基于PVDF柔性传感器的不同介质中冲击波波源测量与频谱分析

目的明确体外冲击波系统冲击头在不同介质界面产生的冲击波波源特征。方法采用冲击气压可调的体外冲击波产生与信号采集实验系统,结合聚偏二氟乙烯(PVDF)柔性传感器,通过实验测量方法研究冲击头在不同介质(仿体组织、水和空气)界面产生的冲击波形,分析波源的时域特征和频谱特性。结果在相同气压冲击下,冲击头在仿体界面和水界面产生的冲击波波形相似,二者与空气界面产生的冲击波波形存在较大差异,空气界面的正负压绝对值明显减小;不同介质中产生的冲击波频谱特性相似,都存在3个明显的峰值频率,仿体、水和空气中调制频率分别为12.2、8.5、7.2 kHz,载波频率基本无变化(82~83 kHz)。不同气压冲击下,冲击头在同一介质界面产生的冲击脉冲波波形差异不大,冲击气压仅影响冲击波幅度,不影响峰值频率。随着冲击气压的增大,介质界面正负压绝对值增大,变化基本呈线性。结论PVDF柔性传感器可以有效测量冲击波波源,不同介质界面产生的冲击波在时域和频域都存在一定差异,不能简单以空气或水中的冲击波传播特性代替生物组织中的传播特性。研究结果可以为冲击波设备的评估和临床冲击波治疗方案的制定提供重要信息。

基于复合压电效应的PVDF传感器测量性能调控

为探索低强度冲击波下的柔性测量技术,基于8 mm孔径柔性基底,对聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride,PVDF)传感器开展激波管标定实验,根据实验结果,采用不同粘贴方式为PVDF传感器增加不同厚度的阻尼层,加载不同强度的冲击波后,从信号脉宽、灵敏度系数、过冲信号幅值等方面评估传感器的可靠性。然后加载窄脉宽冲击波验证设计的传感器能适应不同脉宽冲击波的测量。实验结果表明:添加阻尼层能够大幅降低过冲信号幅值,提高传感器测量信号脉宽,提升传感器的频响。STS-400(single-side thickened sensor-400)型传感器在两种脉宽信号加载下均得到较好的测试结果,相对测量误差不大于±12%。对比两种脉宽冲击波加载下的信号发现,PVDF薄膜传感器更适合测试脉宽在10 ms以内的信号。设计的新型PVDF传感器可为测量爆炸冲击波信号提供思路。

封装厚度和位置对PVDF压电薄膜传感器电荷量的影响

近年来,聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器因可无源供电而得到广泛研究。PVDF压电薄膜传感器在使用时会进行封装,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜是常用的封装材料。为了探究封装材料厚度和封装位置对传感器响应电荷量的影响,设计了6种封装厚度和封装位置不同的传感器,在不同频率下测定其产生的电荷量。结果表明:在0~20Hz和80~100Hz范围内,选择100μm或125μm的封装厚度可得到更多的电荷量;封装位置同样会影响电荷量的产生。同时分析了封装位置影响传感器产生电荷的机理。

利用PVDF设计两维简支结构声辐射模态传感器

PVDF(polyvinylidenefluoride聚偏氟乙烯 )是一种新型的压电高分子材料 ,它不仅密度低 ,而且具有较强的压电性 ,机械性、可塑性好等特点 用特定形状的PVDF薄膜作为误差传感器 ,将它贴在结构体表面上时 ,对系统产生很小的影响 笔者在声辐射模态理论以及两维分布式压电传感器方程的基础上 ,利用PVDF独特的积分特性 ,以简支矩形板为例 ,设计了PVDF压电薄膜传感器用于测量简支板第一、二阶声辐射模态伴随系数 并在理论上进行数值分析比较可知 。

PVDF应力测试技术及其在多孔材料爆炸冲击实验中的应用

通过精确测量Hopkinson杆子弹速度,实现了对PVDF压力传感器的动态标定,测试数据线性度良好,误差不超过1.9%,得到动态灵敏度系数K=32.83pC/N,采用500g TNT对"钢板-泡沫铝-钢板"复合结构进行爆炸冲击加载,测量结构间应力波的传播情况。研究结果表明:电压测试信号可以较为准确地反映弹性波与塑性波的加载时间和传播速度,PVDF对弹性应力波段高频信号的动态响应灵敏准确,与理论数据的相对误差为3.5%。测得泡沫铝材料中塑性波的传播速度为590m/s,A1-B1界面塑性波透射系数达到了0.53,远高于弹性波透射系数。从机理上对应力时程曲线中出现的特殊现象进行了阐述,为相关爆炸测试提供参考。

