PVDF压电计在低应力下的动态标定
PVDF压电薄膜的力学性能和压电效应实验研究
华中科技大学硕士学位论文摘要PVDF（Polyvinylidene fluoride，聚偏氟乙烯）压电薄膜作为一种新型高分子压电材料，由其制成的传感器具有灵敏度高、频带宽、声阻抗低、电压输出高和可加工成特定形状等优点，被广泛用于各个领域。
本文对镀银PVDF压电薄膜的基本力学性能，不同温度场下的振动特性和不同厚度薄膜的压电效应进行了实验研究与分析，具体研究内容及结论如下：首先，选用了厚度分别为40μm、64μm和122μm（上下表面镀银层均为6μm）的PVDF压电薄膜，利用纤维拉伸试验机对其平行分子链方向（1方向）和垂直分子链方向（2方向）分别进行拉伸力学性能测试，获得了相应的应力-应变曲线。
试验结果表明：在弹性阶段，两个方向的力学性能较为接近，但进入塑性阶段，两个方向的力学性能差异明显，表现出强烈的各向异性。
其次，制作了厚度分别为40μm、64μm和122μm的PVDF悬臂梁试样，利用非接触式振动测试系统，测试了其在不同温度场下的振动特性，并获得了其一阶固有频率。
实验结果表明：PVDF悬臂梁的一阶固有频率随着温度增加而减小，在初始升温阶段，频率值下降较为缓慢，而当温度升高到一定值时，频率值下降较快，同时，PVDF压电薄膜厚度越小，其固有频率受温度影响越大。
最后，基于非接触式振动测试系统，对PVDF压电薄膜的压电效应进行了实验研究。
三种不同厚度PVDF悬臂板压电效应实验结果表明：电压-频率曲线与幅频响应曲线具有很好的一致性，且输出电压峰值对应的激励频率与PVDF悬臂板共振频率一致，表明PVDF压电传感器输出电压与输入应变具有很好的线性关系，适宜于应变测量，且厚度较小的PVDF压电薄膜灵敏度较高。
本文对PVDF压电薄膜的基本性能进行了实验研究与分析，为PVDF压电传感器的设计与优化提供基础数据支撑，具有重要的工程应用价值。
关键词：PVDF压电薄膜；拉伸力学性能；振动特性；压电效应华中科技大学硕士学位论文AbstractAs a novel piezoelectric polymer material, the sensors made of PVDF(polyvinylidene fluoride) piezoelectric film have the advantages of high sensitivity, wide frequency band, low acoustic impedance, high voltage output, and can be processed into specific shapes,which are widely applied in various fields. In this paper, the basic mechanical properties, the vibration characteristics under different temperature fields, and the piezoelectric effect of silver-coated PVDF piezoelectric films were studied experimentally and analyzed. The specific research contents and conclusions are as follows: First, the PVDF piezoelectric films with different thickness of 40 μm, 64 μm, and 122 μm (the thickness of coated silver on the upper and lower surfaces is 6μm) were prepared. The tensile samples of PVDF piezoelectric film were tested in two directions using a fiber tensile tester,i.e.,parallel (1 direction) and perpendicular (2 direction) to the molecular chains, and the corresponding stress-strain curves were obtained. The experimental results show that: in the elastic stage, the mechanical properties of the two directions are practically identical,however ,in the plastic stage, the mechanical properties of the two directions are significantly different, showing a strong anisotropy.Next, PVDF cantilever specimens with thicknesses of 40μm, 64μm and 122μm were prepared respectively. The non-contact vibration test system was used to test the vibration characteristics of the PVDF cantilever beam under different temperature fields, and its first-order natural frequency was obtained. The experimental results show that the first-order natural frequency of the PVDF cantilever beam decreases with increasing temperature. In the initial heating stage, the frequency decreases more