基于PVDF压电传感器的金属结构健康监测技术研究
发布时间：2021-11-28 03:13
聚偏二氟乙烯（PVDF）压电薄膜因具有优异的压电性、机电耦合性,并且具有重量轻、耐腐蚀、频响范围宽、性能稳定等特点,而被广泛应用于航天工程及土木工程结构的结构健康监测中。本实验中,组建了PVDF压电薄膜动态应变感知特性的实验系统,利用压电效应通过上下电极积攒电荷,应用电荷放大器实现信号放大并以电压信号输出,最后采用数据采集器实现数据的采集与记录,并通过计算机软件端实现信号波形显示与处理。在搭建PVDF压电薄膜传感器系统的基础上,本文研究了PVDF压电薄膜的压电传感机制、循环载荷下的动静态传感特性以及PVDF压电薄膜在金属结构裂纹损伤健康监测中的行为。其主要研究结果如下:（1）PVDF传感器的静态偏置与放大增益线性相关,同时也说明在不同的放大增益下,必须去除静态偏置的影响才能真实有效的反映传感器的输入情况;由于PVDF绝缘层和粘附层对外部应变环境的削弱,实验输出值相对理论值略有偏差;当金属试样的变形方向与PVDFd31方向一致时,传感器系统具有较高的输出灵敏度。通过在5 Hz到25 Hz范围内,响应灵敏度随频率的增加而增加,频率偏差随频率的增加而减小。（2）通过将P...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
正压电效应示意图（陶宝祺，1997）
图 1-1 正压电效应示意图（陶宝祺，1997）Fig.1-1 Schematic diagram of positive piezoelectric effectChargeNo external force Tensile load Compressive load
料与基体的融合性差，难以与监测的机械形成良好的融合而影响监测效率（，2004）。聚合材料压电特性的研究始于生物材料，但这些材料的压电性普遍较弱，实用意义（易继锴，2004）。聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride， PVD为一种新型的压电高分子材料很好的克服了这些困难，因为它的延展性相对要优异很多，具有频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、与微电子系统匹配（张永明，2008；H. Zhang，1993；K. Katsumi，1999）。PVDF 的优异性能主要来源于其分子结构，PVDF 分子由偏氟乙烯的均聚成，或者是由发生结构变化的含氟单体共聚物组成。氟原子取代 CH2= CH2一一侧的两个氢原子，就构成了偏氟乙烯的均聚物，化学式为 CH2= CF2（，2004）。（a）（b）
【参考文献】：
期刊论文
[1]涂层寿命预测的智能传感研究进展[J]. 周新远,王海斗,杨大祥,卢晓亮. 材料导报. 2012(19)
[2]某型飞机主起落架支柱外筒头部枢轴疲劳损伤的声发射监测[J]. 耿荣生,王本志,景鹏,傅刚强. 无损检测. 2008(03)
[3]基于动态响应特性的点焊疲劳损伤与寿命预测研究[J]. 沈通,尚德广,张芙蓉,王瑞杰. 汽车工程. 2008(01)
[4]PVDF压电薄膜传感器的研制[J]. 赵东升. 传感器与微系统. 2007(03)
[5]15t门座起重机倾翻事故分析[J]. 董胜龙,吴杏. 起重运输机械. 2005(01)
[6]PVDF压电薄膜在应力波测量中的应用[J]. 赵红平,叶琳,陆中琪. 力学与实践. 2004(01)
[7]PVDF在动态应变测量中的应用[J]. 李焰,钟方平,刘乾,刘瑜,秦学军,谭红梅. 爆炸与冲击. 2003(03)
[8]用PVDF传感器测量梁的振动功率流[J]. 朱志伟,姜哲,王术新. 江苏大学学报(自然科学版). 2002(05)
[9]采用压电片阵列传感进行损伤监测的研究[J]. 石荣,陈伟民,朱永,封君,龙辉敏,文玉梅,黄尚廉. 压电与声光. 2000(04)
[10]PVDF压电计在低阻抗介质动态力学性能测试中的应用[J]. 刘剑飞,胡时胜. 爆炸与冲击. 1999(03)
博士论文
[1]基于PZT阻抗技术的结构损伤识别研究[D]. 余璟.华中科技大学 2011
[2]机械承载结构裂纹诊断、控制与维修方法的研究及应用[D]. 赵章焰.武汉理工大学 2001
硕士论文
[1]石墨烯/环氧树脂纳米导电涂膜的制备及应变感知特性研究[D]. 王欣.重庆交通大学 2017
[2]基于PVDF的金属结构焊缝裂纹检测方法研究[D]. 唐凡芳.武汉理工大学 2014
[3]基于PVDF传感器的风机叶片健康监测方法研究[D]. 石礼.昆明理工大学 2013
