压电薄膜(PVDF)超声波接收器
PVDF压电膜简介
(8) 容易加工和安装:可以根据 实际需要来制 定形状,用502 胶来粘贴固定。
工作机理
压电效应 • 压电效应，是某些特殊的材料中机械能与电能相互转化的
现象。根据转化方向的不同，压电效应可以分为正压电效 应和逆压电效应两种。 • 某内些部电会介产质生1在极88沿化0年一现，居定象里方，兄向同弟首上时先受在发到它现电外的气力两石的个的压作相电用对效而表应变面形上时出，现其正 负相反的电荷，当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状 态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时， 电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上 施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介 质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电 致伸缩现象。
PVDF压电膜简介
性能及特点
• 聚偏氟乙烯简称F-2。英文名 称PolyVinylideneFluoride， 简称PVDF，分子式∈CF2CH2 n，分子量为40~60万。 PVDF是60年代发展的含氟塑 料之一，它是用三氟乙烯、 氢氟酸与锌粉等作用生成单 体，再经聚合生成白色结晶 固体，属均聚物。
(1) 压电常数d 比石英高十多倍,虽然比 PZT低,但作为传感材料更重要的一个特征参 数g 值比PZT 高20 倍左右。
(2) 柔性和加工性能好,可制成5μm 到1 mm厚度不等、形状不同的大面积的薄膜,因 此适于做大面积的传感阵列器件。
(3) 声阻抗低:为3. 5 ×10 - 6 Pa. s/ m ,仅 为PZT压电陶瓷的1/ 10 ,它的声阻抗与水、 人体肌肉的声阻抗很接近,并且柔顺性好,便 于贴近人体,人体接触安全舒适,因此用作水 听器和医用仪器的传感元件时,可不用阻抗 变换器。
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。
压电薄膜材料的性能与性能特点
压电薄膜材料的性能与性能特点压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料，它的发展有着十分悠久的历史。
自19世纪80年代从CURIE 兄弟在石英晶体上发现了压电效应后，压电材料开始引起人们的广泛注意，随着研究深入，不断涌现出大量的压电材料，如压电功能陶瓷材料、压电薄膜、压电复合材料等。
这些材料有着十分广泛的用途，在电、磁、声、光、热、湿、气、力等功能转换器件中发挥着重要的作用。
PVDF压电薄膜PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜，在1969年，日本人发现了高分子材料聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride polymer) 简称PVDF，具有极强的压电效应。
PVDF薄膜主要有二种晶型即α型和β型，α型晶体不具有压电性，但PVDF膜经滚延拉伸后，原来薄膜中的α型晶体变成β型晶体结构。
拉伸极化后的PVDF 薄膜在承受一定方向的外力或变形时，材料的极化面就会产生一定的电荷，即压电效应。
与压电陶瓷和压电晶体相比，压电薄膜主要有以下优点：（1）质量轻，它的密度只有常用的压电陶瓷PZT的四分之一，粘贴在被测物体上对原结构几乎不产生影响，高弹性柔顺性，可以加工成特定形状可以与任意被测表面完全贴合，机械强度高，抗冲击；（2）高电压输出，在同样受力条件下，输出电压比压电陶瓷高10倍；（3）高介电强度，可以耐受强电场的作用（75V/um），此时大部分压电陶瓷已经退极化了；（4）声阻抗低，仅为压电陶瓷PZT的十分之一，与水、人体组织以及粘胶体相接近；（5）频响宽，从10-3Hz到109均能转换机电效应，而且振动模式单纯。
因此在力学中可以测量应力和应变，在振动中可以制作加速度计和振动模态传感器，在声学上可以制作声辐射模态传感器和超声换能器以及用在主动控制中，在机器人研究中可以。
压电薄膜传感器工作原理以及应用
压电薄膜传感器工作原理以及应用压电薄膜拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。
一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。
本文将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。
工作原理当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。