slowly, and when the temperature rises to a certain degree, it declines rapidly.Besides ,the smaller the PVDF film thickness is, the greater its natural frequency is affected by the temperature.Finally, based on the non-contact vibration test system, the piezoelectric effect of PVDF was investigated experimentally. The experimental results of three different thickness PVDF cantilever plates show that the voltage-frequency curve is in good agreement with the amplitude-frequency response curve, and the excitation frequency corresponding to the peak output voltage is consistent with the resonance frequency of the华中科技大学硕士学位论文PVDF cantilever plate, indicating the sensor’s output voltage has a good linear relationship with the input strain and is suitable for strain measurement. In the same time ,the sensor made of smaller thickness has higher sensitivity.In this paper, the basic properties of PVDF piezoelectric films were experimentally researched and analyzed,which provides the basic data reference for the design and optimization of PVDF piezoelectric sensors and has much significance in engineering application.Keywords: PVDF piezoelectric films; Tensile mechanical properties; Vibration characteristics; Piezoelectric effect.华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)1绪论 (1)1.1研究背景和意义 (1)1.2PVDF压电薄膜基本特性 (2)1.3PVDF传感器在不同应用领域国内外研究现状 (5)1.4本文主要研究内容及安排 (13)2PVDF压电薄膜力学性能实验研究 (15)2.1PVDF压电薄膜表面形貌表征 (15)2.2PVDF压电薄膜拉伸力学性能 (16)2.3实验结果及分析 (18)2.4本章小结 (22)3不同温度场下PVDF悬臂梁振动特性实验研究 (23)3.1悬臂梁固有频率 (23)3.2PVDF悬臂梁振动测试实验 (24)3.3实验结果与讨论 (27)3.4本章小结 (33)4PVDF悬臂板压电效应实验研究 (34)4.1PVDF压电传感器信号调理电路 (34)4.2PVDF悬臂板压电效应实验 (37)华中科技大学硕士学位论文4.3实验结果与分析 (40)4.4本章小结 (46)5总结与展望 (47)5.1总结 (47)5.2展望 (48)致谢 (49)参考文献 (51)华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 研究背景和意义在日常生产活动中，结构的振动是一个很普遍的问题。
PVDF压电薄膜测量脉动压力可行性研究
PVDF压电薄膜测量脉动压力可行性研究PVDF（聚偏氟乙烯）压电薄膜是一种优良的材料，具有良好的压电效应和机械性能，逐渐在生物医学、能源转换等领域得到广泛应用。
本文旨在探讨PVDF压电薄膜用于测量脉动压力的可行性，并对相关研究进行综述。
首先，PVDF压电薄膜具有优异的压电效应。
PVDF具有非中心对称结构，应力应变曲线剪切发生，从而产生极化电荷。
通过施加机械压力或应变，可以引发PVDF薄膜产生电位差，该压电效应可用于测量脉动压力。
其次，PVDF薄膜具有良好的机械性能。
PVDF具有优异的拉伸、抗撕裂和耐磨损性能，使之能够适应任何形状的曲面，使得薄膜可以被应用于各种复杂场景下的压力测量中。
在PVDF薄膜用于脉动压力测量的研究中，通常需要将薄膜放置在测量区域，并将薄膜的一端固定，另一端与被测压力接触。
当脉动压力作用于薄膜时，薄膜会产生相应的电荷变化。
通过测量电荷信号的变化，可以反推出压力的变化状况。
为了提高测量精度，研究者们提出了一些改进方法。
例如，可以在薄膜表面铺设导电层，以增加电荷传导效果。
同时，一些研究还尝试使用多层叠加的PVDF薄膜结构，以增加压电效应的敏感度和稳定性。
脉动压力测量是一项涉及到生物医学、化工、流体力学等多个领域的重要任务。
在这些领域中，准确测量脉动压力对于病理诊断、流体控制以及能源系统的优化都起到重要作用。
而PVDF压电薄膜因其良好的压电效应和机械性能，被认为是一种可行且有潜力的测量脉动压力的技术手段。
综上所述，PVDF压电薄膜在测量脉动压力方面具有可行性。
随着技术的发展和研究的深入，PVDF压电薄膜的应用前景将更加广阔。
然而，仍需要进一步的实验研究和工程化应用来验证其在具体领域的可行性和实用性。
脉冲压力条件下PVDF压电薄膜的动态响应特性
８ 密封 圈；一 Ｐ Ｄ 一 ９ Ｖ Ｆ压力传感器 ；Ｏ 垫圈 Ｂ １一 图 ２ 液体脉 冲压 力发 生装置
２ ２ 信 号 调 理 ．
