论文部分内容阅读
压阻效应是指当材料受到应力时，其载流子的平均有效质量增加或减小（取决于应力方向、晶体取向和电流方向），从而电阻率发生改变的现象。压阻效应一般比电阻应变效应大两个数量级，被广泛应用于各种压阻传感器。压阻传感器应用最为广泛的是X型压阻传感器和桥式压阻传感器。为了提升传感器的柔韧性和灵敏度，X型压阻传感器大多采用压阻复合材料，桥式压阻传感器则多采用合金薄膜压阻应变片。因此，本文提出了一种预测压阻复合材料力学性能和电学性能的新思路，并将有压阻效应的碳纳米管线铺排在聚合物中制成一款新型X型压阻传感器并分析了影响其灵敏度的因素，最后研究了有孔洞合金薄膜电阻应变片组成的桥式压阻传感器的电压输出。主要工作内容如下: (1)将不均匀复合材料的平均应力与平均应变的关系用一个均匀材料的应力-应变关系代替，从体积加权平均出发，将已知的整体坐标下的各单元各节点应力、应变、电场强度和电流密度值转换到局部坐标系下，用形函数计算出相应高斯点的值，采用高斯积分法计算整个域的平均应力、平均应变、平均电场强度和平均电流密度，进一度得到该复合材料的平均刚度、平均电阻率和平均压阻系数，并编写了计算程序。 (2)运用均匀化理论和有限元方法计算了含孔洞正方形板的电阻率和压阻系数，考虑了不同孔洞体分比对电阻率和压阻系数的影响，并且讨论了孔洞的数量、位置和形状等因素对电阻率和压阻系数的影响。 (3)运用碳纳米管线的压阻效应，将其铺排在聚合物中制成一款新型X型压阻传感器，并分析了碳纳米管线铺排间距、铺排角度以及传感器电极尺寸对该传感器灵敏度的影响。 (4)根据惠斯通全桥电路设计了一款悬臂梁式压阻加速度传感器，对传感器的弹性元件和合金薄膜电阻应变片给出了具体的尺寸。对该加速度传感器进行了模态分析。研究了施加的均布荷载和输出电压之间的关系，将有孔洞电阻应变片制成的传感器的输出电压和无孔洞电阻应变片制成的传感器的输出电压两种情况相对比。考虑电阻应变片的厚度以及电阻应变片上孔洞对悬臂梁式压阻加速度传感器的输出电压的影响。