一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多。
因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10~15mV/微应变（长度的百万分率变化）。
使用‘动态应力’这个术语是因为形变产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失，所以压电薄膜并不能探测静态应力。
当需要探测不同水平的预应力时，这反而成为压电薄膜的优势所在。
薄膜只感受到应力的变化量，最低响应频率可达0.1Hz。
压电薄膜传感器简介压电薄膜传感器拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。
一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。
工采网将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。
压电薄膜传感器工作原理当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。
一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多。
因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10~15mV/微应变（长度的百万分率变化）。
使用‘动态应力’这个术语是因为形变产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失，所以压电薄膜并不能探测静态应力。
mems压电薄膜分类
微电子机械系统（MEMS）压电薄膜是一类应用于微型传感器、执行器以及能量转换器等微系统中的压电材料。
这些薄膜可以利用压电效应将机械能转化为电能，或者反过来将电能转化为机械运动。
根据材料组成、结构以及用途等不同，MEMS压电薄膜可以分为以下几类：
1.压电陶瓷薄膜：这类薄膜通常由陶瓷材料制成，如铅锆钛酸铁（PZT）、铅镁酸铁（PMN）等。
这些陶瓷材料具有很高的压电效应，可以在电场或机械应力作用下发生形变或产生电荷。
2.压电聚合物薄膜：这类薄膜由聚合物材料制成，如聚偏氟乙烯（PVDF）以及其衍生物。
压电聚合物薄膜在柔性电子、生物医学传感器等领域有广泛的应用。
3.无机非陶瓷薄膜：这类薄膜由非陶瓷材料制成，如锌氧化物（ZnO）等。
无机非陶瓷薄膜也具有压电性能，并在柔性电子、生物传感器等领域有应用前景。
4.复合薄膜：这类薄膜由不同材料的复合构成，例如将压电材料与导电材料组合在一起，以实现更灵活的应用。
这些复合薄膜可以用于柔性传感器、振动能量收集等领域。
5.双层薄膜：双层薄膜通常由两层材料叠加构成，其中一层是压电材料，另一层是电极材料。
在外加电场或机械应力的作用下，压电层会发生形变，从而导致电极之间的电荷变化，实现能量转化或传感。
这些分类仅是对MEMS压电薄膜的一种粗略分类。
实际上，根据具体应用的要求，还可以根据材料的性质、结构特点以及工作原理等进行更详细的分类。
PVDF超声检测传感器的原理与应用
PVDF超声检测传感器的原理与应用作者：陈乐利谈佩芸卢婉钰段旭斌周进威来源：《商情》2017年第44期[摘要]本文介绍了聚偏二氟乙烯（PVDF）压电薄膜材料的优缺点、传感机理、制备方法及其应用。
基于有限元方法研究PVDF圆膜并分析影响其声学性能的因素，设计偏聚氟乙烯梳状传感器，探讨其在薄钢板检测超声导波的性能。
[关键词]PVDF 压电薄膜材料梳状传感器一、引言目前，国内在激光超声波检测方面大多局限于声场理论的探讨，需要新的检测技术来测量高频超声波，如阵列传感接收装置。
阵列检测不仅能同时检测多个不同位置点，而且能够产生检测对象的图像。
阵列检测技术既能提高检测质量又能减少检测时间。
PVDF是一种半结晶性聚合物，由CF2CH2长链分子构成，广泛应用于航空航天、铁路、石油化工等现代工业领域。
新型PVDF材料具有良好的力学与压电性能，适用于制作声波的接收器件，开发新型PVDF阵列的超声波接收传感器件具有下列优势：①成本比相控阵检测技术要低;②可用于测量薄膜材料的力学参数;③通过成像技术能够得到薄膜材料亚表面特征和多个力学参数。
本文对PVDF 压电薄膜材料的优缺点及传感机理等进行概述，研究PVDF圆膜及其影响因素，并设计梳状传感器，探讨其超声检测性能。
二、PVDF压电薄膜（--）PVDF压电薄膜的优缺点PVDF材料压电应变常数低，机电耦合系数较小，压电电压常数高，具有极高灵敏度;PVDF薄膜厚度极薄，可紧贴于物体表面，几乎不影响被粘物体结构;介电强度高，电场耐受力强，在强电场下仍可保持原有性能;声阻抗低，可有效防止声波信号失真;材质软，易加工，可制成大面积阵列传感器和各种不规则形状传感器;热电性强，可制成火灾报警器、防盗报警器、非接触温度计等。