[4]PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究[D]. 朱金海.哈尔滨工业大学 2011
[5]基于ANSYS的大型桥梁有限元分析及损伤识别研究[D]. 付朋涛.长安大学 2011
[6]应用于结构健康监测的压电阻抗技术研究[D]. 冯伟.南京航空航天大学 2007
[7]PVDF动态应变感知特性及其结构监测应用[D]. 白石.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3523588
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
正压电效应示意图（陶宝祺，1997）
图 1-1 正压电效应示意图（陶宝祺，1997）Fig.1-1 Schematic diagram of positive piezoelectric effectChargeNo external force Tensile load Compressive load
料与基体的融合性差，难以与监测的机械形成良好的融合而影响监测效率（，2004）。聚合材料压电特性的研究始于生物材料，但这些材料的压电性普遍较弱，实用意义（易继锴，2004）。聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride， PVD为一种新型的压电高分子材料很好的克服了这些困难，因为它的延展性相对要优异很多，具有频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、与微电子系统匹配（张永明，2008；H. Zhang，1993；K. Katsumi，1999）。PVDF 的优异性能主要来源于其分子结构，PVDF 分子由偏氟乙烯的均聚成，或者是由发生结构变化的含氟单体共聚物组成。氟原子取代 CH2= CH2一一侧的两个氢原子，就构成了偏氟乙烯的均聚物，化学式为 CH2= CF2（，2004）。（a）（b）
【参考文献】：
期刊论文
[1]涂层寿命预测的智能传感研究进展[J]. 周新远,王海斗,杨大祥,卢晓亮. 材料导报. 2012(19)
[2]某型飞机主起落架支柱外筒头部枢轴疲劳损伤的声发射监测[J]. 耿荣生,王本志,景鹏,傅刚强. 无损检测. 2008(03)
[3]基于动态响应特性的点焊疲劳损伤与寿命预测研究[J]. 沈通,尚德广,张芙蓉,王瑞杰. 汽车工程. 2008(01)
[4]PVDF压电薄膜传感器的研制[J]. 赵东升. 传感器与微系统. 2007(03)
[5]15t门座起重机倾翻事故分析[J]. 董胜龙,吴杏. 起重运输机械. 2005(01)
[6]PVDF压电薄膜在应力波测量中的应用[J]. 赵红平,叶琳,陆中琪. 力学与实践. 2004(01)
[7]PVDF在动态应变测量中的应用[J]. 李焰,钟方平,刘乾,刘瑜,秦学军,谭红梅. 爆炸与冲击. 2003(03)
[8]用PVDF传感器测量梁的振动功率流[J]. 朱志伟,姜哲,王术新. 江苏大学学报(自然科学版). 2002(05)
[9]采用压电片阵列传感进行损伤监测的研究[J]. 石荣,陈伟民,朱永,封君,龙辉敏,文玉梅,黄尚廉. 压电与声光. 2000(04)
[10]PVDF压电计在低阻抗介质动态力学性能测试中的应用[J]. 刘剑飞,胡时胜. 爆炸与冲击. 1999(03)
博士论文
[1]基于PZT阻抗技术的结构损伤识别研究[D]. 余璟.华中科技大学 2011
[2]机械承载结构裂纹诊断、控制与维修方法的研究及应用[D]. 赵章焰.武汉理工大学 2001
硕士论文
[1]石墨烯/环氧树脂纳米导电涂膜的制备及应变感知特性研究[D]. 王欣.重庆交通大学 2017
[2]基于PVDF的金属结构焊缝裂纹检测方法研究[D]. 唐凡芳.武汉理工大学 2014
[3]基于PVDF传感器的风机叶片健康监测方法研究[D]. 石礼.昆明理工大学 2013
[4]PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究[D]. 朱金海.哈尔滨工业大学 2011
[5]基于ANSYS的大型桥梁有限元分析及损伤识别研究[D]. 付朋涛.长安大学 2011
[6]应用于结构健康监测的压电阻抗技术研究[D]. 冯伟.南京航空航天大学 2007
[7]PVDF动态应变感知特性及其结构监测应用[D]. 白石.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3523588
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