基于PVDF薄膜的流场动态压力检测方法的研究

基于PVDF薄膜的流场动态压力检测方法的研究
阮晓东;巴静;陈晖;陈文昱;傅新
【摘要】针对检测狭小空间流场压力时,通用液体压力传感器存在体积大、频响低以及干扰流场等问题,提出一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜的流场动态压力检测方法,该方法采用光刻工艺直接在敷镀有金属铝电极的PVDF薄膜上制作压力传感元件,该元件具有面积小、厚度薄、柔韧性好的特点,非常适合于狭小流场空间壁面压力分布的测量.试验研究表明:该方法特别适用于检测流场微小的压力波动,线性度误差为±2.3％,输出灵敏度为1.32 mV/Pa.
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2011(030)007
【总页数】4页(P51-53,56)
【关键词】狭小流场;聚偏氟乙烯薄膜;动态压力;光刻工艺
【作者】阮晓东;巴静;陈晖;陈文昱;傅新
【作者单位】浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027
【正文语种】中文
【中图分类】工业技术
2011年第 30 卷第 7 期传感器与微系统（ Transducer andMicrosystem Technologies) 基于 PVDF＿薄膜的流场动态压力检测方法的研究＊阮晓东，巴静，陈晖，陈文豆，傅新（浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，浙江杭州310027 )摘要：针对检测狭小空间流场压力时，通用液体压力传感器存在体积大、频响低以及干扰流场等问题，提出一种基于聚偏氟乙烯（ PVDF）薄膜的流场动
态压力检测方法，该方法采用光刻工艺直接在敷镀有金属铝电极的 PVDF 薄膜上
制作压力传感元件，该元件具有面积小、厚度薄、柔韧性好的特点，非常适合于狭小流场空间壁面压力分布的测量。

试验研究表明：该方法特别适用于检测流场微小的压力波动，线性度误差为±2.3% ，输出灵敏度为 1.32 mV/Pa。

关键词：
狭小流场；聚偏氟乙烯薄膜；动态压力；光刻工艺中图分类号： TH812文献标识码： A文章编号： 1000-9787 ( 2011) 07--0051--03 Studyondynamicpressuredetectionmethodfor flowfieldbasedonPVDFfilm
*RUANXia。

”dong, BAJing,CHENHui,CHENWen－归， FU Xin( State Key Laboratory of Fluid Power Transmission and Control , Zhejiang University, Hangzhou 310027 , China) Abstract:Aiming at theproblemsof large size, lowfrequencyresponseandarousing disturbancetotheflowfield 由atmostpresentliquidpressuresensorshavewhendetecting flowfieldpressureofnarrowspace, aPVDFfilm­ based flowfielddynamicpressuredetectionmethodisproposed.Directlyfabricatedfro manaluminum-coatedPVDF filmusing lithographic process, the sensing element implemented m 山is methodhas beenendowedwith 由e advantagesofsmallsize,
thinthicknessandgoodflexibility,whichmakeitapplicableforthewallpressuredi stributionmeasurement fornarrowgap
flowfield.Experimentalresearchshowsthatthismethodiswellsuitablefor theslightpressure fluctuationdetectioninthe flowfield, witha linearityeπor
of±2.3 %anda sensitivity of 1.32 mV/ Pa.Key words :narrowflowfield;PVDF film;dynamicpressure;lithographicprocess 51 。

寻｜画狭小的流场空间广泛存在于各种工程机械中，它们通常至少有一个方向的尺寸在毫米级以下，如轴向柱
塞泵摩擦副间隙［ I ）、液力悬浮轴承转子与内壁间隙［2.3）、浸没式光刻机
投影物镜与硅片间隙［4］等。

液体流动时的压力变化不可避免地会引起振动冲击、摩擦磨损以及气穴现象（5)高，同时也并非所有尺寸都能实现微型化，对于流场中狭小曲面结构表面压力的多点分布检测，安装空间的限制仍然是主要问题。