ＰＤ Ｖ Ｆ压 电薄膜作 为传感 元件 可 以看作 是 电荷 发 生器 ， 其
输出 的电学模 型可 以等效为 电荷源 ， 出的 电荷接入 电荷放 大 输
摘要 ： 通过 脉冲压力发 生装置产生脉 冲压力 ， 究 Ｐ Ｄ 研 Ｖ Ｆ压 电薄膜 的动 态特性。使 用 Ｐ Ｄ Ｖ Ｆ压 电薄膜制作 一种测 试 脉冲压力的传感 器， 借助标 准压阻传感 器， 测得 Ｐ Ｄ Ｖ Ｆ压 力传感 器的灵敏度 ， 算 出灵敏 度 的不确定度 ， 计 并将 Ｐ Ｄ Ｖ Ｆ压 力
器输 出信号引 出后 采用 全桥 接线 接入超 动态 应 变仪 中供数 据
采集设 备采集 。
表 ２ Ｅ ｄｖｏｍ ｄ ｌ ｎ ｅｃ ｏ ｅ Ａ压 阻传感器参数
对数据进行拟合 ， 得到 Ｐ Ｄ Ｖ Ｆ压力 传感器 输入输 出 的线 性 拟合曲线 ， 拟合 方程为 Ｙ＝１ １． Ｘ＋６ ０４ （ 图 ４ ， ４５７ ．２ ９ 见 ） 相关 系 数 Ｒ＝ ．９ ６ Ｖ Ｆ压力 传感 器 的非线 性度 为 １ １％ ， 标 ０ ９ ９ 。Ｐ Ｄ ．２ 而 准的 １９ １ １Ｂ ２压力 传 感 器 （ 电）非线 性 度 为 ０ ３ ， 准 的 压 ．％ 标 Ｅ ｄ ｖｏｍ ｄｌ ５ １ ｎ ｅｅ ｏｅ ８ １Ａ压力传感 器的（ 阻） 压 非线 性度 为 １２ ， ．％ 可见 Ｐ Ｄ Ｖ Ｆ压力传感器 输 入输 出 的线 性度 介 于标 准 的压 电传
Ｄｙ ｍ ｉ ｓ ｏ ｓ ｆＰＶＤＦ ｎａ ｃ Ｒｅ ｐ ｎ ｅ ｏ Ｔｈｉ ｌ ｄｅ ｎ Ｆｉｍ ｕｎ ｒ Ｐｕｌｅ Ｐｒ ｓ ｕ ｅ ｓ ｅ ｓ ｒ
PVDF检测准则
PVDF检测准则PVDF（聚偏氟乙烯）是一种具有独特性能的高性能聚合物材料。
它具有优异的耐化学性、耐热性、耐候性和电气性能，被广泛应用于膜材料、电缆、光纤、传感器等领域。
为了保证PVDF产品的质量，需要进行各种检测和测试。
以下是PVDF检测的准则。
首先，对PVDF的化学成分进行检测。
PVDF的化学成分包括聚合度、结晶度和添加剂等。
聚合度和结晶度的检测可以通过核磁共振（NMR）和热分析仪（如差示扫描量热仪）来进行。
添加剂的检测可以通过质谱仪和红外光谱仪来进行。
其次，对PVDF的物理性能进行检测。
PVDF的物理性能包括密度、熔融指数、断裂强度、抗张强度、导热性、硬度等。
密度的检测可以通过浮力法或密度测试仪来进行。
熔融指数的检测可以通过熔融流动速率仪来进行。
断裂强度和抗张强度的检测可以通过拉伸试验机来进行。
导热性可以通过导热系数测试仪来进行。
硬度可以通过硬度计来进行。
接下来，对PVDF的耐化学性进行检测。
PVDF具有出色的耐化学性，可以耐受多种酸碱溶液和有机溶剂的侵蚀。
常见的耐化学性检测方法包括浸泡试验和化学溶剂蒸气测试。
此外，对PVDF的耐热性进行检测。
PVDF具有良好的耐热性，在高温下依然具有较好的物理性能和耐化学性。
耐热性的检测可以通过热失重仪和热膨胀仪来进行。
最后，对PVDF的耐候性进行检测。
PVDF具有优异的耐候性，能够在户外环境下长时间保持其性能稳定。
耐候性的检测可以通过人工气候老化试验和紫外线老化试验来进行。
除了上述准则，PVDF产品还需要符合相关的标准和规范。
例如，对于电缆和光纤等PVDF电气产品，还需要符合国际电工委员会（IEC）的相关标准。
综上所述，PVDF检测的准则包括化学成分、物理性能、耐化学性、耐热性和耐候性等方面的检测。
通过严格的检测和测试，可以确保PVDF 产品的质量和性能稳定。
基于PVDF压电传感器的车辆动态称重信号的研究
３ ６
传感器 与微 系统 （ ｒｎｄｃｒ ｎ ｃｏｙｔｍ Ｔ ｃｎｌ ｉ ） Ｔａｓｕｅ ｄＭｉ ｓｓ ｅｈ ｏ ｇｅ ａ ｒ ｅ ｏ ｓ
２１ ０２年 第 ３ 卷 第 ４期 １
基于 Ｐ Ｄ Ｖ Ｆ压 电传 感 器 的车 辆 动态 称 重 信 号 的研 究
陈 政 ， 汇才 ， 钟 李 庆 ，梁艳 菊 ， 蓁蓁 林 ＇
ｓ ｓｅ ． ｙ ｔｍ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｐ ＶＤＦ ｐｅ ｏ ｌｃ ｒ ｅ ｓ ｒ ｅ ｉｌ ｙ ａ ｃ ｗｅｇ ｉ ｇ ａ ｅ ｉ ｒｔ ｎ ｉｚ ｅ ｅ ｔｉ ｓ ｎ ｏ ；ｖ ｈ ｃｅ ｄ ｎ ｍｉ ｃ ｉ ｈｎ ；ｄ ｍｐ ｄ ｖｂ ａｉ ｏ
０ 引 言
计的复杂度 ， 提高系统的测量精确性。
关键词 ：聚偏 二氟乙烯压 电传感器 ；车辆 动态称重 ；阻尼振动
中 图分 类 号 ：Ｔ １ Ｈ２２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ －７ ７ ２ １ ）４－ ３ －４ｆｖ ｈ ｃｅ ｄｙ ａ ｃ ｗｅ ｇ ｉ ｇ ｂ ｓ ｄ ｏ ｔ ｄｙ ｏ ｉ ｎ ｌｏ ｅ ｉ ｌ ｎ ｍｉ ｉ ｈ ｎ ａ ｅ ｎ
基于PVDF薄膜的流场动态压力检测方法的研究
用光刻工艺直接在敷镀有金属铝 电极 的 Ｐ Ｄ Ｖ Ｆ薄膜 上制作 压力敏感元件 ， 其结构如 图 １所示 。Ｐ Ｄ Ｖ Ｆ薄膜上下两面 电 极重叠的部分为测量点 ， 当动态压力作 用在薄膜表 面时 ， 只
有 电极 重 叠 区 域 内产 生 的 电 荷 才 能 自 由 移 动 ， 些 电 荷 通 这 过 引 线 接 入 信 号 处 理 模 块 ， 电荷 放 大 、 经 电压 放 大 和 滤 波 处
Ｐ ＶＤＦ ｆ ｍ ｓｎ ｉ ｏ ｒｐ ｉ ｒ ｃ ｓ ， ｅｓ ｎ ｉｇ ｅｅ ｎ ｍｐ ｅ ｎ ｅ ｎ ｔ ｉ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ｅ ｄ ｗｅ ｉ ｈ ｌ ｕ ｉ ｇ ｌ ｈ ｇ ａ ｈ ｃｐ ｏ ｅ ｓ ｔ ｅ ｓｎ ｌｍｅ ｔ ｉ ｔ ｈ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｄ ｉ ｈ ｓｍｅ ｈ ｄ ｈ ｓ ｂ ｅ ｎ ｏ ｄ ｗ ｔ ｔ ｅ ｈ
越大 ， 在外界扰动下压力 波动频 率越快 ， 因此 ， 对传感 器频
响要求也越高 。 根 据 狭 小 空 间流 场 的 上 述 特 点 ， 文 提 出 了 一 种 基 于 本
刻机 投 影 物 镜 与 硅 片 间 隙 ｃ 等 。 液 体 流 动 时 的 压 力 变 化
