基于压电材料的塑料机械状态信号监测研究

发布时间：2021-01-28 22:53

　　对塑料机械进行信号监测,可以及时调控塑料机械的参数,从而保证塑料的加工质量。基于聚偏二氟乙烯（PVDF）压电传感器对塑料机械的压力监测进行了研究,通过压电效应建立了注射机上压电传感器的输出电压模型并进行了数值仿真。研究结果表明:在螺杆匀速运动时,传感器输出电压信号是周期信号,最大幅值和最小幅值分别是10 V和0 V。不同的螺杆速度60、90和120 r/min激励下,传感器的输出电压幅值基本一致,与螺杆旋转一圈所需要的时间相等。不同长度的压电传感器输出电压与螺杆节距有关,当传感器长度小于螺杆节距35 mm时,作用在传感器的螺杆会出现间断,导致传感器输出电压信号出现中断。 

【文章来源】：塑料科技. 2020,48(04)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

PVDF薄膜传感器

图2为注射机PVDF压电传感器布置结构。该结构中有注射机中的注射压力、保持压力和液压背压产生的位置，其中PVDF压电传感器布置在注射机腔体的表面用来监测注射压力。在注塑过程中螺杆会在注射腔体中往复运动，当螺杆旋过PVDF压电传感器所在的平面时，螺杆会对传感器施加压力F，进而在传感器中产生电压输出。在设计中所用的PVDF压电传感器可以看作是平面的压电材料，在机械变形下其通用的压电效应表达式为[14-15]:

图3为压电传感器的原始输出电压。数值仿真的结果表明，在螺杆运动过程中，传感器的输出电压是周期性信号。输出电压的最大幅值为10 V，最小幅值约为0 V，周期约为1 s，与螺杆的运动周期60 r/min一致。但是，原始输出电压出现了比较多的毛刺现象，分析原因是机械基体本身的振动或者外部电磁干扰所致，这对于数据的处理和分析带来了比较大的难度。图4为压电传感器的滤波输出电压。由图4可以看出，滤波之后的输出电压相对于原始电压更加清晰，周期性也表现得很好，更能够易于识别出信号中的异常状态。


本文编号：3005838