此外，在流量一定时，流场尺寸越小，则流速越大，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。

i等，从而对系统的性能和寿命造成严重影响，甚至无法正常工作。

优化流道结构和流动参数能有效降低流场的压力波动，因此，流场动态压力的检测与分析能够为设计提供有力依据。

目前，除数值计算外，在测量装置上开引压孔和采用微型传感器［5.6］是在狭小流场空间内进行
压力测量的主要．方法。

然而，引压孔会在一定程度上改变流道结构，对流场形态存在干扰；而大多数微型传感器制造工艺复杂、成本收稿日期：2010-10-17
根据狭小空间流场的上述特点，本文提出了一种基于聚偏氟乙烯
（ polyvinylidenefluoride, PVDF）薄膜的流场动态压力检测方法， PVDF 压电薄膜是一种高分子聚合物型敏感材料，具有质量轻、灵敏度高和柔韧性好等优良
特性［汀，厚度仅28 µ.m ，能直接粘贴在固液接触面上，对流场扰动小。

通过光刻工艺可制成阵列式传感元件，能够用于狭小流场区域内压力分布的检测。

同时， PVDF 薄膜还具有很宽的频率响应范围（ 0.015-109 Hz) c剖，可用于测量高频的＊基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目
（ 2009QNA4001 ）；国家科技部国际合作项目（ 2008DFR70410 ）；浙江省
自然科学基金资助项目（ 01080038 ，阳05008 )传感器与微系统（ Transducer andMicrosystem Technologies) 要：针对检测狭小空间流场压力时，通用液体压力传感器存在体积大、频响低以及干扰流场等问题，提出一种基于聚偏氟乙烯（ PVDF）薄膜的流场动态压力检测方法，该方法采用光刻工艺直接在敷镀有金属铝电极的 PVDF 薄膜上制作压力传感元件，该元件具有面积小、厚度薄、柔韧性好的特点，非常适合于狭小流场空间壁面压力分布的测量。

试验研究表明：该方法特别适用于检测流场微小的压力波动，线性度误差为±2.3% ，输出灵敏度为1.32 mV/Pa。

Studyondynamicpressuredetectionmethodfor flowfieldbasedonPVDFfilm * RUANXia。

”dong,
BAJing,CHENHui,CHENWen－归， FU Xin ( State Key Laboratory of Fluid Power Transmission and Control , Zhejiang University, Hangzhou 310027 , China) Abstract:Aiming at theproblemsof large size, lowfrequencyresponseandarousing disturbancetotheflowfield mostpresentliquidpressuresensorshavewhendetecting flowfieldpressureofnarrowspace, aPVDFfilm­based flowfielddynamicpressuredetectionmethodisproposed.Directlyfabricatedfro manaluminum-coated PVDF filmusing lithographic process, the sensing element implemented m 山is methodhas beenendowedwith 由eadvantagesofsmallsize,
thinthicknessandgoodflexibility,whichmakeitapplicableforthewallpressure distributionmeasurement fornarrowgap
flowfield.Experimentalresearchshowsthatthismethodiswellsuitable for theslightpressure fluctuationdetectioninthe flowfield, witha linearityeπor
of±2.3 %anda sensitivity of Key words :narrowflowfield;PVDF
film;dynamicpressure;lithographicprocess 狭小的流场空间广泛存在于各种工程机械中，它们通常至少有一个方向的尺寸在毫米级以下，如轴向柱塞泵摩擦副间隙［ I ）、液力悬浮轴承转子与内壁间隙［2.3）、浸没式光刻机投影物镜与硅片间隙［4］等。

液体流动时的压力变化不可避免地会引起振动冲击、摩擦磨损以及气穴现象（5)高，同时也并非所有尺寸都能实现微型化，对于流场中狭小曲面结构表面压力的多点分布检测，安装空间的限制仍然是主要问题。