不可避免 地 会 引起 振动 冲击 、 擦磨 损 以及 气穴 现 象 摩 等 ， 而对 系统 的性 能和寿命 造成严重影响 ， 从 甚至： 法 正常 ） 己 工作 。优化流道结构和流动参数能有效 降低 流场 的压力 波
ｆｒｔ ｅ ｓｉｈ ｒｓ ｕ ｅ ｆ ｃｕ ｔ ｎ ｄ ｔｃ ｉｎ ｉ ｈ ｏ ｅ ｄ． ｉ ｉ ｅ ｒｔ ｒｏ ｆ ±２ ３％ ａ ｄ ａ ｓ ｎ ｉ ｖ ｔ ｏ ｏ ｈ ｌ ｔｐ ｅ ｓ ｒ ｕ ｔａ ｉ ｅｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｆ ｗ ｆ ｌ ｗ ｔ ａ ｌ ａ ｉ ｅ ｒ ｒｏ ｇ ｌ ｏ ｏ ｌ ｉ ｈ ｎ ｙ ． ｎ ｅ ｓ ｉｉ ｆ ｔ ｙ
柔性压力传感器研究进展
柔性压力传感器研究进展杨海艳;李延斌;熊继军;陈晓勇;罗铭宇【摘要】简单介绍了柔性压力传感器的特点,着重阐述了柔性压力传感器工作原理的三种形式及常用的柔性材料,综述了其在人工电子皮肤、智能服装、可穿戴设备领域的应用,最后指出了柔性压力传感器发展过程中存在的问题并对其前景进行了展望.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2018(047)012【总页数】4页(P2701-2704)【关键词】柔性压力传感器;研究进展;应用【作者】杨海艳;李延斌;熊继军;陈晓勇;罗铭宇【作者单位】中北大学理学院,山西太原 030051;中北大学理学院,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原 030051;中北大学化学工程与技术学院,山西太原 030051;中北大学理学院,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TQ050.4压力传感器是用来检测两个接触面之间表面作用力大小的电子器件[1]。
随着科学技术的快速发展，人们工作的环境更加趋于复杂化和多样化，对电子器件在柔韧性、便携性、可穿戴性等方面的要求越来越高。
传统的压力传感器由于大多以半导体刚性材料为主，柔韧性较差，已经很难适应下一代传感器在柔性和便捷性等方面的需求，其应用受到了限制[2]。
与传统的压力传感器相比，柔性压力传感器克服了易脆的缺点，并且具有尺寸小、重量轻、功耗低、易于集成并且耐恶劣工作环境等优点，成为了许多科研工作者的研究点，并在很多领域被广泛应用，比如健康监测、电子皮肤、生物医药、可穿戴电子产品等。
目前，在新一代柔性材料和传感技术的发展前提下，适应性良好、便携性高、灵敏度精确、稳定性好、响应度高、成本低廉等逐步成为柔性压力传感器的发展潮流。
但是，想要实现低成本制造分辨率高、灵敏度精确、响应迅速和可以进行复杂信号检测的柔性传感器依然是很难攻克的[3]。
本文简要介绍了柔性压力传感器的特性，着重阐述了柔性压力传感器工作原理的3种形式及常用的柔性材料，主要介绍了其在人工电子皮肤、智能服装、可穿戴设备领域的应用。
PVDF_薄膜传感器用于测试块状岩石表面爆炸应力的研究
①Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ( Ｊｉａｎｇｓｕ Ｎａｎｊｉｎｇꎬ ２１１１０２)
②Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ( Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｈａｎｇｚｈｏｕꎬ ３１００２０)
器在压力测量中有着很好的前景ꎮ 余尚江等 [１２] 自
研了 ＰＶＤＦ 传感器ꎬ通过传感器的标定试验和传感
器灵敏度修正的方法减少了应力测量误差ꎬ最后减
少了其他类别的传感器在混凝土结构内药包爆炸应
力波测试中的应用ꎮ
各国学者将 ＰＶＤＦ 薄膜传感器用于测量的爆炸
试验对象主要为混凝土介质ꎬ而 ＰＶＤＦ 薄膜在岩石
电流 Ｉ( ｔ) 积分后ꎬ可得到 ＰＶＤＦ 薄膜的电荷输出量ꎻ
对于线性度良好的 ＰＶＤＦ 薄膜ꎬ所受的压力与电荷
输出量的大小成正比ꎮ
等效电路如图 １ 所示ꎮ
压力区具有良好的一致性和线性度ꎬ能满足实际工
程中的测量需要ꎮ 黄家蓉等 [６￣７] 在混凝土靶中埋设
ＰＶＤＦ 薄膜及碳阻传感器ꎬ对比测量梯恩梯 ( ＴＮＴ)
ｓｉｖｅｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｉｓ ｏｎｌｙ １５. ３％ ｏｆ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ. Ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ ａｌｓｏ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ
ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｈａｚａｒｄｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｂｌａｓｔｉｎｇ. Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｒｏｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｕｓｉｎｇ ＰＶＤＦ ｔｈｉｎ
PVDF压力传感器的动态灵敏度校准
PV DF压力传感器的动态灵敏度校准曾 辉,余尚江,杨吉祥,丁世敬(总参工程兵科研三所,河南洛阳471023)摘 要:利用霍普金森压杆装置(SHPB),对PVDF压力传感器进行了动态校准,给出了校准拟合直线方程和线性度。
校准结果表明,霍普金森压杆装置是目前PVDF压力传感器较为理想的动态灵敏度校准设备;在较宽的压力范围内(0～240MPa),PVDF压力传感器输出灵敏度随压力增加缓慢降低,线性度约±3.0%FS。