此外，PVDF薄膜还具有频响宽、热稳定性好等优点。
（二）PVDF压电薄膜的传感机理PVDF压电薄膜受力形变产生极化电荷，极化电荷的大小与分布与物体形变密切相关。
在零外电场情况下，PVDF压电薄膜的输出信号是它在各方向的应变总响应，强度较弱，须经运算放大器放大后，才可进行后续处理。
pvdf压电薄膜 传感带
pvdf压电薄膜传感带
PVDF压电薄膜传感带是一种利用聚偏氟乙烯（PVDF）材料制成的压电传感器。
PVDF是一种具有压电效应的聚合物材料，它可以将机械压力转换为电信号。
PVDF压电薄膜传感带通常用于测量和检测应变、压力、力和触摸等物理量，广泛应用于医疗设备、工业自动化、电子设备和触摸屏等领域。
从材料角度来看，PVDF压电薄膜传感带具有良好的压电性能，具有高灵敏度、快速响应和稳定的特点。
它的柔韧性和薄膜结构使其适合于嵌入式传感应用，能够适应复杂的曲面和结构。
从应用角度来看，PVDF压电薄膜传感带可以用于制作触摸传感器、压力传感器、力传感器等各种类型的传感器。
在医疗设备中，它可以用于制作生理信号采集传感器，如心电图贴片、血压测量仪等。
在工业领域，它可以应用于机械手臂的力控制、触摸屏的触摸控制等方面。
在电子产品中，它可以用于制作触摸开关、触摸笔等电子产品。
总的来说，PVDF压电薄膜传感带具有广泛的应用前景，其高灵敏度、快速响应和良好的适应性使其成为各种传感器领域的重要材
料之一。
随着科学技术的不断发展，PVDF压电薄膜传感带在传感技术领域的应用将会更加广泛，为人们的生活和工作带来更多便利和可能性。
PVDF超声检测传感器的原理与应用
PVDF超声检测传感器的原理与应用目前，国内在激光超声波检测方面大多局限于声场理论的探讨，需要新的检测技术来测量高频超声波，如阵列传感接收装置。
阵列检测不仅能同时检测多个不同位置点，而且能够产生检测对象的图像。
阵列检测技术既能提高检测质量又能减少检测时间。
PVDF是一种半结晶性聚合物，由CF2CH2长链分子构成，广泛应用于航空航天、铁路、石油化工等现代工业领域。
新型PVDF材料具有良好的力学与压电性能，适用于制作声波的接收器件，开发新型PVDF阵列的超声波接收传感器件具有下列优势：①成本比相控阵检测技术要低；②可用于测量薄膜材料的力学参数；③通过成像技术能够得到薄膜材料亚表面特征和多个力学参数。
本文对PVDF压电薄膜材料的优缺点及传感机理等进行概述，研究PVDF圆膜及其影响因素，并设计梳状传感器，探讨其超声检测性能。
二、PVDF压电薄膜（--）PVDF压电薄膜的优缺点PVDF材料压电应变常数低，机电耦合系数较小，压电电压常数高，具有极高灵敏度；PVDF薄膜厚度极薄，可紧贴于物体表面，几乎不影响被粘物体结构；介电强度高，电场耐受力强，在强电场下仍可保持原有性能；声阻抗低，可有效防止声波信号失真；材质软，易加工，可制成大面积阵列传感器和各种不规则形状传感器；热电性强，可制成火灾报警器、防盗报警器、非接触温度计等。
此外，PVDF薄膜还具有频响宽、热稳定性好等优点。
（二）PVDF压电薄膜的传感机理PVDF压电薄膜受力形变产生极化电荷，极化电荷的大小与分布与物体形变密切相关。
在零外电场情况下，PVDF压电薄膜的输出信号是它在各方向的应变总响应，强度较弱，须经运算放大器放大后，才可进行后续处理。
（三）PVDF压电薄膜的制备方法PVDF压电薄膜制备方法有有流延法、匀胶法、小分子蒸发镀膜法和压膜法等。
其中流延法对设备要求较低，成品致密性好，强度高，因此成为最常见的制备方法。
将PVDF溶于定量的N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，经过滤、真空除气泡、升温蒸发等操作，除去NMP，在流延皿上形成一层薄膜，即为原始的PVDF薄膜。
PVDF压电薄膜
PVDF压电薄膜PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜是本世纪70年代在日本问世的一种新型高分子压电材料。
到目前为止，世界上只有少数先进国家生产。
PVDF压电薄膜是一种柔软、质轻、高韧度塑料薄膜，可以根据需要制成各种形状，厚度的元件。
与微电子技术结合，能制成多功能传感元件。
•PVDF压电薄膜的应用o PVDF压电薄膜具有独特的介电效应、压电效应、热电效应。
与传统的压电材料相比具有频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强度高、声阻抗易匹配等特点，并具有重量轻、柔软不脆、耐冲击、不易受水和化学药品的污染、易制成任意形状及面积不等的片或管等优势。
在力学、声学、光学、电子、测量、红外、安全报警、医疗保健、军事、交通、信息工程、办公自动化、海洋开发、地质勘探等技术领域应用十分广泛。
产品主要有金、银、铝三个品种，膜厚30—500μm，产品形状、面积大小，可根据用户需要确定，是制作改进压力动态传感器和超声、智能探测的新型换能材料。
