一种基于高压静电纺丝工艺制备的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器及其在睡眠监测中的应用

针对日常睡眠监测的需求,提出一种基于高压静电纺丝工艺制备的P(VDF-TrFE)/锆钛酸铅(PZT)压电传感器并对其性能进行了研究。首先,介绍了P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器的制作及封装流程。其次对其灵敏度,频率响应特性,瞬时响应和稳定性等进行了测试。结果表明,该传感器不仅具有良好的微观外貌形态,且相比于纯P(VDF-TrFE)压电传感器0.73 V/N的灵敏度,制备的含30%PZT的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器灵敏度是纯P(VDF-TrFE)压电传感器的2.5倍,达到了1.78 V/N。此外在低频下能够保持稳定压电输出且具备2 ms较快的响应时间。最后采用自制的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器测量人体心冲击信号,并通过支持向量机(SVM)训练睡眠分期模型实现了对睡眠质量的监测,四分类模型平均准确率达到72.5%,为可穿戴睡眠监测传感器的选择提供了参考。

柔性PZT复合薄膜压力传感器的研究进展

随着柔性传感器技术在人工智能、电子皮肤等领域的应用,柔性PZT复合薄膜压力传感器因具有高柔性以及高压电性能深受研究者的青睐。柔性PZT传感器作为先进智能设备的重要组成部分,对未来机器人电子皮肤以及智慧医疗的进步有重大推动作用。将从柔性PZT复合薄膜压力传感器的工作原理与制备、研究现状及应用等方面进行综述,最后对传感器的现状进行了总结分析,并对传感器的未来发展进行展望。

基于PZT传感器的粉煤灰混凝土强度监测及预测研究

近年来压电陶瓷材料传感器由于低成本、响应快等优点被学者广泛研究,其监测的准确性及灵敏度仍需进一步考究。针对地势陡峭的建筑强度检测工作难度较大的现状,采用嵌入式PZT传感器对粉煤灰为0、20%、40%、60%的混凝土强度变化进行试验监测研究,并构建了其抗压强度预测模型。通过对各组试验在EMI监测、电导与强度关系、强度拟合等方面的分析,结果表明,适量粉煤灰掺量可提高混凝土强度;随龄期的增加,PZT传感器电导峰值下降,频率增加;预测模型预测的各粉煤灰掺量混凝土强度平均误差为3.91、1.95、1.74、0.85,误差较小。PZT传感器可应用于工程,且具有较好的灵敏性、准确性。

混凝土结构中PZT传感器的多功能性分析及应用

针对混凝土结构被动监测中的压电陶瓷(也称锆钛酸铅,Pb-based lead zirconium titanate,简称PZT)传感器信号的多功能特性,提出了PZT传感器不同用途信号的提取方法。根据不同功能信号的频率范围差异,通过小波Mallat分解,得到用于反映结构整体动态信息的振动信号以及局部断裂破坏引起的声发射信号,通过与加速度传感器和声发射传感器信号比较,验证了提取方法的正确性,并将该方法应用到钢筋混凝土框剪结构模型地震破坏试验的实时监测中。试验结果表明,应用该方法提取到的振动信号能准确测得结构主频率等结构的动态信息,声发射信号部分能清楚捕捉局部损伤引起的能量释放情况。应用该方法可准确提取出结构的振动信号和声发射信号,利用同一PZT传感器能够实时评估和监测结构的整体动态特性和局部损伤状况。

基于MEMS的硅基PZT薄膜微力传感芯片

为了测量毫克级的微小力，设计并制造了一种硅基PZT薄膜悬臂式微力传感芯片。采用溶胶-凝胶（Sol-Gel）方法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上成功制备了厚度不同（300-800nm）的锆钛酸铅（Pb（ZrxTi1-x）O3）薄膜，薄膜表面均匀，无裂纹。通过测试和分析，研究了PZT薄膜的制备工艺参数和压电、铁电、阻抗特性。采用微机械加工手段制作了长度为1000μm、500μm、250μm的硅基PZT薄膜微型悬臂结构。当在悬臂的自由端沿着厚度方向施加毫克级的微小力时，微型悬臂就会在厚度方向发生弯曲和振动，通过测量在压电材料表面电极上的电荷量，并通过计算可得到微型悬臂所受的集中力的大小，实现微力的测量。该文还对微力传感芯片的工作方式进行了研究，初步设计了传感器系统模型。

Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层状复合磁电传感器磁电效应

采用树脂粘结法制作了L-T型(磁致伸缩层的磁化方向与压电层的极化方向相互垂直)Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层状复合磁电传感器。采用等效电路法对磁电系数进行了详细推导,得到磁电系数方程。磁电系数方程显示磁电系数决定于Terfenol-D与PZT的性能参数和磁电传感器中两种材料的体积比。为此从理论和实验上分析了偏置磁场、传感器中两种材料所占的体积比以及驱动磁场频率对磁电系数的影响规律。结果表明偏置磁场、传感器中两种材料所占的体积比和驱动磁场频率对磁电传感器磁电系数的影响都很明显,并且磁电系数的计算结果与实验结果一致,对于所制作的复合磁电传感器,相同条件下磁电系数的计算值与实验值的相对差值小于6%。

PT/PZT/PT薄膜微力传感器

提出了一种基于PT/PZT/PT压电薄膜微悬臂梁结构的微力传感器。运用Sol-Gel(溶胶-凝胶)法制作了PT和PZT薄膜,采用X射线衍射技术表征了PZT和PT/PZT/PT两种薄膜的成相特征,用阻抗分析仪测试了PZT和PT/PZT/PT薄膜的介电常数。结果表明,在PZT薄膜退火温度同为600℃时,PZT和PT/PZT/PT薄膜均为完整的钙钛矿结构,而且PT/PZT/PT薄膜沿(100)晶向强烈取向;在测试频率为1 kHz时,经600℃热处理条件下制备的PZT和PT/PZT/PT薄膜的相对介电常数分别为525和981。最后应用MEMS工艺制作了基于PT/PZT/PT压电薄膜微悬臂梁结构的微力传感器。在静态和准静态下对微力传感器的传感特性进行了测试。测试结果表明,力与位移或电荷具有良好的线性关系。两种尺寸微力传感器的灵敏度分别为0.045 mV/μN和0.007 mV/μN,力分辨率分别为3.7μN和16.9μN,满足了微牛顿量级微小力的测量。

PSN-PZT陶瓷及其在加速度传感器中的应用研究

利用传统固相烧结法制备了0.02Pb(Sb_(0.5)Nb_(0.5))O_3-0.98Pb_(1-2 x)Ba_xSr_x(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3压电陶瓷(其中x=0.02,0.03,0.04,0.05).讨论了不同Ba、Sr复合掺杂量及烧结温度对陶瓷结构和电性能的影响.结果显示,当x=0.04,烧结温度为1 260℃时,压电陶瓷的性能最佳,其中d_(33)=615 p C/N,ε_(33)/ε_0=2 224,tanδ=2.11%;然后把这个配方的陶瓷片安装到传感器中,测试其电荷灵敏度、最大横向灵敏度比和最大线性误差,电荷灵敏度为2.72 p C/(m·s^(-2)),最大横向灵敏度比小于5%,最大线性误差为2.97%,符合通用振动测试类型传感器使用要求.

用于微传感器中PZT压电薄膜的制备和图形化

采用溶胶-凝胶法在Si/Si3N4/Poly-Si/Ti/Pt基片上制备PZT压电薄膜,为了选择更适合微电子机械系统(MEMS)器件的压电薄膜,采用一般热处理和快速热处理对锆钛酸铅(PZT)压电薄膜进行干燥和结晶。首先,采用V(H2O):V(HCL):V(HF)=280 mL:120 mL:4drops(4滴HF溶液)配比的腐蚀液在室温下对未结晶的PZT压电薄膜进行了湿法腐蚀微细加工;然后,对图形化好的压电薄膜进行再结晶的热处理,实验结果表明这种方法可用于压电薄膜微器件的制备。

PZT语音传感器及其信号特征研究

论文针对强噪音环境提出一种PZT振动拾音器作为语音识别的前端输入。在同步采样前提下,比较了其信号与麦克风信号在时、频域上抗噪声性能上的差异。为弥补部分语音信息的丢失,提出了一种混合倒谱系数作为语音识别的特征,并分析了其抗噪声性能。

基于PMN-PT的宽带高灵敏双谐振式声发射传感器研究

声发射传感器被广泛应用于局部放电检测中,而基于PZT压电陶瓷的声发射传感器难以同时满足越来越高的灵敏度和带宽需求。该文设计了一种双谐振式声发射传感器,采用高性能铁电单晶PMN-PT作为压电振子,并使用谐振峰耦合,可同时提升灵敏度和带宽。所制备的传感器实现了76.2 dB的高灵敏度,20~105 kHz的大带宽,且具备良好的稳定性。对比基于PZT-5H的声发射传感器,其具有更高的灵敏度和信噪比。

