PVDF壓電薄膜傳感器的研制.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，服裝的功能性已不僅僅停留在保暖或者美觀等傳統(tǒng)的功能上。通過嵌入傳感器等方法，讓服裝具有感知人體外部環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)的變化，并能實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)這種變化的功能，使服裝有了“感覺”和“知覺”。如自動(dòng)檢測(cè)人體健康狀況等功能的服裝。本課題研制了一種可以嵌入服裝中、對(duì)人體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的聚偏二氟乙烯(PVDF)壓電薄膜傳感器，并自行設(shè)計(jì)和制作了與之相匹配的前置電路。
　　 由于所研制的傳感器要適于嵌入服裝，而服裝又是一種極具柔軟

2、度的載體，所以要制成嵌入服裝的傳感器，就必須要選用具有很好柔軟性的、能適應(yīng)大幅度形變的材料制作傳感器。PVDF壓電薄膜是一種新型的高分子聚合物型傳感材料，利用壓電薄膜的壓電特性，設(shè)計(jì)制作各種傳感器來滿足不同的要求已經(jīng)成為當(dāng)今人們研究的一個(gè)熱點(diǎn)。用PVDF壓電薄膜具有高的壓電常數(shù)，且質(zhì)量輕、柔性好、加工性能好、頻率響應(yīng)寬，特別對(duì)高頻激勵(lì)實(shí)用性強(qiáng)。所制作傳感器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速率快、后端的處理電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
　　 本文將詳細(xì)闡述P

3、VDF壓電薄膜傳感器的研制及其幅頻特性的測(cè)試。主要開展以下四方面的工作：
　　 (1)利用壓電薄膜獨(dú)特的積分特性，研制PVDF壓電薄膜傳感器。通過形狀確定、薄膜切割、邊緣處理、電極引出和加保護(hù)層等步驟，將PVDF壓電薄膜制成傳感器。
　　 (2)設(shè)計(jì)并制作前置電路，包括第一級(jí)電荷放大電路，第二級(jí)負(fù)反饋電壓放大電路和最后一級(jí)低通濾波電路。將傳感器與前置電路相連接構(gòu)成傳感系統(tǒng)中信號(hào)產(chǎn)生部分。第一級(jí)電荷放大電路在整個(gè)前置電路中

4、起著至關(guān)重要的作用，它性能的優(yōu)劣將最直接的影響到信號(hào)的采集。
　　 (3)選取負(fù)反饋電壓放大電路和低通濾波電路中的電子元件，通過實(shí)驗(yàn)確定電荷放大電路中的積分電容Cf和反饋電阻Rf的取值。實(shí)驗(yàn)表明，如果積分電容Cf和反饋電阻Rf的取值合適，能與PVDF壓電傳感器相匹配，則輸出的信號(hào)失真小、噪聲小并無明顯畸變。
　　 (4)通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換和采集卡將由傳感器檢測(cè)的信號(hào)輸入微機(jī)，對(duì)所研制傳感器在不同應(yīng)變情況下的輸出信號(hào)的幅頻

5、特性作了分析，探索傳感器的特征響應(yīng)。最后，通過模式識(shí)別的方法，將所研制的傳感器嵌入手套中，以監(jiān)測(cè)指關(guān)節(jié)的彎曲變化情況。試驗(yàn)表明，傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，能快速的記錄并反饋人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
　　 通過本課題的研究工作，探索了能與PVDF壓電薄膜傳感器相匹配的前置電路，探討了PVDF壓電薄膜傳感器在受到彎曲應(yīng)變時(shí)的幅頻特性，并將PVDF壓電薄膜傳感器嵌入手套，完成了對(duì)指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)式的監(jiān)測(cè)。由此，證明所研制的PVDF壓電薄膜傳