通过PVDF测量简支梁声辐射模态伴随系数

PVDF(Polyvinylidenefluoride,聚偏氟乙烯 )是一种新型的压电高分子材料 ,它具有独特的压电效应 ,近年来受到人们广泛关注 笔者在声辐射模态理论及一维分布式压电传感器输出电压方程基础上 ,利用PVDF独特的积分特性 ,以简支梁为例 ,通过设计PVDF压电薄膜传感器的形状 ,测量了简支梁第一、二阶声辐射模态伴随系数 并对实验数据进行了分析比较     

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 ,这种特定形状的PVDF薄膜作为误差传感器是可行的     

振动板声辐射模态伴随系数的测量

以工程常见四端位移为零的振动板为例,提出一种新的压电式传感器的设计方法测量第一阶声辐射模态伴随系数．利用特定形状的PYDF（Polyvinylidene fluoride聚偏氟乙烯）薄膜作为误差传感器,使PVDF输出信号为所需要的第一阶声辐射模态伴随系数．结果表明PVDF传感器不仅适用四边简支,四边固定以及介于两者之间的边界条件板结构,而且所设计的PVDF形状作为误差传感器对振动结构表面振速分布变化十分敏感．试验数据表明利用PVDF传感器测量振动结构第一阶声辐射模态伴随系数是可行的。     

PVDF压电传感器温度特性研究

PVDF压电薄膜制作的压电传感器在使用过程中存在热释电效应,这将增大压力测量误差．针对该问题,采用电荷积分法设计了试验方案并对自制的PVDF压电传感器进行了热释电效应的试验研究,通过分析,得出了PVDF压电传感器的温度使用范围,并拟定了温度修正曲线．在PVDF压电传感器的使用过程中应用温度修正,可以提高PVDF压力传感器的测量精度．     

基于PVDF的压电触觉传感器的研究进展

聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜因具有柔韧性强、机械强度高、灵敏度高、频响范围宽等优点,在触觉传感器、超声换能器等领域具有广泛的应用前景.文中首先介绍了基于PVDF的压电触觉传感器的工作原理和制作工艺,然后从器件的压电性能优化、微结构化、集成化、柔性化、仿生化5个方面系统概述了PVDF压电触觉传感器的研究现状与发展趋势,讨论了其在机器手、微创手术、健康监测领域的应用研究与进展,最后分析了目前PVDF压电触觉传感器发展的不足和未来的主要研究趋势.     

水下结构声主动控制压电传感器/作动器布置研究

研究了板水下声辐射主动控制时压电传感器/作动器的布置问题.基于声振耦合理论,在低于临界频率情况下对结构模态和声极子的相互关系做了深入的分析,建立了板波数和辐射声功率间的关系,并据此提出了模态抑制和模态重组方法相结合的压电片布置方案.结合有限元/边界元数值计算方法,对所提出的压电片布置方案进行了结构辐射声功率控制的定量计算.与应变理论和角落单极子理论相比,基于声振耦合理论的压电片布置方案在高频段给出了更好的辐射声功率控制效果,同时所需要的控制作动电压相对大幅下降.     

PVDF压电薄膜指套式电子血压计的研究

本论文基于通过指脉搏可作为测量人体血压的依据,介绍了一种新型电子血压计—PVDF(聚偏氟乙烯)压电薄膜指套式电子血压计的基本原理和使用方法,由PVDF压电薄膜的静、动态特性理解薄膜式压电传感器的工作原理,并且将PVDF压电传感器与信号处理电路相结合,把手指的血压变为电信号,通过检测电路处理直接得到血压值。这种电子血压计充分利用了PVDF薄膜良好的压电效应制成传感器,使得血压的测量误差更小,具有轻轻便携,测量方法简单的优势,可以为临床医学检测和家居预防保健提供参考。     

基于PVDF的压电能收集电路的设计

针对环境中压电振动能的收集问题,该文提出基于PVDF(压电薄膜)的压电能收集电路的设计。首先,需要对PVDF压电传感器的具体工作原理进行研究,制作一种可以将PVDF中压电能提炼出来的传感器;其次,将采集到的振动电压信号,通过AC-DC、DC-DC转换电路进行整流、滤波、升压;最后,通过充电电路给锂电池进行充电,将不易收集利用的压电能改变成稳定的电能存储在锂电池中,实现压电能的合理收集和利用。     

