrostrictive materials, hard ceramics and soft polymers, have been used as precision actuators in many engineering applications. This study is to examine bang–bang control performance of a hybrid Plexiglas beam laminated with polymeric electrostrictive (RTV 270) actuator and piezoelectric polyvinylidene fluoride (PVDF) sensor layers using both analytical and experimental techniques. Material characteristics are calibrated via static testing first; a hybrid beam model is then fabricated and an experiment set-up, consisting of a bang–bang controller, high-voltage amplifier, data acquisition system and the hybrid beam system, is designed to evaluate vibration control characteristics (i.e., damping ratio estimation) of the hybrid beam subjected to various control conditions. Due to the quadratic behaviour of electrostrictive materials, the controller activates the electrostrictive actuator only in upward motion of the beam, with reference to signals generated from the piezoelectric sensor. Base on constitutive equations and dynamic/control characteristics, a mathematic hybrid beam model is also derived from the electrostrictive thin shell theory and its dynamic responses, based on the finite difference discretization, are simulated to predict damping ratios resulting from control forces induced by the electrostrictive actuators. Dynamic responses (with and without control) of the physical beam model are measured and compared with simulation results. Favourable comparison suggests that the mathematical model describes the experimental model very well and its application to other advanced structures can be proceeded.     

微型高过载加速度传感器的加工与测试

针对特殊场合的测试要求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度传感器,结构中采用在质量块背部氢氧化钾腐蚀的方法,减小质量块的质量,及其与梁中性面的相对距离,使梁岛式结构与平膜式结构的优点得到有效结合,结构加工工艺简单可行。利用霍普金森冲击校准装置进行冲击加速度动态特性校准,试验结果分析表明,被测微加速度传感器的灵敏度为0.71 µV/g,与理论值基本吻合。结构受到200 000g冲击后完好且输出信号正常,能有效地满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求。     

气流式加速度传感器性能的研究

本文根据研制气流式加速度传感器所遇到的实际问题，用理论和实验的方法对其进行了分析和研究。并研究了工艺结构、供电电源电压和环境温度等因素对气流式加速度传感器性能的影响。分析了使气流式加速度传感吕的性能指标得到了提高的因素。