此外，在流量一定时，流场尺寸越小，则流速越大，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。

优化流道结构和流动参数能有效降低流场的压力波动，因此，流场动态压力的检测与分析能够为设计提供有力依据。

目前，除数值计算外，在测量装置上开引压孔和采用微型传感器［5.6］是在狭小流场空间内进行压力测量的主要．方法。

然而，引压孔会在一定程度上改变流道结构，对流场形态存在干扰；而大多数微型传感器制造工艺复杂、成本根据狭小空间流场的上述特点，本文提出了一种基于聚偏氟乙烯（ polyvinylidenefluoride, PVDF）薄膜的流场动态压力检测方法， PVDF 压电薄膜是一种高分子聚合物型敏感材料，具有质量轻、灵敏度高和柔韧性好等优良特性［汀，厚度仅28 µ.m ，能直接粘贴在固液接触面上，对流场扰动小。

通过光刻工艺可制成阵列式传感元件，能够用于狭小流场区域内压力分布的检测。

同时， PVDF 薄膜还具有很宽的频率响应范围（ 0.015-109 Hz) c剖，可用于测量高频的52 传感器与微系统第 3 0 卷振动冲击信号。

本文针对液体微小压力波动的检测问题，设计制作了 PVDF 压力传感元件，搭建了其信号处理电路，并对所提出方法的可行性和可靠性进行了试验研究。

1 基子 PVDF 膜的动态压力检测方案1.1 PVDF 薄膜的压力检测原理本文提出的基于PVDF 薄膜的动态压力检测方法是采用光刻工艺直接在敷镀有金属铝电极的PVDF 薄膜上制作压力敏感元件，其结构如图 1 所示。

PVDF 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，这些电荷通过引线接入信号处理模块，经电荷放大、电压
放大和滤波处理后转换成相应的电压信号输出。

I~~~ 图 1 压力敏感元件结构图Fig1· Stucture diagram of pr四sure sensing element根据正压电效应，PVDF 薄膜在垂直表面方向上受力后，输出电荷与外力的关系为（9)Q =d33 F, (1) 式中 Q 为薄膜输出电荷量； F 为薄膜所受外力；也为薄膜压电应变常数。

PVDF 压力传感元件输出电荷量 Q 与压力的关系为p=Ql d33S, (2) 式中 p 为压力传感元件所受的压力； S 为压力传感元件测量点的面积。

由于薄膜压电应变常数
只与 PVDF 薄膜的特性相关，当测量点面积一定时，传感元件所受压力与输出电
荷量呈线性关系。

基于上述原理，根据测量压力的变化范围，设计传感元件和
信号处理电路，即可实现动态压力的检测。

1.2 PVDF 压力传感元件的制作利用
光刻技术，将测量点和引线图案按 1 :1 从掩模板传递至镀有金属铝层的 PVDF 薄膜上，然后，经显影、铝腐蚀及导线连接等工艺制作了压力敏感元件，如图 2 ( a ）所示。

同时，为了满足测量区域内压力分布的要求，设计制作了阵列式压力敏感元件，如图 2(b ）所示。

实验过程中，化学性质不稳定的铝易与弱碱性正胶显影液发生反应，因此，需在显影液中添加适量缓蚀剂并有效控制显影时间，否则，
敏感元件表面的铝层会遭到破坏。

1.3 信号处理电路的设计由于测量信号微弱，而PVDF 压力敏感元件的阻抗高 (108D,），这导致输出信号易受外界干扰，为了将
压力敏感元件的高阻抗输出变成低阻抗输出，并对信号进行放大滤(a）单点PVDF 压力敏感元件。

）single-point PVDF press町e sensing element(b)7 点PVDF 压力敏感元件 (b) Seven-points PVDF pressure sensing element 图 2 压力传感元件 Fig2 Pr，田sure sensing element 波，本文设计了信号处理电路。

其电路原理图如图 3 所示，由电荷放大器、电压放大器、滤波器三部分组成，信号处理电路输出电压与 PVDF 压力敏感元件输出电荷的关系为 u=QN!C1, (3) 式
中 u 为信号处理电路输出电压；N 为电压放大器放大倍数； c1 为电荷放大器中的
反馈电容。