关键词:聚偏氟乙烯;压力传感器;霍普金森压杆;动态校准;灵敏度;线性度中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2003)10-0039-03C alibration of dynamic sensitivity of PV DF pressure transducerZEN G2Hui,YU Shang2jiang,YAN G Ji2xiang,DIN G Shi2jing(The Third Science and T echnology I nstitute of E ngineering Corps,G eneral Staff,PLA,Luoyang471023,China)Abstract:The dynamic sensitivity of polyvinylidene fluoride(PVDF)pressure transducer is calibrated by Split2 Hopkinson pressure bar(SHPB).The calibration curve equation and linearity of transducer are given.The cali2 bration results show that SHPB is a suitable device for dynamic sensitivity calibration of PVDF pressure transducer,and the sensitivity of PVDF pressure transducer decreases with the increase of pressure applied to it in the scope of0～240MPa with linearity of±3.0%FS.K ey w ords:polyvinylidene fluoride(PVDF);pressure transducer;Split2Hopkinson pressure bar(SHPB); dynamic calibration;sensitivity;linearity0 前 言自从1969年Kawai发现极化的聚偏氟乙烯(PVDF)呈现很强的压电效应以来,PVDF压电薄膜及以其为敏感元件的传感器在加速度、应变、声波和无损监测等各个方面得到越来越广泛的应用。
PVDF压电薄膜指套式电子血压计的研究
Ｔ ｈｅ Ｓｔ ｕｄ ｙ ｏ ｆ Ｐ ＶＤＦ Ｐｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ － ｉｌ ｆ ｍ Ｆ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ － ｃ ｕ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｂｌ ｏ ｏ ｄ Ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ Ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ
ＱＩ ＡＯ Ｙ ｕ — ｓ ｊ （ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ ， １ ０ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） 【 Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｔ ｈ ｉ ｓ ｅ ｓ ｓ ａ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｅ ｗ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｂ ｌ ｏ ｏ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ — ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ｇ ｅ ｒ — ｃ ｕ ｆ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｂ ｌ ｏ ｏ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｐ Ｖ ＤＦ ｐ ｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ｉ ｆ ｌ ｍ． Ｂ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｆ ｎ ｇ ｅ ｒ ｓ ｃ ｄ ． Ｉ ｌ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｈ ｕ ｍａ ｎ ｂ ｌ ｏ ｏ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ， ｉ ｔ ｓ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｕ ｓ ａ ｇ ｅ ａ ｒ ｅ
pvdf工作原理
pvdf工作原理PVDF（聚偏二氟乙烯）是一种热塑性聚合物，具有优异的耐化学性、耐高温性、电介质性和耐候性等特点。
在工业和科研领域中，PVDF 常被用作传感器、过滤器、膜材料等应用。
那么，PVDF是如何工作的呢？PVDF工作的原理主要基于其压电效应和形状记忆效应。
压电效应是指在施加机械力或电场时，PVDF会产生电荷分离和极化现象。
形状记忆效应是指PVDF在受力后能够恢复到原始形状。
PVDF具有良好的压电性能。
当施加压力或拉伸PVDF材料时，其分子结构会发生变化，导致电荷分离和极化。
这是因为PVDF的分子中含有偏向性的氟原子和氢原子，当施加外力时，这些原子会发生位移，从而产生电荷分离。
这种电荷分离会导致PVDF材料在外加电场下产生电压，从而实现电信号的转换。
PVDF还具有良好的形状记忆性能。
当PVDF材料被拉伸或扭曲时，其分子结构会发生变化，形成一种新的有序结构。
当施加热量或电流时，PVDF会恢复到原始状态。
这是因为PVDF的分子链通过施加温度或电流重新排列，从而恢复到初始状态。
