PVDF超声检测传感器的原理与应用
PVDF振动传感器的设计及在点火发动机中的应用

2O O 6拒
仪 表 技 术 与 传 感 器
Is u n T c nq e a d S n o n t me t e h i u n e s r r
2o 06 N . o3
第3 期
P D V F振 动传 感器 的设 计及 在 点 火 发 动 机 中的应 用
mo i l,o vne c n c uae a dtefe fc n ya dp w ro tu ftee gn v e ni rv . e mpe c ne in ea dac rt ,n ule ii c n o e up t n ie h eb e r s h e o h s a mpo e d
确 , 济性和动力性得到 了提高 。 经 1 P D 传感器 与传 统传感器的 比较 VF
目 前使用最 多的汽油发动机绝 大多数是 活塞式 , 每一种 对
活塞式汽油发动机都有其特定的火花塞点火提前角( 点火开始 直到活塞运动到上止点时曲轴曲柄转过的角度)点火提前角 ,
应兼顾众多方面 , 要使 发动 机既 能输 出最大 功率 , 同时又 要避
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中田分类号 ;B 2 T 34 文献标识 码 : A 文章编 号 :02 8 120 )3 O4 2 10 —14 (0 60 一O O —0
De i n o VDF b a in S n o sa d ls sg fP Vi r t e s r n t o
pvdf上下电极电容_感应电阻_概述说明以及解释

pvdf上下电极电容感应电阻概述说明以及解释1. 引言1.1 概述PVDF上下电极电容和感应电阻是电子领域中的两个重要概念。
PVDF,全名为聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride),是一种具有高绝缘性能和良好的机械强度的材料。
它在电容传感器领域有着广泛的应用。
而感应电阻则是一种通过无接触方式来测量电阻值的技术,其工作原理基于电感耦合效应。
1.2 文章结构本文将分为五个部分进行讨论。
首先,在引言部分,我们将对PVDF上下电极电容和感应电阻进行简要介绍,并明确文章的结构。
然后,在第二部分,我们将详细说明PVDF上下电极电容的概念、特性以及工作原理,并介绍其在实际应用中的领域。
紧接着,在第三部分,我们将对感应电阻进行总体概述,包括定义、原理、特点以及实际应用情况。
在第四部分,我们将解释PVDF上下电极电容与感应电阻之间存在的联系,并通过案例研究展示它们在实际中的协同作用。
最后,在结论部分,我们将总结讨论的结果,并对PVDF上下电极电容和感应电阻领域的未来发展进行展望。
1.3 目的本文旨在全面介绍PVDF上下电极电容和感应电阻的概念、原理、特点以及实际应用情况,并通过解释它们之间的联系,探讨它们在功能增强或优化方面的机制和效果评估方法。
同时,本文也希望能够为读者提供对PVDF上下电极电容和感应电阻领域未来发展方向的展望。
2. PVDF上下电极电容:2.1 PVDF的概念和特性:PVDF(聚偏氟乙烯)是一种高分子材料,具有优异的电学性能和机械性能。
它具有极高的介电常数和压电效应,使其成为制造传感器和微波元件等应用中的理想材料。
此外,PVDF还具有较宽的工作温度范围、优异的耐化学腐蚀性能以及良好的耐老化性。
2.2 PVDF上下电极电容的原理:PVDF上下电极电容是一种利用PVDF材料制造的柔性电容器。
它由两块金属电极夹持着一层薄膜状PVDF材料组成。
当施加外加电压时,PVDF材料将发生压电效应,产生正负极化。
压电薄膜(PVDF)超声波接收器

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
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。
PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究共3篇

PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究共3篇PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究1PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究随着现代科技的不断进步,传感器已经广泛应用于各种电子设备和计量仪表中,传感器作为连接物理世界与数字世界的纽带,其性能不仅关系到设备的稳定性和性能,还关系到生活和工业领域的实际应用。
近年来,PVDF压电薄膜作为一种新型的传感器材料,受到了人们的广泛关注。
本论文从制备PVDF压电薄膜入手,探讨了PVDF压电薄膜的性能,并研究了其在压力传感器中的应用。
1. PVDF压电薄膜制备PVDF压电薄膜的制备过程主要分为以下两步,分别为拉伸和极化。
1.1 拉伸首先,需要将PVDF粉末通过非溶剂法制造成PVDF膜,然后将PVDF薄膜导入拉伸机中,利用一定的拉伸速度和力度拉伸成一定厚度的PVDF薄膜。
1.2 极化拉伸后的PVDF薄膜需要进行极化,将其放置在特殊的高温和高压环境中,使PVDF薄膜内部产生电极化作用,形成一定的电极化强度和方向,从而使PVDF薄膜产生压电效应。
2. PVDF压电薄膜性能PVDF压电薄膜的优点在于其具有极好的压电性能,也就是说,当其受到压力时,会产生一定的电荷输出。
此外,PVDF压电薄膜还具有极高的机械强度和稳定性,能够抵御一定的气氛和温度变化,并适用于多种环境条件。
此外,当PVDF压电薄膜与电荷放电器和电流放大器相连接时,可以将PVDF的输出信号放大和处理,以输出更具意义的信息。
3. PVDF压力传感器应用PVDF压电薄膜在压力传感器中的应用越来越广泛。
利用PVDF压电薄膜的压电效应,可以制作出一款高精度的压力传感器,可以独立地感知机械压力、机械挤压等多种变化。
此外,PVDF 压电薄膜在测量生物信号、声音、震动等方面也有广泛的应用,是一种具有广泛应用前景的新型传感器材料。
总之,PVDF压电薄膜是一种非常重要的材料,有着极佳的压电性能和稳定性能,能够被广泛应用于传感器和其他电子元器件中。
利用PVDF传感器检测激光超声的实验研究

De e to f l s r g ne a e t a o d wih PVDF t a s uc r t c i n o a e — e r t d ulr s un t r n d e
p 1 vn 1 e e fu r e ( oy iyi n lo i d d PVDF)p e o l c rc f m r re l e c i e .Th e i n c n e t a d iz e e ti i a e b i fy d s rb d l e d sg o c p n
引 言
早在 l 世 纪 , el 发 现 了光 声 现 象L , 当 9 B l就 1即 ] 固体 、 体 或气 体 在 受 到强 光辐 照时 会 产生 声 波 。 液 常规 的超 声检测 中 , 超声 脉 冲是 由与 试样 直接 耦合 的压 电或 压磁换 能 器产 生的 。 由于换 能器 本身 带宽
e e i n t od f t xp rme t me h s o he PVDF t a du e r i c s d. W ih t x rm e a e u r ns c r a e d s us e t he e pe i nt ls t p, t he s r a e c us i wa e g n r t d by ule a e we e e eve t e u f c a o tc v s e e a e p s l s r r r c i d by h PVDF r n d c r The t a s u e . sg l e e a e n e e i ntwe e a a yz d.Th e uls s ow ha hi e up i e i b e a d i nas g n r t d i xp rme r n l e e r s t h t tt s s t s r la l n c n b e s a no de t u tv e e ton s l to a e us d a n s r c i e d t c i o u i n. Ke r s: l s r g ne a e lr s un y wo d a e — e r t d u ta o d;s r a e a o tc lwa e;PVDF p e o lc rc fl u f c c us ia v i z e e t i im
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压电效应

