【摘 要】
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压电式微力传感器的低能耗、高灵敏度、易于与压电微执行器集成等优点使其具有良好的应用前景。压电式微力传感器的研究尚处于起步阶段,本文以基于PVDF薄膜的微力传感器为研
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压电式微力传感器的低能耗、高灵敏度、易于与压电微执行器集成等优点使其具有良好的应用前景。压电式微力传感器的研究尚处于起步阶段,本文以基于PVDF薄膜的微力传感器为研究对象,以提高压电微力传感器的灵敏度,实现与压电微执行器的集成为目的,对PVDF薄膜悬臂梁式微力传感器的设计、制作、测试进行了系统的研究。提出一种IPMC/PVDF联合驱动/感知的结构和方法。由于IPMC和PVDF位置接近,激励信号和感知信号产生了馈通耦合问题,提出了一个在实时操作上的巨大的挑战。本文系统分析了悬臂梁传感原理,基于压电效应进行了模态分析,推导出PVDF悬臂梁形变、力、感应电压之间的白箱模型。利用NI的PCI6221数据采集卡,通过LabVIEW系统分析压电薄膜的传感特性和频率特性,并在此基础上设计并调试了压电悬臂梁差分电荷放大电路及微电流放大电路。开发了一套完整的传感实验平台,同时由于检测的力信号非常微小,设计了传感器探头,主要包括：前置放大器设计、差分电路设计、限幅设计和抗干扰设计。为便于微力传感器的小型化,选用DSP数字信号处理器作为MCU,实时采集力信号并予以显示。设计并调试了压电悬臂梁微力信号检测系统软件,结合设计的电路对压电悬臂梁进行检测试验,并用曲线拟合算法对实验结果作分析和讨论。所设计的微力传感器灵敏度：6.4mV/uN,分辨力：0.11uN,线性度：3.83%,动态范围：0.4552Hz-50Hz.
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