含金属芯PVDF纤维的设计、制备及传感特性研究

发布时间：2017-12-18 00:18

  本文关键词：含金属芯PVDF纤维的设计、制备及传感特性研究

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【摘要】：PVDF是一种有机聚合物压电材料,具有直接的机电转换性能,可以用在压电型传感器中。本文用自制的设备,拉制出含金属芯PVDF压电纤维,并制备出表面部分电极含金属芯PVDF压电纤维(PMPF, Partial electrode metal core PVDF fiber)传感器和表面对称电极含金属芯PVDF压电纤维(SMPF, Symmetric electrodes metal core PVDF fiber)传感器,对PMPF的气流传感特性和SMPF的气流、振动传感特性进行了初步的研究,取得了一定的成果,主要研究内容如下：(1)用自制的设备成功拉制出含金属芯PVDF压电纤维,表征了纤维的表面、纵截面和横截面的形貌,比较了不同种类金属芯对纤维制备结果的影响,分析了不同拉伸速度对纤维力学性能和PVDF中β相含量的影响。(2)在含金属芯PVDF压电纤维的部分纵向表面涂镀部分电极,极化后,制备出PMPF传感器,根据第一类压电方程,基于平均电荷法,建立了悬臂梁结构PMPF的气流传感模型,推导了PMPF产生的传感电荷与冲击气流速度、方向之间的关系。并搭建了实验系统,测试了悬臂梁结构PMPF的冲击气流传感能力,并验证了传感模型。结果表明,PMPF传感器可以测量冲击气流的方向或大小。(3)在含金属芯PVDF压电纤维纵向表面涂镀2片对称电极,极化后,制备出SMPF传感器,根据第一类压电方程,建立了悬臂梁结构SMPF的气流传感模型,分析了悬臂梁结构SMPF在受到均匀流场的气流冲击时,SMPF表面电极产生电荷和气流流速、方向之间的关系。搭建了实验系统,测试了悬臂梁结构SMPF的气流传感特性。结果表明,SMPF传感器可以测量冲击气流的大小或方向,具有较高的灵敏度。(4)根据第一类压电方程和振动理论,建立了悬臂梁结构SMPF的振动传感模型,分析了悬臂梁结构SMPF的固定端在受到冲击或简谐激励时,SMPF的传感电荷和振幅、方向之间的关系。搭建了实验系统,测试了悬臂梁结构SMPF对简谐振动和冲击振动的传感性能。通过理论分析和实验研究,表明PMPF和SMPF人工毛发传感器对冲击气流具有明显的方向传感能力,SMPF对于冲击振动和简谐振动也具有明显的方向传感性能,且具有体积小、质量轻、灵敏度高的特点。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN384;TP212
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本文编号：1302118