基于以上原理，PVDF被广泛应用于各种传感器中。
例如，PVDF传感器可以通过测量材料的压力、温度、湿度等物理量来检测环境变化。
PVDF传感器的工作原理是通过测量在被测物理量作用下PVDF材料发生形状变化或产生电压的变化来实现的。
PVDF还可以用作膜材料和过滤器。
由于PVDF具有优异的耐化学性，可用于制备膜材料以实现分离和过滤的功能。
PVDF膜材料具有良好的孔隙结构和分子筛选性能，可用于水处理、气体分离等领域。
PVDF的工作原理基于其压电效应和形状记忆效应。
通过施加机械力或电场，PVDF材料能够产生电荷分离和极化现象，从而实现电信号的转换。
同时，PVDF还具有形状记忆性能，能够恢复到原始状态。
这些特性使得PVDF在传感器、膜材料等领域具有广泛的应用前景。
柔性电子PVDF传感器应力应变分析
柔性电子PVDF传感器应力应变分析
柔性电子PVDF传感器应力应变分析
王龙飞
【摘要】为了分析应变隔绝层对有源器件层的应力应变影响，应用ABAQUS 分析软件建立了柔性电子PVDF(聚偏氟乙烯)传感器的有限元模型，依据悬臂梁理论，得到柔性传感器在弯矩载荷作用下的应力云图，分析影响应力应变的主要因素。
分析结果表明：应变隔绝层的弹性模量值越小，整个柔性PVDF传感器的的应变最大值越大；泊松比对整个模型结构的应变值影响较小。
【期刊名称】《机械与电子》
【年(卷),期】2019(037)008
【总页数】4
【关键词】柔性电子；PVDF传感器；ABAQUS；应力应变
基金项目：陕西国防工业职业技术学院校级项目(Gfy19-26)
0 引言
传统的电子产品生产加工在刚性电路板上，对其电子元器件有一定的保护性，但是其延展性和柔韧性也受到了极大的限制。
柔性电子技术[1-3]相比于传统电子技术，可以适应复杂的不平整表面，具有更小的体积，更高的敏感性和更低的误报率，因此近年来发展迅速。
PVDF(聚偏氟乙烯)材料压电常数高，柔性加工性能良好，声阻抗低，频响宽，质量轻易加工，机械性能优越，因此常常用来制备PVDF薄膜[4-5]，作为柔性产品的有源器件层。
在柔性电子技术的典型应用结构中，层合结构是一种较为常见的结构。
在此，提出一种基于PVDF压电材料的柔性传感器结构，该传感器由6种不同的材料加工生产制造而成。
应用ABAQUS软件建立了该结构的有限元[6-7]模型，依。
冲击应力测量用PVDF压电薄膜传感器的有限元分析
冲击应力测量用PVDF压电薄膜传感器的有限元分析
吴鹤;景龑
【期刊名称】《智慧电力》
【年(卷),期】2018(046)005
【摘要】随着冲击力在体外碎石、机械成型、水中声源和管道除垢中的应用越来越广泛，冲击应力的准确测量至关重要。
为了准确测量炸药产生的冲击力，本文设计出了冲击应力测量用聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride，简写为PVDF）薄膜传感器薄膜传感器，采用有限元方法分析了传感器的动态响应，传感器的灵敏度和分辨率都很高，幅值比达到了20以上，所测波形前沿和峰值与输入波形基本吻合。
本文设计的PVDF薄膜传感器对于炸药冲击力的准确测量和实际应用具有重要意义。
【总页数】6页(P101-106)
【作者】吴鹤;景龑
【作者单位】国网陕西省电力公司电力科学研究院,陕西西安710199;国网陕西省电力公司电力科学研究院,陕西西安710199
【正文语种】中文
【中图分类】TM93
【相关文献】
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5.基于PVDF压电薄膜的触觉传感器研究 [J], 李铁军;戴骐;杨若曦;马涛;刘今越因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
pvdf压电系数
pvdf压电系数【原创实用版】目录1.介绍 PVDF 压电材料2.阐述 PVDF 的压电系数3.讨论 PVDF 在压电应用领域的优势4.分析 PVDF 压电系数的影响因素5.总结 PVDF 压电系数的研究进展及前景正文【1.介绍 PVDF 压电材料】聚偏氟乙烯（PVDF）是一种有机压电材料，具有优良的压电性能、化学稳定性和热稳定性。
PVDF 压电材料在能量转换、传感器和执行器等领域具有广泛的应用。
【2.阐述 PVDF 的压电系数】PVDF 的压电系数是指在施加压力时，PVDF 材料产生的电荷密度与压力的比值。
PVDF 的压电系数是衡量其压电性能的重要参数，通常用 pC/N （皮库伦/牛顿）表示。
【3.讨论 PVDF 在压电应用领域的优势】相较于其他压电材料，PVDF 具有以下优势：（1）较高的压电系数：PVDF 的压电系数一般在 10~20 pC/N，表现出较高的压电性能。
（2）良好的综合性能：PVDF 压电材料具有优良的机械强度、化学稳定性和热稳定性，适用于各种恶劣环境。
（3）易于加工：PVDF 具有良好的可塑性，可制成各种形状和尺寸的压电器件。
【4.分析 PVDF 压电系数的影响因素】PVDF 压电系数受多种因素影响，主要包括：（1）分子结构：PVDF 分子链的极性和对称性对其压电性能有重要影响。
（2）材料制备工艺：不同的制备方法会影响 PVDF 的微观结构和性能。
（3）应力状态：在拉伸和压缩应力状态下，PVDF 的压电系数表现出较大的差异。
（4）温度：PVDF 的压电系数随温度的变化而变化，通常在较低温度下具有较高的压电性能。
【5.总结 PVDF 压电系数的研究进展及前景】PVDF 压电系数的研究已取得显著进展，但仍面临诸多挑战，如提高压电性能、优化制备工艺等。
基于PVDF复合压电效应的低强度冲击波柔性测量
基于PVDF复合压电效应的低强度冲击波柔性测量
范志强;常瀚林;何天明;郑航;胡敬坤;谭晓丽
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2023(43)1
【摘要】为探索低强度冲击波的柔性测量技术,对PVDF(polyvinylidene fluoride)压力传感器开展冲击波加载和灵敏度标定实验,评估其低强度冲击波压力测量的可靠性。