PVDF触觉传感器动态补偿器的设计

为了解决PVDF压电薄膜测量低频信号失真大、泄漏快和阻抗匹配难等问题,首先探讨了 PVDF的工作机理,继而在频域内使用高效的最小二乘算法设计了一款 Hammerstein动态补偿器模型。仿真结果表明,该动态补偿器模型能快速有效地补偿PVDF传感器低频失真,使PVDF压电膜在低频领域的应用成为可能。     

梁振动控制的分布压电单元法

提出了一个用于梁振动控制的新方法——分布压电单元法,它包括压电模态传感器与压电模态致动器的设计方法以及相应的模态控制方法。     

用PVDF传感器测量梁的振动功率流

研究了在远场条件下 ,用PVDF传感器测量梁结构的振动功率流 用传统的加速度传感器测量振动功率流时 ,不可避免地产生有限差分误差 ,而PVDF薄膜是一种新型压电高分子材料 ,根据其积分特性 ,在理论上设计出两种形状的PVDF传感器 ,用它们测量功率流 ,结果中不会出现有限差分误差 通过试验验证了PVDF传感器测量梁结构振动功率流是可行的 试验结果表明 :PVDF传感器不仅可以精确地测量功率流 ,而且还能够直接得到测量点的位移 (速度或加速度 )、弯矩和剪力     

PVDF基含氟聚合物压电传感器声发射性能

为研究PVDF基含氟聚合物膜压电性能并用于声发射传感器,系统比较了不同VDF含量的P(VDF-TrFE)共聚物和单向拉伸的PVDF膜在结晶、介电、铁电和压电性能方面的差异。首先采用溶液流延法制备了P(VDF-TrFE)和PVDF膜;然后使用XRD和DSC等相关设备分析膜的晶型,并利用宽频介电频谱仪和铁电测试仪分别比较了不同P(VDF-TrFE)与PVDF膜的介电性能和高电场下的电极化性能;最后构建了一种模拟声发射和接收性能的传感器测试装置,对压电传感器进行了基于断铅声发射信号测试。结果表明,和其它样品相比,P(VDF-TrFE) 80/20 mol%膜在200 MV?m~(-1)下具有最高的剩余极化值(P_r=11.4μC·cm~(-2)),极化后产生较大的压电应变常数(d_(33)=-25 pC·N~(-1)),最大断铅信号接收峰值电压达到14 mV,表现出良好的声发射电信号接收响应。此外,此P(VDF-TrFE) 80/20 mol%膜具有较高的Curie温度点(T_c=135.7℃),说明此样品具有更宽的服役温度范围。综上分析,P(VDF-TrFE)含氟聚合物膜铁电和压电性能优于拉伸PVDF膜,可作为优异的声发射传感器材料,该研究也为其后续在压电传感器方面推广应用提供了参考。     

PVDF应力传感器的设计、标定及其在混凝土冲击试验中的应用

利用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对PVDF应力传感器进行了压电系数的动态标定,标定值为27.21 PC/N.在落锤冲击试验机上完成了预埋PVDF应力传感器的混凝土圆柱体试件的轴向冲击试验,并利用PVDF应力传感器信号和试件轴向压缩曲线得到了混凝土在冲击加载条件下的动态应力应变曲线.由于混凝土试件在冲击加载过程中应力分布不均匀,预埋在试件中心的PVDF应力传感器测试的应力结果比用锤头冲击力计算出来的试件平均应力稍大.     

挠曲电效应对简支梁式压电传感器性能的影响

挠曲电效应是材料极化强度(或电场强度)与应变梯度之间的耦合关系,对于新型微纳米致动器和传感器的性能具有重要的影响.以纳米简支梁式压电传感器(简称压电简支梁)为研究对象,讨论材料的挠曲电效应对压电简支梁输出电势与挠度的影响.采用电吉布斯自由能密度函数,并根据压电材料线性理论与伯努利-欧拉梁理论,采用变分法推导压电简支梁的控制方程和相应力电耦合边界条件.数值模拟BaTiO3压电简支梁在外加机械载荷作用下,由于挠曲电效应产生的诱导电势和极化强度等与梁结构、材料参数的相互关系.计算结果表明,诱导电势反馈作用在梁的表面引起一个与机械载荷作用相反的弯矩,减小了梁结构的弯曲挠度;在一定的挠曲电系数和梁结构尺寸下,诱导电势存在最大值;在微纳尺度上挠曲电效应具有很强的尺寸依赖性,随着梁的厚度增大,挠曲电效应的影响将显著减弱.     