pvdf压电效应PVDF(聚偏氟乙烯)是一种具有压电效应的材料,其压电性能使其在诸多领域具有广泛的应用。
本文将介绍PVDF的压电效应原理以及其在科学研究和工程领域中的应用。
PVDF材料由于其特殊的化学结构和晶体结构,具有优异的压电性能。
PVDF的压电效应是由于PVDF分子链的非对称排列以及晶体结构的压电性质所导致的。
当外界施加压力或拉伸力时,PVDF分子链会发生畸变,从而产生极化效应,导致材料表面的正电荷和负电荷分离,形成电位差,从而产生电压。
这种压电效应的产生和反向压力或拉伸力的施加是紧密相关的。
PVDF的压电效应使其在科学研究中具有重要的应用价值。
研究人员可以利用PVDF的压电性能来测量和分析压力、应变和力的变化。
例如,在生物医学领域,PVDF可用于制造压力传感器,用于测量血液压力、呼吸压力等生理信号。
在材料科学领域,PVDF的压电效应可用于研究材料的机械性能和变形行为。
此外,PVDF还可用于制造压电陶瓷、压电传感器等高精度测量设备。
PVDF的压电效应也在工程领域得到了广泛应用。
PVDF材料具有良好的耐候性和耐化学腐蚀性能,因此经常被用于制造传感器、仪器仪表和控制系统。
例如,在航天航空领域,PVDF可用于制造飞行器的压力传感器,用于检测飞行器表面的气动压力变化。
在智能结构领域,PVDF可用于制造智能材料,用于控制和调节结构的形变和振动。
此外,PVDF还可用于制造能量收集器,将机械能转化为电能,用于供电或储存。
PVDF的压电效应使其在科学研究和工程领域中具有重要应用价值。
通过利用PVDF的压电性能,研究人员和工程师可以测量和分析压力、应变和力的变化,从而实现对各种物理参数的准确测量和控制。
随着科学技术的不断发展,PVDF材料的压电性能将会得到更广泛的应用和深入的研究。
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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。
经拉伸、极化等后续工艺,可制得具有高压电性的PVDF薄膜。
(四)PVDF压电薄膜的应用
(1)检测结构损伤。
通过测量PVDF压电传感器输出电压,可有效准确地检测结构损伤。
例如利用PVDF压电薄膜可面检测和响应速度快的特性,可检测金属构件中裂纹的萌生、扩展及其断裂的可能性。
(2)力学测量。
根据PVDF传感单元的位移输入与PVDF的压电性能方程,基于力、电两个物理场相互作用建立耦合的动力学方程,可分析电信号与位移应变量之间的定量关系,得到电信号输出结果。
例如以传感方程及偏转角相关研究为基础,将经典梁作为研究对象,根据梁的振动特性,设计正弦型PVDF压电传感器,测量梁的位移、角位移、应变等多种物理量。
(3)医学检测。
PVDF压电薄膜具有良好的机械柔性,可制成微创手术钳,有效检测目标器官内有无肿瘤及肿瘤准确的位置与大小;此外,PVDF压电薄膜还可用于人体远程监测,实现脉搏远程测量,实时掌握患者身体状况。
三、PVDF压电薄膜的研究方法
(一)PVDF薄膜有限元模拟
在ANSYS有限元软件中,将PVDF圆膜设计在两壳体之间,使其固定并施加张力,圆膜极化后呈现各向异性。
检测信号采用100KHz~500KHz的高频信号,振动模式设为圆膜径向伸缩振动。
利用有限元模型对PVDF薄膜进行谐波响应分析,结果表明,PVDF圆膜在高频段及固定边界条件下可发生相对单一的谐振,满足超声检测
所需发射和接收特性的需要。
(二)PVDF薄膜特性深度探索
研究薄膜直径与厚度对PVDF薄膜发射、接收信号声压级与灵敏度级的影响。
薄膜直径增加,谐振频率减小,声压级与灵敏度级峰值减小、峰值对应频率减小;薄膜厚度增加,谐振频率无明显变化,声压级和灵敏度级峰值略有增加。
可见,薄膜直径对PVDF薄膜性能影响较大。
四、PVDF梳状传感器的设计及性能研究
(一)梳状电极的设计
设计参数时,主要考虑了指条宽度a、指条长度1、指条间距d、指条数目n、周期节距s和电极宽度m。
PVDF薄膜的峰值响应所需激励频率较高,因此PVDF薄膜无法在低频区域被激励。
以氨蚀的方式,可有效解决这一问题。
(二)梳状传感器的安装
以梳状电极为正极,钢板为负极。
将钢板擦干净,用氰基丙烯酸盐黏合剂将PVDF薄膜与钢板粘合,正、负电极与PVDF薄膜相连。
采用单向换能器结构为传感单元,针对激光激发的宽频带特征,采用多抽头延迟线的设计表面波传感器件。
五、结论
本文从优缺点、传感机理等方面概述了PVDF压电薄膜材料;建立了有限元模型以研究敏感元件PVDF圆膜,分析了其声学性能的影响因素;設计了偏聚氟乙烯(PVDF)梳状传感器。
在本文工作的基础上,下一步将对PVDF超声传感器进行更深入的探索,研究并改良PVDF超声传感器的制作工艺及性能检测方法,改善国内在该领域研究的薄弱环节,提高我国基础研究的国际竞争力、带动新兴学科的建设与发展、培养高级研究人才队伍,发展和推动我国的研究水平和创新能力有着现实意义和必要性。