</F ON T>•PVDF压电薄膜的优点o PVDF压电膜具有较高的化学稳定性、低吸湿性、高热稳定性、高抗紫外线辐射能力、高耐冲击、耐疲劳能力，其化学稳定性比陶瓷高10倍，在80℃以下可长期使用。
PVDF压电膜质地柔软、重量轻，与水的声阻抗相近，匹配状态好，应用灵敏度高；PVDF压电膜在厚度方向的伸缩振动的谐频率很高，可以得到较宽的平坦响应，频响宽度远优于普通压电陶瓷换能器；PVDF压电膜优点如下：(1) 良好的工艺性。
可用现有设备进行加工；(2) 能制作大面积的敏感元件；(3) 频带响应宽(0～500MHz)；(4) 声阻抗接近于人体组织和水，所以可用于医疗诊断的敏感装置结构中；(5) 具有高冲击强度(可使用于冲击波的传感器中)；(6) 耐腐蚀性(在活性介质中使用时这种性能是必需的)；(7) 相对介电常数较低；相应较高的压电常数值d33(约比其它压电材料高一个数量级以上)和热信号灵敏度(p/ε)值；(8) 与压电陶瓷相比有更低的导热性；并能制得更薄的薄膜；(9) 柔软坚韧(PVDF的柔顺系数约为PzT的30倍,并且轻(比重只有PzT的1/4左右)；能制成所需的各种较复杂的形状(锥形、穹顶形等)，可使用在需要具有特殊定向的元件中。
PVDF有机压电材料特性及应用
PVDF与PZT比较
聚偏氟乙烯(PVDF)
1969年，Kawai发现了聚偏氟乙烯(简称PVDF)具有极强的压电效应，继而 出现了以聚偏氟乙烯为代表的压电高聚物的研究热潮，现在研究已从均 聚物扩大到共聚物、共混物和复合物，从结晶高聚物的压电性扩大到非 晶高聚物的压电性。PVDF家族压电铁电效应的发现被认为是有机换能器 领域发展的里程碑。
村田制作所开发了使用这个有机压电薄膜的2个应用装置，即能够利用弯曲和扭 转的动作来控制电视机的遥控器，以及能够检测出手指向下按触摸屏的力度的具 有压力检测功能的触摸屏Touch Pressure Pad (压力式触摸板) 。
宫缩，由于压电薄膜具有热释电性能，因此在使用压电薄膜的传 感装置的过程中，无法分别检测温度与弯曲度和扭转程度。
为此村田制作所开发出了一种有机压电薄膜， 具有压电常数大、透明度高的特点， 无热释电现象， 能够检测出弯曲度和扭转程度。 预计今后该压电薄膜将被广泛应用于各种人机界面。
PVDF压电膜的制备
由于β相具有最强的压电性，PVDF压电膜的制作方法是指β相膜的制作， 大致有3种方法， 即溶液浇铸法， 共聚合法和热压拉延法
由于热压拉延法制得膜的压电性最强，并且此法也较容易，通常采用此法 工艺包含以下几个步骤：
制膜
拉伸
上电极
极化
纯的PVDF压电膜
将PVDF粉料用热压法制成厚度40130μm的初始膜 在 65~120℃温度下进行单轴拉伸3~5 倍， 材料晶区由 α晶型转变成 β晶 在130~150℃退火半小时，消除内应 力。两面真空蒸镀铝电极
PVDF的晶型转换
不同的加工工艺可得不同晶型的 ,不同晶型的通过化学或物理条件的处理 又可互相转换
熔融结晶的PVDF为α 相
pvdf压电薄膜meas 振动传
感器一、简介PVDF（聚偏氟乙烯）是一种独特的压电材料，由于其优良的力电耦合特性，被广泛应用于传感器领域。
PVDF压电薄膜MEAS振动传感器利用PVDF薄膜的压电效应，实现了对振动的高灵敏度检测，成为工业自动化、机械运行监测等领域不可或缺的重要设备。
二、 PVDF压电薄膜MEAS振动传感器的原理PVDF压电薄膜MEAS振动传感器主要由PVDF薄膜、电极和支撑结构组成。
当受到振动刺激时，PVDF薄膜会产生应力变形，导致其中的正负电荷分布不均，从而在电极上产生电压信号。
通过测量电极输出的电压信号，可以准确地监测和分析振动信号的频率、幅值和波形特征。
三、 PVDF压电薄膜MEAS振动传感器的特点1. 高灵敏度：PVDF材料的优良压电性能使得传感器能够对微小振动进行快速、准确的检测；2. 宽频响特性：传感器在频率范围内具有良好的线性响应特性，能够适应不同频率范围的振动信号检测；3. 耐腐蚀性：PVDF材料具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性能，能够适应各种恶劣环境的使用要求；4. 高温性能：PVDF材料具有良好的高温稳定性，能够在高温环境下稳定工作，适用于多种高温工况下的振动检测需求。
四、 PVDF压电薄膜MEAS振动传感器的应用领域1. 工业自动化：作为工业生产线上振动监测和故障诊断的重要设备，在各种机械设备和生产工艺中得到广泛应用；2. 汽车电子：用于车辆动力系统、底盘系统和乘员舒适性控制等方面的振动监测和控制；3. 石油化工：用于石油钻探、管道输送和化工生产过程中的振动监测和安全保障；4. 航空航天：用于航空器结构振动监测、发动机振动监测和空间飞行器振动控制以及航空航天领域的研究和测试等方面。
五、 PVDF压电薄膜MEAS振动传感器的未来发展随着工业自动化、智能制造和物联网技术的发展，振动传感器在各个行业的应用需求将更加广泛和深入。