声频定向PVDF超声波传感器的设计与测试

在分析压电高聚物PVDF薄膜性质的基础上,论证了PVDF膜在声频定向传感器设计中的优越性.同时针对一种半圆柱面薄膜振动理论,设计出应用在空气中的声频定向传感器结构,通过试验测试,该传感器的谐振频率和理论计算值吻合.证明了这种薄膜振动理论在声频定向传感器中的应用合理性,为声频定向扬声器的进一步结构优化提供了有利的理论依据.     

压电智能板振动主动控制有限元模拟

文章由线弹性压电层合结构有限元动力方程,进一步推导了压电智能结构的主动控制方程;采用三维八节点实体耦合单元模拟压电致动器/传感器,运用ANSYS参数化语言(APDL)建立了压电智能板结构的有限元模型,并进行模态分析,将系统耦合有限元动力方程转化为模态坐标下的系统状态空间方程;考虑了离散分布式压电致动器/传感器对于主结构...     

压电悬臂板的非线性振动控制

针对柔性悬臂板结构弯曲和扭转模态振动的测量、控制问题,采用压电传感器和驱动器进行优化配置及非线性振动控制.首先,建立了粘贴分布式压电片的悬臂板有限元模型;其次,基于所建立的模型和一种能量耗散方法进行了压电驱动器/传感器的位置配置,实现了弯曲和扭转模态振动在检测及驱动上的解耦;最后,提出一种非线性控制算法,建立了压电悬臂板实验平台,通过实验进行弯曲和扭转模态振动控制的比较研究.结果表明,该非线性控制算法可以更快速地抑制振动,传感器/驱动器配置可以实现弯曲和扭转模态振动的测量及控制解耦.     

基于ANSYS的新型聚合物石英压电传感器振动性能分析

新型聚合物石英压电传感器制备过程中,AT切型石英压电传感器基体的表面粗糙度及其基膜界面化学性质影响聚合物薄膜的生长,导致聚合物薄膜厚度不均匀、表面存在缺陷,使得传感器采集的频率信号不稳定.本文建立了新型聚合物石英压电传感器在考虑薄膜厚度不均、中心缺陷条件下的力学模型,利用ANSYS有限元软件对其进行模态分析,得到复杂条件下传感器振动特性.模态分析结果发现,传感器固有频率值随聚合物薄膜缺陷的半径值增大呈现出从稳定到发散的趋势、随薄膜的厚度值增大呈现出线性增大的趋势.研究结果表明,新型聚合物石英压电传感器的生产应确保薄膜厚度均匀且严格控制中心缺陷半径小于0.5 mm,该结果为制备稳定的新型聚合物石英压电传感器提供了重要依据.     

振动梁局部体积位移传感器的优化布置

以振动梁为研究对象,提出运用局部体积位移传感器来测量振动结构局部体积位移的方法.运用分部积分,设计特殊形状的PVDF压电薄膜,使PVDF输出信号为所需要的振动结构局部体积位移.结果表明:这种局部体积位移传感器形状与振动梁的边界条件无关,而且与激励力性质(类型,位置和频率范围)以及振动结构本身的材料特性无关,只与PVDF传感器在振动梁上的局部位置有关;用该传感器测量振动结构局部体积位移是可行的.     

基于应变模态梁型结构损伤识别研究

传统损伤识别方法大多仅限于结构件中单个裂纹的确定,且损伤识别指标无法准确反映早期局部损伤。为此,提出了一种以应变模态差为表征指标的结构表面多裂纹损伤识别方法。首先,依据欧拉伯努利梁理论,建立了含有多裂纹悬臂梁结构传递矩阵方程,得到含裂纹悬臂梁位移模态振型和应变模态振型;其次,计算损伤前后应变模态差并作为损伤识别指标进行识别。以悬臂梁为例,利用MATLAB分别对单损伤和多损伤等不同工况条件进行了模拟仿真,在此基础上,利用PVDF压电传感器进行了单裂纹和双裂纹悬臂梁损伤识别实验。仿真结果和实验结果表明：应变模态差可以对单裂纹与多裂纹损伤工况进行识别,且识别精度高。