图 3 信号处理电路原理图Fig3 Principle diagram of signal proc臼sing circuit 选用低噪声高速场效应管输入型放大器 AD745 搭建电荷放大电路，高漏电阻的 PVDF 压力敏感元件通过与 AD745 （输入阻抗为 1010 D, ）进行阻
抗匹配，很大程度地提高了输出信噪比，同时，将所有电路地端连接在一起，能
有效减小地环路引人的干扰。

电压放大器选用微功耗仪用放大器 AD627 ，其直流误差小、共模抑制比高，放大倍数最高可达 1000 倍，适用于微弱电压信号的
放大。

选用开关第30卷振动冲击信号。

本文针对液体微小压力波动的检测问题，设计制作了 PVDF 压力传感元件，搭建了其信号处理电路，并对所提出方法的可行性和可靠性进行了试验研究。

1 本文提出的基于 PVDF 薄膜的动态压力检测方
法是采用光刻工艺直接在敷镀有金属铝电极的 PVDF 薄膜上制作压力敏感元件，
其结构如图 1 所示。

PVDF 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，这些电荷通过引线接入信号处理模块，经电荷放大、电压放大和滤波处理后转换成相应的电压信号输出。

图1压力敏感元件结构图Fig1· Stucture diagram of pr四sure sensing element 根据正压电效应， PVDF 薄膜在垂直表面方向上受力后，输出
电荷与外力的关系为（9)Q =d33 F, 式中Q为薄膜输出电荷量； F 为薄膜所受外力；也为薄膜p=Ql d33S, p为压力传感元件所受的压力； S 为压力传感元件测
由于薄膜压电应变常数只与 PVDF 薄膜的特性相关，当测量点面积一定时，传感
元件所受压力与输出电荷量呈线性关系。

基于上述原理，根据测量压力的变化范围，设计传感元件和信号处理电路，即可实现动态压力的检测。

1.2 利用光刻技术，将测量点和引线图案按 1 :1 从掩模板传递至镀有金属铝层的 PVDF 薄膜上，
然后，经显影、铝腐蚀及导线连接等工艺制作了压力敏感元件，如图 2 ( a ）所示。

同时，为了满足测量区域内压力分布的要求，设计制作了阵列式压力敏感元件，如图 2(b ）所示。

实验过程中，化学性质不稳定的铝易与弱碱性正胶显影液发生反
应，因此，需在显影液中添加适量缓蚀剂并有效控制显影时间，否则，敏感元件表面的铝层会遭到破坏。

由于测量信号微弱，而 PVDF 压力敏感元件的阻抗高(108D,），这导致输出信号易受外界干扰，为了将压力敏感元件的高阻抗输出变
成低阻抗输出，并对信号进行放大滤single-point PVDF press町e sensing element (b)7 点 PVDF 压力敏感元件(b) Seven-points PVDF pressure sensing element 2压力传感元件Fig2 波，本文设计了信号处理电路。

其电路原理图如图3 所示，由电荷放大器、电压放大器、滤波器三部分组成，信号处理电路输出电
压与 PVDF 压力敏感元件输出电荷的关系为u=QN!C1, u为信号处理电路输出电压；N 为电压放大器放大倍信号处理电路原理图Fig3 选用低噪声高速场效应管输入型放大器 AD745 搭建电荷放大电路，高漏电阻的 PVDF 压力敏感元件通过与AD745 （输入阻抗为 1010 D, ）进行阻抗匹配，很大程度地提高了输出信噪比，同时，将所有电路地端连接在一起，能有效减小地环路引人的干扰。

电压放大器
选用微功耗仪用放大器 AD627 ，其直流误差小、共模抑制比高，放大倍数最高可达 1000 倍，适用于微弱电压信号的放大。

选用开关通过对多个波峰处测量点纵
坐标的比值求平均，近似计算出两条曲线的幅值比，结果如表1 所示，其中，屿，ub 分别对应PVDF 压力传感器和普通压力传感器测量点的纵坐标值。