PVDF压电薄膜MEAS振动传感器作为一种新型、高性能的振动传感器，具有良好的发展前景。
10种传感器资料
压力传感器MS54xx压力传感器原理：MS54xx系列贴片压力传感器是专为分辨率和精度要求较高的压力传感器系统而设计。
该装置的微机械压力传感器核心部件安装在6.2 x6.4毫米的陶瓷载体或由金属或塑料盖保护6.1 x6.3毫米的PCB硅片上。
现有的MS54xx系列压力传感器在保持高灵敏度后高线性的同时给予最大输出电压，输出电压与施加的压力成正比。
输出：150mV，240mV量程：1，7，12Bar工作温度范围：-40～125℃精确度：±0.05%或±0.2%供电电源：20V特点：小尺寸，高线性或高灵敏度可选，塑料罩或金属罩可选，可灌胶防潮处理类型：绝压电气连接：表面贴装典型应用：绝压测量系统，发动机控制，高分辨率高度计，气压测量计，防水手表，水下计算机，轮胎压力监测系统，医疗器械，充气泵控加速度传感器7114A加速度传感器工作原理是：敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号，进入前置放大电路，经过信号调理电路改善信号的信噪比，再进行模数转换得到数字信号，最后送入计算机，计算机再进行数据存储和显示。
当传感元件以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，发生与加速度成正比a的形变，使悬臂梁也随之产生应力和应变。
该变形被粘贴在悬臂梁上的扩散电阻感受到。
根据硅的压阻效应，扩散电阻的阻值发生与应变成正比的变化，将这个电阻作为电桥的一个桥臂，通过测量电桥输出电压的变化可以完成对加速度的测量输出：±5V量程：±10g、±50g、±500g封装：不锈钢工作温度范围：-55°C～125°C供电电源：10～30Vdc特点：±10g ～±500g动态量程、带宽可达15kHz、密封焊接、环形剪切、稳定的温度响应、TEDS选项类型：压电IEPE电气连接：电缆典型应用：振动及冲击监测、实验室测试、模型应用、高频应用湿敏传感器HTF3226LF湿敏传感器原理：湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。
基于PVDF压电薄膜的超声波测厚技术探究
２ ０ １ ３ ． １ ９
基于 Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ压 电薄膜的超声波测厚技术探究
申晓 月
（ 中北大学信 息与通信工程 学院 ，山西 太原 ， ０ ３ ０ ０ ５ １ ）
摘要 ： 开展 了基于 Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ压 电薄膜 的超声波 测厚技术研究 ， 通 过分析超声波是弹性机械波 的一种， 在 同种均匀介质 中， 其传播 声速 一定， 当从一种介质进入另一种介质 时， 在结构表面会发生反射作用 。 因此， 我们可 以认为超声波从被测试件 的表面 发出 到接 收到 另一底面反射波信号的传播间隔时间与被测厚度值成正 比关系， 从而测量厚度 的问题转化成测量超声波在试件 中传 播时间的问题 。 基于 Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ压 电薄膜的超 声波测厚技术将为快速便捷的测量 厚度 问题提供一种新的手段， 并为将来测厚技 术系 统的开发 奠定技术基础 ， 具有工程应用价值 。
Ｓ ｈ ｅ ｎ Ｘｉ ａ ｏ ｙ ｕｅ
（ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ，ｃ ｏ ｍ ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ， Ｔ ａ ｉ Ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ５ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
０ 引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
本 文 以压 力 管道 为研 究对 象 ， 压力 管 道是 输送 有 毒 、 可燃、 易爆
ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｈｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ ｐ ｉ ｅ ｚ ０ ｅ １ ｅ ｃ ｔ ｒｉ ｃ ｔ ｈ ｉ ｎ ｆ ｉ ｌ ｍ ｗ ｉ ｌ １ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ａ ｎ ｅ ｗ ｗ ａ ｙ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｌ ｙ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｉ Ｓ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｗ ｏ ｕｌ ｄ ｌ ａ ｙ ａ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ：Ｐ ｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｅ ｔ ｒ ｉ Ｃ ｔ ｈ ｉ ｎ ｆ ｉ ｉ ｍ： ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ Ｃ ｔ ｈｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ
BF-PVDF压电膜材料.doc
PVDF压电膜的应用压电膜的应用介介绍PVDF压电膜的应用相当广泛。
目前，从医学上使用的精密微细敏感元件到工业上用的各种传感器。
从军事上应用的声纳到民用的空调器、防盗报警系统等领域，PVDF压电膜都显示出了其优异的性能。
它可以用于制作超声波探头式诊断仪、血压计、指脉膊传感器及心率计；超声波传感器、压力传感器、机器人的触觉传感器、加速度传感器、称重传感器；水声探测器、声纳器件；扬声器、抗噪声送话器，高保真立体声耳机、空调器；应力、应变计、流量计、用于特殊场合下的触摸开关等。
此外PVDF压电膜除了具有较高的压电性外，还显示出热释电性，是一种很好的热电材料，它可以把热能转变为电能。
可用于防盗、保安报警器、热释电红外传感器、火灾探知器、光反向传感器、红外线扫描器。
辐射仪、接近传感器等各种测控仪器中，至今为止，上述所叙的许多元器件已经在众多领域开始研制，有些已经进入实际应用阶段，现将有关情况简要说明一下：(1)电声换能器类由于PVDF压电膜具有相当宽的频率领域，从甚低频到千兆赫的工作频率。
利用这一性能，可制成宽频带扬声器，这种扬声器可在甚低音、甚高音范围内不失真，而且可以消除机械噪声。
良好的声音效果，其应用必将给我国的电声产业带来一场大的变革，电声产品跨上一个新的台阶。
还可制成微声器、传声器、高保真立体声耳机。
特别是抗噪声送话器，样品经过几次改进，已经进入开发生产阶段。
这种送话器用在电话中，除了通话能被清晰地送出外，其它噪声均被滤掉；用在电视台、电台及记者现场采访、现场录音场合，能排除噪声干扰，声音清晰，达到较理想的录音采访效果。
(2)水声换能器类PVDF压电膜具有较高的压电系数，优良的阻抗匹配。
低的声阻抗可保证超声波无损传播，又易于加工成大面积，这些特点用于制造各种类型的水听器。
将这种水听器用于鱼轮对鱼群的监测，正在待开发之中，此项研究成果也有很大的市场潜力。
(3)超声换能器类用PVDF压电膜制成超声传感器，应用在5、7.5、10MHz B超诊断仪的环状及线阵式探头和20～80MHz 工业超声检测仪探头上，与通常使用的PZT(压电陶瓷)探头相比在灵敏度和精度上都有较大幅度的提高。
PVDF压电薄膜的优点
PVDF压电薄膜的优点压电效应是指一种物理现象，即在应力或者外电场的作用下，一些晶体会产生电荷极化以及电荷的重分布现象。
这种效应被广泛应用在诸如传感器、电机和驱动器等领域。
其中，PVDF压电薄膜就是一种常使用的材料。
PVDF聚偏氟乙烯压电薄膜是一种高分子薄膜，具有许多优点，下面将其列举出来：1. 可制造为超薄膜PVDF导电薄膜可以制造为超薄膜。
在电容式压电传感器和其他重要压电元件上，该材料的超薄膜很受欢迎。
超薄的PVDF薄膜使传感器或元件灵敏度更高，响应更快，使得它们可以在几个磁阻抗和温度范围内快速响应。
2. 相对低的成本与其他压电材料相比，PVDF聚偏氟乙烯薄膜的成本相对较低。
这种材料的成本可以降低到可以接受的水平，使其成为规模生产压电传感器和元件的理想选择。
3. 轻便PVDF聚偏氟乙烯薄膜是一种轻便的材料，重量较低。
它只有其他压电材料的一半不到重量，这使得它成为易于加工和使用的材料，尤其是在微小器件和手持设备中。
4. 物理稳定性虽然PVDF聚偏氟乙烯薄膜在激光切割等处理过程中可能会受到微小的变形，但是在压力和温度变化方面具有稳定性。
这种材料表现出了所有重要的压电和垂直感知性能。
5. 透明性PVDF聚偏氟乙烯薄膜是一种透明材料，而且可以制成防护膜，这使得这种材料在光电行业中应用广泛。
PVDF薄膜有助于提高液晶显示器、光电池、高精密度光学器件等产品的性能。
6. 灰度响应PVDF聚偏氟乙烯薄膜的另一个重要优点就是其灰度响应。
这种材料对小电荷和振幅响应的灵敏度更高。
它适用于未来的压电传感器技术，特别是在高分辨率传感器应用中更为优越。
7. 能够承受高电场PVDF聚偏氟乙烯薄膜可以承受非常高的电场强度。
它比其他常用的聚合物材料更适合在较高电压下使用，这种应用通常涉及到高温和高能耗的情况。
因此，PVDF聚偏氟乙烯薄膜在电容器和电路板方面拥有更好的电学性能。