基于微结构设计改进薄膜传感器,获得适用于低强度冲击波压力测量的高灵敏柔性传感器,结果表明:单一压电工作模式的薄膜传感器测量低强度冲击波时有效输出电荷量和信噪比较低,测量结果容易受压电膜力电响应非线性、结构表面变形振动以及封装因素的影响,灵敏度系数不稳定、个体差异性大。
采用周向固支的微结构设计能够将作用于薄膜传感器表面幅值较低的冲击波转换为幅值较高的面内拉应力,产生的复合压电效应可大幅提高传感器名义灵敏度系数、降低个体差异性。
研制的柔性传感器在0.2~0.7 MPa压力范围内名义灵敏度约900~1350 pC/N,相对测量误差不大于±13%。
【总页数】13页(P71-83)
【作者】范志强;常瀚林;何天明;郑航;胡敬坤;谭晓丽
【作者单位】中北大学理学院;西北工业大学航空学院;中国科学院材料力学行为和设计重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O383
【相关文献】
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PVDF测量标准
PVDF测量标准1. 引言本文档旨在制定PVDF（聚偏氟乙烯）材料的测量标准，以确保测量结果的准确性和可重复性。
PVDF是一种具有优异电气性能和化学稳定性的高分子材料，广泛应用于传感器、声音设备和电力设备等领域。
2. 简介PVDF材料的测量主要包括物理性能测量和电气性能测量。
物理性能测量主要包括密度、熔点、熔融指数和拉伸性能等，而电气性能测量主要包括介电常数、介质损耗因子和电阻率等。
3. PVDF的物理性能测量标准3.1 密度测量PVDF的密度测量可采用实验浮法或计算方法。
实验浮法可以通过测量PVDF试样的质量和体积计算得到密度值。
计算方法可根据PVDF的化学成分和结构参数通过计算公式得到密度值。
3.2 熔点测量PVDF的熔点测量可采用差示扫描量热法（DSC）或差示热分析法（DTA）。
在测量过程中，需要准确控制加热速率和冷却速率，以获得准确的熔点值。
3.3 熔融指数测量PVDF的熔融指数测量可采用熔融流动速率法。
该方法通过在一定温度下将PVDF熔融并通过毛细管流出的时间来计算熔融指数。
3.4 拉伸性能测量PVDF的拉伸性能测量可采用拉伸试验机进行。
通过在一定速度下拉伸PVDF试样，测量其拉伸强度、屈服强度和伸长率等指标。
4. PVDF的电气性能测量标准4.1 介电常数测量PVDF的介电常数测量可采用介质恒电流法或回路纹波法进行。
介质恒电流法通过在一定频率下测量PVDF试样的电流和电压，计算得到介电常数值。
回路纹波法则通过测量PVDF试样在一定频率下的反射和透射系数，计算得到介电常数值。
4.2 介质损耗因子测量PVDF的介质损耗因子测量可采用介质恒电流法或介质恒电场法进行。
介质恒电流法和介质恒电场法均通过测量PVDF试样的电流、电压和机械能耗散等参数，计算得到介质损耗因子值。
4.3 电阻率测量PVDF的电阻率测量可采用四探针法进行。
四探针法通过在PVDF试样上施加恒定电流，并测量试样上的电压和电阻，计算得到电阻率值。
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<σ2
时输出负向电流
,
当
σ 1
=σ2 时
PVD F
压电计不释放电荷 ,即没有电流输出. 对于电流模
式 ,当 PVDF压电计受到动态应力作用后产生电荷
量 Q 经电阻 R 放电形成电流回路 i ( t)后 , 可由瞬态
波形存储器采集到放电电阻 R 上得电压 U ( t) ,则可
据此求得 PVDF压电计在瞬态过程中释放的总电荷
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宁波大学学报 (理工版 )
2005
播过程而将其置于试件与压杆界面处直接测量动态 应力. PVDF应力计的测量电路一般可以分为两类 模式 ,即电流模式和电荷模式 [ 1 ]. 本研究种采用电 流模式 ,其示意图如图 1所示.
图 1 PVD F压电计测量电路 F ig. 1 The m ea surem en t c ircu it of PVD F gauge
Research on the Dynam ic Calibration of PVDF Gauges Loaded w ith Lower Stresses
MA Xiu2juan, WANG L i2li
( Faculty of Engineering, N ingbo University, N ingbo 315211, China)
ν= 2σ /ρc = 2. 9 m / s. 也就是说要想得到 20 M Pa及以下的应力 ,子弹的速 度必须控制在 2. 9 m / s以内 ,而在 Hopkinson压杆上 这么小的速度很难控制 ,也很难得到. 因此我们对 SHPB 装置做了一点改进 ,在入射杆的前端贴上一 块面积跟杆截面积差不多大的橡胶片 ,目的是让其 起到一个脉冲整形器的作用 ,让我们测得应力波形 上升沿变宽变缓. 这种方法标定跟常规的标定方法 的区别在于 :常规的标定方法需要测得一系列的不 同速度下的应力波形和电荷波形 ,然后分别取应力 平台的平均值和电荷平台的平均值进行线性拟合 ; 而改进后的标定方法可以通过一次实验结果取得一 系列的点进行线性拟合. 图 3～5即为我们贴上橡胶 片后标定 PVDF压电计得到的一组波形. 取图 3 上 一点 σ值然后在图 5上取相应时刻的 Q 值 , 就得到 图 6的实验点 ,连续取上几点然后线性拟合就可以 得到图 6的标定线 [ 3 ] .
4 小结
在 SHPB 冲击试验装置上对 PVDF的压电敏感 系数 K进行动态标定时 , 采用在入射杆前端粘贴橡 胶片的方法 ,可以实现对 PVDF在低应力下进行动 态标定 ,并且一次试验可获得多点标定结果. 从上面 对 3种方案标定出来的实验结果发现 ,铜箔引线与 PVDF薄膜的接触面积的大小与 PVDF薄膜动态灵
图 2 PVD F压电计放电过程
F ig. 2 The signa ls obta ined from PVD F gauge
PVD F 压电计在受到动态载荷时的放电过程如
图 2所示 ,设 PVDF薄膜的两表面为 0面和 1面 ,受
到的瞬时应力为
σ 1
和
σ2.