基于平衡PZT法解调的FBG传感器

提出了一种基于压电陶瓷叠堆驱动参考光纤Bragg光栅(FBG)扫描滤波的FBG传感器波长解调机构,设计了对称结构U型金属支架结构,并采用两侧粘贴光纤光栅的方式,同时对光纤光栅施加相等的预应力,这种结构扩展了解调光栅的扫描范围,平衡了压电陶瓷叠堆所受的拉力,增强了其运行可靠性,提高了扫描线性度。实验结果显示:在0～200 V的电压范围内,电压和波长移动之间具有良好的线性关系,线性调谐的波长范围约为3.8 nm,解调灵敏度为0.0097 nm/V。利用本系统对温度和压力光纤光栅传感器进行解调测试,解调结果与其特性相符。

小型PZT压力探针制备工艺研究

介绍了一种小型PZT压力探针的制备工艺全过程。文章提出该小型PZT压力探针的主要制作工艺难点及解决办法,给出了研制的初样及测试结果。

基于PZT薄膜的微系统器件研究进展

对当前基于锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)薄膜微系统器件的研究进展进行了综述,对PZT传感器、PZT能量收集器、PZT驱动器的研究进展以及采用不同工艺PZT薄膜的制备技术进行了阐述。对基于PZT薄膜微系统(MEMS)器件的发展趋势进行了展望。

PZT压电式微传感器的结构优化

压电式微传感器的灵敏度除与悬臂梁的尺寸、加工工艺和压电材料本身有关外,还与悬臂梁的截面形状有关。讨论了PZT压电式压力微传感器的灵敏度与悬臂梁变截面长度和偏转角度的关系,给出在给定外力F和压电材料用量的前提下,建立含有约束的数学优化模型,并用遗传算法计算出最优变量值,使产生的感应电荷最大,从而提高微传感器的灵敏度。

MICRO TOUCH SENSOR USING PIEZOELECTRIC THIN FILM FOR MINIMAL ACCESS SURGERY

The micro touch sensor which is designed to be used in the blood vessels isproposed. Using this touch sensor, the risk of injuring blood vessels can be reduced. A prototype ofmicro touch sensor using PZT (lead zirconate titanate) thin film synthesized by hydrothermal methodis made. The basic properties of the micro touch sensor are studied. In order to analyse theproperties of the micro touch sensor, a mathematical model is set up.

基于PZT纳米纤维柔性压力传感器的研制

设计制作了一种柔性压力传感器，以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为柔性基底，用静电纺丝技术制备的锆钛酸铅（PZT）纳米纤维作为敏感材料。将PZT纳米纤维铺设到带有氧化铟锡（ITO）叉指电极的PET柔性基底上，再将聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜覆盖在PZT纳米纤维上制成柔性压力传感器。利用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分别对PZT纳米纤维的晶体结构和形貌进行了表征，并通过测试系统测试了传感器的性能。测试结果表明：在20-60kPa内，随着压强的增大，传感器的开路电压随之线性增大，最大约为10V，其中灵敏度约为180mV／kPa。

基于PZT的500MHz超声传感器设计和MEMS制作

利用KLM等效电路模型设计了一种中心频率为478 MHz的超声传感器。采用溶胶—凝胶法在硅衬底上制备了厚度为4μm的锆钛酸铅(PZT)厚膜压电材料,对压电材料的晶体结构、表面剖面形貌、压电性进行了测试,材料均匀致密,具有较好的压电性。研究了超声传感器的制作工艺,制作出实际工作频率为459 MHz的高频超声传感器,搭建测试平台测试其电阻抗,实验值与理论值相匹配,电阻抗误差为1.8%,中心频率误差为3.9%。

基于PZT单晶纳米线的柔性透明能量收集器研究

采用水热法制备了锆钛酸铅(PZT)纳米线并制作了一种压电式柔性透明能量收集器,然后对其能量收集特性进行了研究.PZT纳米线呈单晶结构,能量收集器可见光透过率约为60%,可实现大的机械形变.振动测试结果表明,该器件的最大开路输出电压约为2.6V,压强灵敏度约为0.035V/kPa,最大交流(AC)均方根输出电压约为0.8V,最大AC输出功率密度约为57.5nW/cm^2,这表明该器件在机械振动能量收集发电和传感方面具有良好的应用前景.

PZT纳米纤维MEMS压电式传感器的稳健优化设计

与传统的传感器相比,MEMS传感器结构的微小变差将会对其性能的稳定性产生较大影响,因此将稳健设计应用到MEMS传感器的结构设计中具有十分重要的意义。文中以锆钛酸铅(PZT)纳米纤维MEMS压电式传感器为例,分析其主要结构和工作原理,对其进行压电性能分析,并建立了基于随机模型的稳健设计数学模型。开发相应的算法程序,并求得稳健设计解。对稳健设计的结果进行分析,结果表明稳健设计解在设计变量和噪声因素发生变差时具有稳健性。