结论PVDF聚偏氟乙烯薄膜具有多种优点，这使得它在制造高性能传感器、电机和驱动器等设备中具有很大的实用性。
压电超声波传感器的工作原理
压电超声波传感器的工作原理压电超声波传感器是一种常见于医疗设备、工业控制和汽车领域的传感器，它能够利用压电效应来生成和感知超声波，从而实现对各种物体和介质的检测和测量。
下面将详细介绍压电超声波传感器的工作原理。
一、压电效应压电效应是指某些晶体在受到机械应力作用时会产生电荷分布不均，从而产生电压的现象。
常见的压电材料包括石英、硼酸盐晶体和钛酸锆晶体等。
这些材料在外加压力的作用下会发生畸变，从而在晶体内部产生电荷分布的不均，最终产生电压。
这种现象被称为正压电效应。
二、超声波的产生和传播超声波是一种频率高于人类听觉范围（20kHz）的机械波，通常在20kHz到100MHz之间。
它的产生和传播需要一个能够振动的源，当源振动时，会在介质中产生机械波，这些机械波以声速传播，这就是超声波的基本特性。
超声波具有波长短、穿透力强、衍射小等特点，常被用于检测和成像。
三、压电超声波传感器的工作原理压电超声波传感器是一种利用压电效应产生超声波的传感器。
其基本工作原理分为两个部分：超声波的发射和接收。
1. 超声波的发射当传感器的压电材料受到外力振动时，根据正压电效应产生电荷分布的不均，从而产生电压信号。
利用这个电压信号可以通过电路和控制器来激励压电材料，产生与外力频率相同的机械振动。
这样，压电材料就能够通过振动产生超声波，将机械能转换为声能。
2. 超声波的接收当外部有超声波穿过传感器时，这些超声波会在压电材料上产生机械振动。
由于正压电效应，这种机械振动会导致压电材料内部电荷分布的不均，从而产生电压信号。
这个电压信号就代表着传感器接收到的超声波信息。
四、应用压电超声波传感器具有频率高、穿透力强、波束狭窄等特点，因此在很多领域有着广泛的应用，包括但不限于：- 医疗领域：超声波探测器、超声波成像设备等；- 工业领域：材料检测、液位检测、位移测量等；- 汽车领域：泊车辅助系统、障碍物检测系统等。
总结：压电超声波传感器利用压电效应产生超声波，并能够感知外部超声波的信号，其工作原理基于压电效应和超声波的产生、传播和感知。
新型压电材料在低频水听器中的应用
新型压电材料在低频水听器中的应用随着科技的不断发展，水听器这一传统的水下探测设备也在不断地升级。
新型压电材料的出现，使得低频水听器的应用范围得以拓展，同时还能提高其灵敏度和稳定性。
首先，我们来了解一下什么是压电材料。
压电效应是指在受到机械应力或振动时，固体晶体结构中会产生电位移或电荷累积。
而压电材料就是能够表现出这种效应的材料。
它们普遍具有高机械强度、高稳定性等优点，因此在低频水听器的应用中具有广泛前景。
传统的低频水听器通常使用石英晶片作为压电材料，其最大特点是稳定、灵敏，但价格较高。
而新型压电材料PVDF（聚偏氟乙烯）的出现，使得其在低频水听器的应用中具有了很大的潜力。
PVDF是一种极性氟塑料，除了具有高压电效应外，还具有多种性能。
例如优异的热稳定性、耐辐射性、耐腐蚀性等。
这些性能使得PVDF成为可靠的压电材料，因此将其应用于低频水听器中，具有明显的优势。
在运用PVDF材料的低频水听器中，最重要的是振动部件的设计。
此处振动部件指的是用于产生电荷的压电片。
一般在振动部件的设计中，会将PVDF薄膜铺在弹性材料层上，然后使用电极将其连接，从而实现振动和电荷转换。
这种设计方法可以充分利用PVDF的压电效应，使得低频水听器具有更灵敏的响应能力。
与传统的石英晶片相比，PVDF材料的成本更低，而其灵敏性、定位准确性和稳定性却更好。
此外，在应用环境中PVDF的性能会随着温度、湿度等因素的变化而略有波动，但整体稳定性优于石英晶片。
这些优点使得低频水听器在探测工作中更有效，命中率更高，频率响应也更为准确。
总结来看，新型压电材料PVDF的出现，使得低频水听器的性能得到了明显的提升。
由于PVDF具有良好的压电效应，常被应用于水听器、纳米压力传感器、声呐以及振动传感器等应用领域。
可以预见，在未来的科技发展中，压电材料这一行业将得到更迅速的发展，并为我们的生活带来更多的便利和效益。
PVDF压电薄膜
PVDF压电薄膜PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜是本世纪70年代在日本问世的一种新型高分子压电材料。
到目前为止，世界上只有少数先进国家生产。
PVDF压电薄膜是一种柔软、质轻、高韧度塑料薄膜，可以根据需要制成各种形状，厚度的元件。
与微电子技术结合，能制成多功能传感元件。
•PVDF压电薄膜的应用o PVDF压电薄膜具有独特的介电效应、压电效应、热电效应。
与传统的压电材料相比具有频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强度高、声阻抗易匹配等特点，并具有重量轻、柔软不脆、耐冲击、不易受水和化学药品的污染、易制成任意形状及面积不等的片或管等优势。