PVDF压电传感器及敏感单元设计关键技术

研究了聚偏二氟乙烯(PVDF)柔性压电传感器敏感单元设计关键技术和工艺。通过传感器敏感单元设计、电极制作、极化和封装研究实现功能,结合动态冲击压缩实验,对自主研制的PVDF传感器在不同压力段进行标定和A类不确定度评价,实验数据的A类不确定度优于10%,说明所研制的PVDF压电传感器精度高、重复性好,能够满足0.3~10.0 GPa动态冲击压力测量应用需求。目前产品设计水平已达到6级,后续将进一步开展更高压段有效性的应用设计、温度补偿效应研究和工程化产品设计。

联合收获机谷物损失测量PVDF阵列传感器设计与试验

实时监测谷物收获时的损失率具有重要意义。采用聚偏二氯乙烯(PVDF)压电薄膜作为传感器敏感材料,设计了阵列式PVDF传感器及相应的信号调理电路,同时利用该传感器得到了籽粒损失的空间分布。分别选择3种不同含水率的水稻籽粒进行试验并给出了试验测试结果,结果表明不同含水率的水稻样品,传感器的测量误差均在5%左右。

基于PVDF压电传感器的车辆动态称重信号的研究

聚偏二氟乙烯(PVDF)是一种高性能压电材料,非常适合应用于车辆动态称重的环境。针对PVDF传感器的特点,提出用阻尼振动模型分析PVDF传感器产生称重信号的过程,给出称重信号的频谱特点,并在自主设计的实验平台基础上对该信号进行测量。实验结果显示:相对于低频噪声,称重信号主要分布在高频段,该特点为滤除系统噪声提供了依据。根据该特点设计称重系统可以有效地减少算法设计的复杂度,提高系统的测量精确性。

基于PVDF的肘关节控制肌群运动信息采集

针对当前肘关节控制肌群运动信息采集不足的问题,该文提出了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)传感器的肘关节控制肌群运动信息采集方法。论文阐述了PVDF的传感原理,设计并测试得到了传感器悬臂梁的最优结构,进行了传感器阵列及信号调理电路的设计。以徒手及负重10kg哑铃臂屈伸为实际测试内容,结果表明,该方法经济、可靠、实用,能够有效采集和监测运动时肘关节控制肌群的运动信息。

基于PVDF传感器和工作曲率变形实现裂纹梁裂纹检测

提出通过压电高分子薄膜PVDF(Polyvinylidene Fluoride)作为传感器直接测量结构的工作曲率变形(Curvature Oper-ating Shape)实现结构裂纹检测。以悬臂裂纹梁为例,首先探讨基于PVDF传感器测量工作曲率变形,并用于结构损伤检测的可行性,然后介绍工作曲率变形用于损伤检测的理论基础,并以PVDF压电薄膜作为传感器,提出只通过损伤后结构的频率响应函数,直接得到工作曲率变形和损伤指标。最后通过对一条裂纹和两条裂纹悬臂梁的损伤检测实验,证明该方法在梁结构损伤识别和健康监测中的有效性,并且识别过程不需要健康结构的振动信息。

PVDF传感器动态压电特性的试验研究

通过试验研究了国产PVDF应变传感器在0．1—30Hz频率范围内的压电特性，分析振动频率较低时，PVDF的应变与电荷放大器输出电压之间有相位差的原因。由幅频特性及相频特性曲线可以看出，较小的相位差对简谐振动测试信号影响不大，但对于随机信号，可能会造成波形畸变。所以要尽量选择低频特性好的电荷放大器与PVDF压电材料配套使用，以减小随机信号测量波形的畸变。

PVDF计在水中爆炸近场压力测试中的应用

为得到炸药水中爆炸冲击波在一定近场范围内的压力剖面曲线和峰值压力随传播距离的衰减规律,采用在炸药起爆轴线上布置4个PVDF计测量冲击波压力以及在相同实验情况下对炸药轴线上冲击波轨迹进行高速扫描的方法,研究了PVDF计测试近场压力的可行性。结果表明,PVDF计可以用于水中爆炸近场冲击波压力的测量,在量程允许范围内,能得到较准确的冲击波压力峰值;在冲击波强度小于4GPa的情况下,得到了冲击波的压力衰减历程,获得近场压力剖面曲线,对评估舰船抗爆性能具有重要意义。