当
σ 1
>σ2 时输出正向电
流
,
当
σ 1
图 4 PVD F的 U ～t波形 F ig. 4 U - t wave m ea sured w ith PVD F gauge
图 5 PVD F的积分波形 F ig. 5 In tegra l wave m ea sured w ith PVD F gauge
图 6 PVD F标定线 F ig. 6 Ca libra tion curve of PVD F
图 7 3种铜箔引线示意图 F ig. 7 Three types of copper fo il lead ing w ire
先直接采用常规的 SHPB 压杆试验系统进行较 高应力下的 值标定 ,图 8 ～10 即为长 300 mm 的子 弹速度为 8. 1 m / s时应变片记录的波形 、PVDF上记 录的 波形 、由 PVDF的 U ( t)波形积分出来 Q ( t)的 波形. 然后分别取图 8、图 10 梯形波上平台的平均 值 ,就可以得到 σ - Q 图形上的实验点. 由一系列的 撞击速度可以得到与图 8、图 10 类似的波形 , 取得 相应的应力和电荷的峰值 , 可以得到 σ - Q 图形上 不同的实验点. 再将低应力的点与高应力的点画在 同一个图上, 对它进行线性拟合就得到最终的 PVDF压电计的标定线. 图 11～图 13是分别对 3种 不同方案制作出来的 PVDF压电计标定出来的标定 线.
图 12 方案二的 PVD F标定线 F ig. 12 Ca libra tion curve of the second PVD F
图 9 PVD F的 U ～t波形 F ig. 9 U - t wave m ea sured w ith PVD F gauge
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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图 8 应变片实测波形 F ig. 8 W ave m ea sured w ith stra in gauge
从实验曲线可以看到 ,由于橡胶片的作用 ,应力 波形已不再是矩形脉冲而是一个缓变的脉冲 ,而且 实验标定出来的结果具有很好的线性度. 因此该种 方法适合于对低应力的 PVDF应力计的动态标定.
3 PVD F压电计制作工艺的研究
PVDF压电计的加工制作比较考究 ,它由 PVDF 压电薄膜 、铜箔引线 、绝缘包封层组成. 其中 PVDF
PVDF是英文 Polyvinylidene Fluoride的缩写 ,它 是一种半晶态的高分子聚合物 ,中文名称为聚偏氟 乙烯. PVDF压电计由于其优良的压电特性 ,被广泛 应用于制作. 它能够很好地用以测量 0. 3 ～25 GPa 的压力. 目前制造厂家对 PVDF压电计的标定都在 准静态下进行. 席道瑛等人 [ 2 ]曾在 Hopkinson 压杆 上对 PVDF进行了动态标定 ,但压力范围一般是高 于 20 M Pa. 对 于 较 低 应 力 (如 20 MPa 以 下 ) , 在 Hopkinson压杆上约对应于 3 m / s以下的冲击速度 ,
Abstract: Polyvinylidene fluoride ( PVDF) is a new type of p iezoelectricity m aterial. W hen used for impact loading, the dynam ic calibration of its p iezoelectric sensitive coefficient K is a key p roblem. This paper discusses on adop ting the imp roved SHPB method to calibrate the dynam ic K value of PVDF gauges loaded w ith lower stresses. Three dif2 ferent electrodes of PVDF gauges are utilized and dynam ical calibration is conducted. The relationship is estab2 lished in this research between the dynam ical sensitivity coefficient and fabrication p rocess about PVDF gauges. Key words: PVDF; p iezoelectic p roperty; calibration; SHPB CLC num ber: TB122 D ocum en t code:A
2 PVD F压电计低应力的动态标定
随着人们对软材料 (如泡沫材料 )和柔性元件
图 3 应变片实测波形 F ig. 3 W ave m ea sured w ith stra in gauge
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收稿日期 : 2005 - 09 - 25. 第一作者简介 :马秀娟 (1981 - ) ,女 ,汉族 ,安徽安庆人 ,在读硕士研究生.
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
对于这么小的速度在 Hopkinson压杆上很难达到 , 本文对这一问题进行了研究. 在实验过程中还发现 PVDF应力计的铜箔引线的制作方法不同对 PVDF 压电计标定结果有明显的影响 ,对此进行了相关的 讨论.
1 PVD F压电计的压电特性
本研究中采用薄膜式 PVDF压电计 ,其厚度为 30μm. 由于很薄 ,因此可忽略应力波在其内部的传
第 4期ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
马秀娟等 : PVDF压电计在低应力下的动态标定
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压电薄膜的厚度为 30 μm ,面积均用 ( 5 ×5 ) mm2 , 绝缘包封层用的是宁波某电子材料有限公司生产的 聚胺脂绝缘薄膜粘带 ,它的固化温度为 50°左右. 在 制作过程中 ,我们采用种种不同的方案制作铜箔引 线 (如图 3) ,对做出的 3 种不同形式的 PVDF进行 了标定 ,以下分别记为方案一 ,方案二 ,方案三. 在 3 种方案中铜箔与 PVDF 薄膜接触面积分别为 ( 4 × 4) mm2、( 5 ×3) mm2 、( 4. 5 ×4. 5) mm2.
第 18卷 第 4期 2005年 12 月
宁 波 大 学 学 报 (理 工 版 ) JOURNAL OF N INGBO UN IVERSITY (NSEE)