计算可得，PVDF 压力传感器的灵敏度为 1.32 mV/Pa。

重复上述试验，代人灵敏度，测得另一组液体压力波动曲线如图 6 所示。

试验结果表明： PVDF 压力传感器测量的
压力信号与实际值吻合较好，且质量轻、厚度小（200 µm ）、灵敏度高，能
够用于检测液体微小的压力变化。

输出倍号幽线波峰处采样点的幅值比53 阮晓东，等：基于 PVDF 薄膜的流场动态压力检测方法的研究电容滤波器 MAX293 滤除
高频噪声，外接固定电容器即可第 7 期设定拐角频率的大小（ 0.1 ~50 kHz ）。

此外，为了抑制零漂，设计了直流反馈网络，它是由 T 型电阻卸荷通路和直流伺服环组成，目的是为了在不衰减有用频带信号的前提下通过输出反馈作用实现零
点漂移的动态归零。

试验测试表明：电荷放大器的低频截止频率为 0.2 Hz ，零点漂移小子 10 rnV。

表 1 试验研究线性皮测试试验22.1Wave er四t amplitude ratio of output signalcurv回Tab1 将PVDF 压力敏感元件粘贴在振动台商上，同时上方0.630.54 0.460.37时间（s)u,.(V)“b( V)放置一定质量的砖码，将单位幅值的正弦信号经功率放大。

.293 1.060-0.222-0.8330.2700.967-0.201 -0.751 3.6153.761 3.5743.7460.980.4570.88-0.3340.800.3760.71一0.273 tt,lu0时间（ s) u0( V)t句（ V )器放大后驱动激振器振动，试验分别在
20 ,30 ,40 Hz 的激振频率下测试了 PVDF 压力传感器的输入输出特性，结果如
I.796 -1.2901.484一I.027 3.8673.932比值平均30025020015010050..-s8 ~ I- 100A- 1 50- 2000.。

3.9453.783.767 “ ,lu.5000400030002000IOOO。

图 4 所示。

〉层组叫 gl 凿出面6ι ＼【 RUH 40 35 1015202530加速度峰－峰值／m·s-2图 4 试验结果曲线。

0.8 0.4日才问 Is 液体压力波动幽线0.6 0.2图 6针对狭小空间流场压力分布的测量问题，提出了一种检测方法，该方法是基于 PVDF 薄膜的压电效应，利用其优良的物理特性，设计了一种 PVDF 压力传感器，具有质量轻、厚度薄、串扰小的特点，可直接粘贴安装，适于狭小流场空间壁面压力分布的测量，通过试验测试与分析，验证了该传感器能够用于检测液体微小的压力波动，并得出如下结Liquid pressure fluctuationcurv臼Fig6论，士’ H3论：Fig4T四t r臼ult curves由式（ 4 ）和式（ 5 ）可知，sPP (2τ if) 2 为激振器台面加速度峰－峰值，由于激振器具有限位保护功能，在振幅一定时，振动频率越低，则可达到的最大加速度也越小，所以，在图 4 中，不同频率测量点对应的横坐标阂值并不一致。

对图中测量点进行线形拟合，可以得出，斜率为122.9 mV/Pa ，线性度误差为士2.3% 。

由此， PVDF 压力传感器在不同频率下的输入输出特性基本一致。

灵敏度标定试验选取量程合适的普通压力传感器（灵敏度为 5 mV/ Pa,量程为 1 kPa ）作为参照标准，通过引压管安装在 PVDF 压力传
感器的测量面上，在液体压力变化时，同时采集 PVDF 压力传感器与普通压力传感器的输出信号，并对普通压力传感器的输出进行隔直处理，得到如图 5 所示的
曲线。

2.2 l)PVDF 压力敏感元件是采用光刻工艺直接在敷有金属铝层的 PVDF 薄膜上制成的，其面积小、厚度薄且柔韧性好，可制成阵列式，用于面内多点动态
压力的测量。

2)PVDF 压力传感器的线形度误差为±2.3% ，输出灵敏度为 1.32 mV/Pa ，基本无零漂，低频截止频率为 0.2 Hz,试验测得的液体压力波动曲线与
实际值吻合较好。