应用PVDF压电传感器测量诊断超声在宫腔内的辐照量和腹部软组织声衰减的方法

在超声诊断已成为妇产科和计划生育查孕查环查病的常规首选方法的情况下，其安全性问题更为世人关注。本文叙述应用一个安装在产科器械内的ＰＶＤＦ压电超声传感器测定了两种不同类型的Ｂ超仪在宫腔内产生的声场中的最大正、负声压及其典型声压波形，对５１例测量结果进行了分析。宫内测得的最大正、负瞬时声压值分别达到１．５ｘ１０５Ｐａ和－１．２５ｘ１０５Ｐａ；空间峰值时间峰值声强（Ｉｓｐｔｐ）达１．３２Ｗ／ｃｍ２；最大声强（Ｉｍ）达０．４４Ｗ／ｃｍ２．空间峰值脉冲平均声强（Ｉｓｐｐａ）达０．３１Ｗ／ｃｍ２；空间峰值时间平均声强（Ｉｓｐｔａ）达０．７４ｍＷ／ｃｍ２。１６例测量声压与Ｂ超仪在自由场中测得值相比较，可计算出超声所经过的软组织中的综合平均衰减为１．２４±０．１９ｄＢｃｍ－１ＭＨｚ－１。采用宫腔内直接测量方法获得的诊断超声剂量参数和衰减系数对妇产科超声诊断安全性的研究具有重要参考价值。

一种用于机器人手爪的PVDF接触力传感器设计

利用PVDF压电薄膜的压电敏感特性,设计了一种用于机器人手爪的接触力传感器,包括一个电荷放大装置,并建立了数据采集和处理系统。所设计的传感器具有体积小,柔顺性好,信号处理简单的特点。实验分析表明传感器可很好地满足机器人手爪的要求,为机器人手爪提供接触力信号,以实现稳定可靠地抓取。

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压力传感器标定及在激光推进实验中的应用

详细介绍了PVDF压力传感器的设计方法和2个等效测量电路。利用SHPB系统对PVDF压力传感器的动态灵敏度进行了标定,结果显示,不同并联电阻对于PVDF压力传感器动态灵敏度的影响不大,但对脉冲推力上升时间的测量结果有影响,选择较小的并联电阻可以获得更逼真的测试信号。

基于PVDF压电材料的压力传感器设计

设计一种基于有机聚偏二氟乙烯(PVDF)压电材料的压力传感器,其结构包括探头、电荷放大电路、滤波电路和电压放大电路.压力将触头移动,使振动的弹性铁片产生形变,通过弹性铁片上PVDF材料的电压信号变化可实现对压力的测量.该传感器灵敏度为61.22 mV/N,可应用于多种压力的测量.

基于PVDF的金属构件裂纹监测研究

利用聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜响应快、可用于面监测的独特优点,对金属构件的裂纹萌生与扩展、断裂全过程进行了监测实验研究。PVDF压电薄膜监测的裂纹信号出现明显的脉冲特征,通过分析该特性信号表明,PVDF可方便地捕捉到构件裂纹萌生与扩展的瞬间信号,可为结构的安全评定与损伤定位提供可靠的信息。

PVDF声辐射模态传感器设计中的关键问题研究

利用分布式位移传感材料PVDF薄膜设计声辐射模态传感器,通过检测低阶辐射模态的幅度以获得结构近似的辐射声功率。基于声辐射模态理论和PVDF传感模型,推导了PVDF形状系数理论公式,对设计中的关键问题进行了研究,得出PVDF的形状系数和结构振动模态选取的通用准则,提出分频段设计法解决了形状系数和结构振动模态之间在选取上的矛盾,在此基础上对PVDF传感器进行了优化设计并给出了PVDF对的中心线取值的一般规律,利用声辐射模态的嵌套特性使得输出电荷的放大倍数与频率呈线性关系,并通过实例仿真验证了文中结论。

PVDF压电薄膜振动传感器及其信号处理系统

建立了测量振动的ＰＶＤＦ压电薄膜敏感元件的等效模型与传感方程，介绍了测量信号处理系统的结构、功能和用于机敏柔性梁上的实验结果，并给出了与加速度传感器测量结果的比较。