在力学、声学、光学、电子、测量、红外、安全报警、医疗保健、军事、交通、信息工程、办公自动化、海洋开发、地质勘探等技术领域应用十分广泛。
产品主要有金、银、铝三个品种，膜厚30—500μm，产品形状、面积大小，可根据用户需要确定，是制作改进压力动态传感器和超声、智能探测的新型换能材料。
</F ON T>•PVDF压电薄膜的优点o PVDF压电膜具有较高的化学稳定性、低吸湿性、高热稳定性、高抗紫外线辐射能力、高耐冲击、耐疲劳能力，其化学稳定性比陶瓷高10倍，在80℃以下可长期使用。
PVDF压电膜质地柔软、重量轻，与水的声阻抗相近，匹配状态好，应用灵敏度高；PVDF压电膜在厚度方向的伸缩振动的谐频率很高，可以得到较宽的平坦响应，频响宽度远优于普通压电陶瓷换能器；PVDF压电膜优点如下：(1) 良好的工艺性。
可用现有设备进行加工；(2) 能制作大面积的敏感元件；(3) 频带响应宽(0～500MHz)；(4) 声阻抗接近于人体组织和水，所以可用于医疗诊断的敏感装置结构中；(5) 具有高冲击强度(可使用于冲击波的传感器中)；(6) 耐腐蚀性(在活性介质中使用时这种性能是必需的)；(7) 相对介电常数较低；相应较高的压电常数值d33(约比其它压电材料高一个数量级以上)和热信号灵敏度(p/ε)值；(8) 与压电陶瓷相比有更低的导热性；并能制得更薄的薄膜；(9) 柔软坚韧(PVDF的柔顺系数约为PzT的30倍,并且轻(比重只有PzT的1/4左右)；能制成所需的各种较复杂的形状(锥形、穹顶形等)，可使用在需要具有特殊定向的元件中。
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特性
宽水平波束指向性 宽带 低谐振 Q 值 耐冲击 低成本 重量轻
应用
平面位置检测、数字转换器、距离测量、物体检测和一般的空气中测距应用。
技术指标
PVDF 厚度：
30µm
谐振频率：40kHz带宽:10kHz谐振 Q 值:
4
灵敏度输出: 1.5mVPa，-76dB
水平波束指向性:
+/-150°
垂直波束指向性:
+/-40°
电容:
140pF
环境特性
存储温度： 工作温度： 外形尺寸：
-20°~+85° +5°~+60°
1
2
应用要点： 谐振频率: 对于不同的应用，谐振频率是可调的。谐振频率同 PVDF 圆 柱直径成反比。在空气中测距应用，建议的谐振频率范围是 40kHz~80kHz。通常，较高频率适用于高分辨率应用，较低频率适用于 较大距离的应用。下面是设计举例。
前言
压电薄膜(PVDF)超声波接收器为在空气中 测距的应用提供了独特的优势。圆柱形的 40KHz PVDF 接收器有很宽的水平波束指向性和宽带特 性。这些特性在很多领域提供独特的解决方案, 例如：平面内位置、数字转换器、物体探测、测 距。对于不同的应用，可通过改变 PVDF 圆柱的 长度和直径来改变接收器的谐振频率和垂直方 向接收角。接收器的水平波束指向性很宽，根据 需要可通过改变外壳的设计来减小水平波的角 度。PVDF 接收器有很低的 Q 值，PVDF 接收器 的典型 Q 值为 4。这意味着信号的上升时间和下 降时间比传统的压电陶瓷快。这一特性适用于高 速数据获取和高速数字转换方面的应用。另外， 前置放大器可便于对 40KHZ 接收器评估。
PVDF 引脚：PVDF 引脚设计可根据接收器外壳和电路板设计订制。引脚 可以是焊接端子或铆钉。 水平波束指向性控制：US40KR-01 有很宽的水平波束角特性，可根据应
4
用需要调整水平波束角。为减小水平波束角，可考虑采用带窗口的塑胶外 壳。下面为 40KHZ 接收器获得±90 度的窗口概念设计的例子。对于更高 频率的接收器，要调整窗口设计。
单位
KHz(-3dB) V
mA °C °C
5
6
接收器窗口设计
为提高信噪比,前置放大电路有 31 倍的增益和一个带通滤波器。可将接收 器插在前置放大电路板上。
Part Number: 1005857-1 Model Number: US40KA-01
增益 带通滤波 电压 电流 保存温度 工作温度
最小
12 -20 5
指标 典型 31
最大
15 +85 65
3
垂直波束指向性：垂直波束指向性是由圆柱形接收器的长度和工作频率 决定的。与接收器的长度和工作频率成反比。圆柱长度可由垂直波束角 和工作频率确定。下面是设计举例。
接收器外壳设计：机芯是 PVDF 圆柱的机械支撑。机芯的设计对谐振频率 和水平波束角的一致性有很大的影响。建议在 PVDF 圆柱和机芯间至少有 0.5mm 间隙,如下所示。若间隙小于 0.3mm，谐振频率开始增加。建议不 要将 PVDF 圆柱的顶部和底部边缘刚性地固定，如果两端刚性地固定,当 PVDF 暴露于高温下时会产生变形。如果保护罩是需要的, 正确的设计保 护罩以最大限度的保证波束的一致性是非常重要的。通过保护罩结构的声 场干扰是很难用理论计算予测的,因此,需要通过试验来设计。