参考文献：2.01.51.00.50.0-0.5-1.0- 1 50.。

〉气园时古杨华勇，张斌，徐兵．轴向柱鑫泵／马达技术的发展演变［ J].机械工程学报，2008,10(44) ,1-8.]’·· -[0.7 0.30.4日才间 Is 传感器输出信号曲线。

.50.20.1 ｛下转第 56 页）图 5 Output signal curves of the sensors Fig5 通过对多个波峰处
测量点纵坐标的比值求平均，近似计算出两条曲线的幅值比，结果如表 1 所示，
其中，屿，ub 分别对应PVDF 压力传感器和普通压力传感器测量点的纵坐标值。

计算可得， PVDF 压力传感器的灵敏度为 1.32 mV/Pa。

重复上述试验，代人灵敏度，测得另一组液体压力波动曲线如图 6 所示。

试验结果表明： PVDF 压力传感器测量的压力信号与实际值吻合较好，且质量轻、厚度小（200 µm ）、灵敏度高，能够用于检测液体微小的压力变化。

7期设定拐角频率的大小（ 0.1 ~50
kHz ）。

此外，为了抑制零漂，设计了直流反馈网络，它是由 T 型电阻卸荷通路和直流伺服环组成，目的是为了在不衰减有用频带信号的前提下通过输出反馈作用实现零点漂移的动态归零。

试验测试表明：电荷放大器的低频截止频率为 0.2
Hz ，零点漂移小子 10 rnV。

表试验研究2 2.1 Wave er四t amplitude ratio of output signalcurv回Tab1 0.63 0.54 0.46 0.37 时间（s)u,.(V) “b( V) 放置一
定质量的砖码，将单位幅值的正弦信号经功率放大。

.2931.060 -222 -0.833
0.270 0.967 -0.201 3.615 3.761 3.574 3.746 98 0.457 0.88 -0.334 0.80 0.376 0.71 一0.273tt,lu0 时间（ s)u0(V) t句（V)器放大后驱动激振器振动，试验分别
在 20 ,30 ,40 Hz 的激振频率下测试了 PVDF 压力传感器的输入输出特性，结果如-1.290 1.484 一I.027 3.867 3.932 比值平均300 250 200 150 100 50-s8 ~ I A 50 0.。

3.945 3.78 3.767 “,lu.5000 4000 3000 2000 IOOO 4所示。

〉层组叫
gl凿出面6ι＼【RUH40 10 15 20 25 30 加速度峰－峰值／m·s-2试验结果曲线0.4 日才问 Is液体压力波动幽线0.2 6针对狭小空间流场压力分布的测量问题，提出了一种检测方法，该方法是基于 PVDF 薄膜的压电效应，利用其优良的物理特性，设计了一种 PVDF 压力传感器，具有质量轻、厚度薄、串扰小的特点，可直接粘贴安装，适于狭小流场空间壁面压力分布的测量，通过试验测试与分析，验
证了该传感器能够用于检测液体微小的压力波动，并得出如下结Liquid pressure fluctuationcurv臼Fig6 论，士’H 3 论：Fig4 T四t r臼ult curves 由式（ 4 ）和式（ 5 ）可知，sPP (2τ if) 2 为激振器台面加速度峰－峰值，由于激振器具有
限位保护功能，在振幅一定时，振动频率越低，则可达到的最大加速度也越小，所以，在图 4中，不同频率测量点对应的横坐标阂值并不一致。

对图中测量点进行
线形拟合，可以得出，斜率为 122.9 mV/Pa ，线性度误差为士2.3% 。

由此，PVDF 压力传感器在不同频率下的输入输出特性基本一致。

选取量程合适的普通压力传感器（灵敏度为 5 mV/ Pa, 量程为 1 kPa ）作为参照标准，通过引压管安装
在 PVDF 压力传感器的测量面上，在液体压力变化时，同时采集 PVDF 压力传感器与普通压力传感器的输出信号，并对普通压力传感器的输出进行隔直处理，得到如图 5 所示的曲线。

l)PVDF 压力敏感元件是采用光刻工艺直接在敷有金属铝层的PVDF 薄膜上制成的，其面积小、厚度薄且柔韧性好，可制成阵列式，用于面内多点动态压力的测量。

2)PVDF 压力传感器的线形度误差为±2.3% ，输出灵敏度为1.32 mV/Pa ，基本无零漂，低频截止频率为 0.2 Hz, 试验测得的液体压力波动曲线与实际值吻合较好。

