弧形PVDF传感器的灵敏度研究与制作

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhenlic0300
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PVDF薄膜较其他压电材料厚度更薄、延展性及动态特性更好,因此更适合用于制作柔性、符合人体工学的传感器。研究发现弧形PVDF传感器较平面PVDF传感器灵敏度更高,因此本课题研究了弧形PVDF传感器的灵敏度与半径的关系,并从应变分布角度来揭示其机理。首先,使用ANSYS软件对半径2mm-5mm的弧形PVDF传感器受集中力时的输出特性进行仿真。发现传感器的半径越小灵敏度越高;在此基础上对传感器表面应变分布进行仿真和分析,仿真结果表明,弧形PVDF传感器在半径减小时灵敏度增大的原因是其表面应变面积分的增大;通过仿真平面传感器表面应变分布,对比发现弧形传感器的应变积分大于平面传感器的应变积分,这正是以往文献中提到的弧形传感器灵敏度高于平面传感器的原因;为分析本文与以往文献中结论不同的原因,仿真传感器受均布力时的表面切向应变,得出结论,本文与文献的不同之处在于传感器受力方式的不同。其次,制作以半圆柱实心硅胶为基底,半径分别为3mm、4mm和5mm的弧形PVDF传感器,对其施加集中力并计算灵敏度。通过信号发生器、功率放大器、激振台对弧形PVDF传感器加载集中力,同时使用CL-YD-303型压电式力学传感器标定该加载力,再通过电荷放大器放大输出信号并经由示波器显示。实验结果表明,半径小的弧形PVDF传感器灵敏度高,这一结论与仿真结论一致。最后,设计并制作以PDMS为基底的7种半径不同、圆弧数不同的弧形PVDF传感器,测量这些传感器在集中力作用下产生的电荷量并计算其灵敏度。结果发现单圆弧、多圆弧PVDF传感器灵敏度均随半径减小而增大且与圆弧数无关。因此,选用2mm的单圆弧PVDF传感器测量脉搏,结果表明该传感器可精确测量手腕动脉处的脉搏并可将得到的数据用于心率、血压等的健康参数的分析。
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