参考文献：2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 5 〉气园时
古] ’··- [ 0.7 0.3 日才间 Is传感器输出信号曲线0.1 5Output signal curves of
the sensors Fig5 第 30 卷5.3 对比 2 种测试结采进行 PWM 控制电机转速实验时，电机供电电压值为 12V ，当 PWM =10 时，电机为满功率工作。

这样测试
的目的是可以和采用分级稳压方式控制电机转速方式相比较，使得 2 种控制电机
的驱动条件一致，即分别采用硬件调速和软件调速的方式来进行测试。

对这 2 种测试方式进行比较得到相似的测试结果，误差都控制在 5 % 内。

测试结果表明：该转速测量系统的控制精度满足设计要求，达到了预期设计目标。

56 程序流程固图 6 论结 6本测速系统采用霍尔传感器捕捉脉冲信号，通过单片机对连续脉冲记
数来实现转速测控。

实现了最初的设计目的，电机在满功率下测量转速和电机实际标配转速一致。

设计中充分利用了 AT89S52 芯片内定时器和外部中断资Progr创n flowchartFig6120100806040200LE·ξ 倒都源，保证了 l s 内的时间
精度。

实验表明：该方法高效可靠，1 211107 89电机驱动值 N转速测试曲线
图 65对中小型电机的转速能够精确切时速。

军，崔艳丽，等．利用霍尔传感器
研究脉冲功率董健年，张 [ 1 J源模块的磁场特性［ J ］，弹道学报，2008,20 (4 ) :103-106.张菊秀，龙晓林开关型霍尔传感器的应用［ J].电子世界，[ 2
J2002 (4 ) :43.刘建英．霍尔传感器在电参盘测量；中的应用［ JJ.中国民航学[ 3 ] Fig7 Rotating speed test curve 采用PWM 控制电机转这在Keil3.0 中给出转速预设值 PWM ，即给定常量 PWM观察速度稳定后 1602LCD 数值，比较实
际测量的转速值和预测转速值，计算出转速测量误差在 5% 以内，转速测试结果如表 1 所示。

表明测量结果较为准确，在预期设想值范围内。

图 75.2 院学报，1999 ( 4 ) :21 -24.赵树磊，谢吉华，刘永锋．基于霍尔传感器的电机测速装[ 4 ]笠［ J ］.江苏电器，2008 ( 10 ) :53 - 56.Rototing sp咽d test results 健．霍尔传感器的应用浅析［ J].信息与电脑：理论版，张 [ 5 ]2009 ( 7 ) :6-9.
作者简介：清（ 1978 - ），女，黑龙江哈尔滨人，博士研究生，讲师，主
郭误差（%） 2.004.443.752.853.334.00 转速测试结果实现Hr/min)
988677685848 表 1 预测（r/min) 1009080706050Tab1PWMω9876 要研究
方向为单片机与传感器技术应用。

、s庐哈萨哈萨、卢哈乒品哈萨、s庐哈萨、石户、萨、3声、s户、6庐、9电卢哈.；，＞－唱9、s萨、－~户、4卢哈萨、画卢世王岛、s庐、9、二庐哈萨、且声四分哈萨、沪.＿，，，，‘哈萨、且卢电卢、9、萨哈萨、－咱庐哈萨马乒、且声、石庐－－－－of FluidPower ,2000 , 1
( 1) :27 -38.VinogradovA, HollowayF.Electro-mechanicalprope且ies of thepiezoelectric polymer PVDF[ J J Ferroelectri臼，1999,226 : 169- 181.[ 7] Si,volaJNew noninvasivepiezoelectnctransducer forrecordingof respiration , heart-rateandbodymovement [ J J.MedicalandBiologicalEngineering andComputing, 1989 ,27 ( 4) :423 -424.金观昌，于森，鲍乃铿.PVDF 多点脉
搏波计算机辅助测试系统研究［ J ］.清华大学学报：自然科学版， 1999, 39 ( 8 ) :117 -120.[ 8 ][ 9]作者简介：阮晓东（ 1967 －），女，浙江临安人，教授，从事流体机械、流动测量及可视化研究。

Mull<ens J,
FlagelloD.Benefitsandlimitationsofimme四ion Ii­ tf吨呻hy[ J].Journalof MicrolithogrI可 y,Mi阳。

fabricat川 or andMicrosystems ,2004 ,3 ( 1) :104 -114..ChungM KH, Zhang Nong.Impellerbehavior anddisplacementof theventrassistimplantablerot町 blood pump [ J
JArtificialOrgans,2004 ,28(3) :287-297.杨金福，杨昆．滑动轴承非线性动态汹
膜压力分布特性的研究［ J ］.动力工程，2005,4 ( 25 ) :477 -482.翼宏，傅新，杨华勇，等．柱塞泵阻尼槽噪声特性研究［ J ］.浙江大学学报：工学版，
2005 ,5 (39 ) :609 -613.0 !emsL.Invest』gations of the temperature behaviour of thepistoncylinder assembly in 四al piston pumps [ J
J.International Journal （上接第 53 页）[ 2][ 3 ][ 4 ][ 5 ][ 6] 30进行 PWM 控
制电机转速实验时，电机供电电压值为12V ，当 PWM =10 时，电机为满功率
工作。

这样测试的目的是可以和采用分级稳压方式控制电机转速方式相比较，使
得 2 种控制电机的驱动条件一致，即分别采用硬件调速和软件调速的方式来进行
测试。

对这 2 种测试方式进行比较得到相似的测试结果，误差都控制在 5 % 内。

测试结果表明：该转速测量系统的控制精度满足设计要求，达到了预期设计目标。

程序流程固结6 本测速系统采用霍尔传感器捕捉脉冲信号，通过单片机对连续脉
冲记数来实现转速测控。

实现了最初的设计目的，电机在满功率下测量转速和电
机实际标配转速一致。

设计中充分利用了 AT89S52 芯片内定时器和外部中断资Progr创n flowchart Fig6 120 80 60 0 LE·ξ倒都11 7 8 9 电机驱动值 N转速测试曲线图对中小型电机的转速能够精确切时速。

董健年，张[ 1 J 源模块的磁场特
性［ J ］，弹道学报，2008,20 (4 ) :103-106.[2 J 2002 (4 ) :43.刘建英．霍尔传感器在电参盘测量；中的应用［ JJ.中国民航学Fig7 观察速度稳定后 1602LCD
数值，比较实际测量的转速值和预测转速值，计算出转速测量误差在 5% 以内，
转速测试结果如表 1 所示。

表明测量结果较为准确，在预期设想值范围内。

笠［ J ］.江苏电器，2008 ( 10 ) :53 - 56.张2009 ( 7 ) :6-9.作者简介：清（ 1978 - ），女，黑龙江哈尔滨人，博士研究生，讲师，主误差（%）2.00 4.44
3.75 2.85 3.33 .00 转速测试结果实现Hr/min)86 77 68 58 48 预测（ r/min)90 70 Tab1 PWM ω9876 of FluidPower ,2000 , 1 ( 1) :27 -38.VinogradovA, HollowayF.Electro-mechanicalprope且ies of the piezoelectric polymer PVDF[ J J Ferroelectri臼，1999,226 : 169-181.7] Si,volaJNew noninvasivepiezoelectnctransducer forrecording of respiration , heart-rateandbodymovement [ J J.Medicaland BiologicalEngineering andComputing, 1989 ,27 ( 4) :423 -42
4.金观昌，于森，鲍乃铿.PVDF 多点脉
搏波计算机辅助测试系统研究［ J ］.清华大学学报：自然科学版， 1999, 39 ( 8 ) : 117 -120.89] 阮晓东（ 1967 －），女，浙江临安人，教授，从事流体机。