聚偏氟乙烯材料（Polyvinylidene Fluoride,簡(jiǎn)稱PVDF）是一種具有雙向可逆能量轉(zhuǎn)換特性的壓電智能材料。PVDF薄膜具有壓電性能強(qiáng)、頻率響應(yīng)寬、柔韌性和加工性能好等優(yōu)良特性。PVDF薄膜嵌入性強(qiáng),其在智能結(jié)構(gòu)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本課題在分析面接觸傳感技術(shù)以及形貌感測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析了目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于形貌感測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀,并對(duì)PVDF材料的基本特性及其應(yīng)用研究進(jìn)行了綜述。在基于PVDF薄膜本構(gòu)方程及壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)機(jī)理分析的基礎(chǔ)上,討論了PVDF薄膜在動(dòng)態(tài)接觸式應(yīng)用中的優(yōu)越性,結(jié)合COMSOL有限元分析軟件（DEMO版）,進(jìn)行了PVDF壓電仿真模型的構(gòu)建,并分析了PVDF薄膜中的電荷分布規(guī)律及接觸力和表面電荷的關(guān)系。在此研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了基于PVDF壓電薄膜的形貌感測(cè)原理,建立了表面電荷量與形貌幾何特征的函數(shù)關(guān)系,并研究出了特定的型值點(diǎn)遞推算法,采用Ferguson曲線模型進(jìn)行形貌曲線的重建。針對(duì)一定的曲線進(jìn)行了算法驗(yàn)證,結(jié)果表明具有較好的重建效果,驗(yàn)證了該感測(cè)算法的可行性。研究表明,曲線重構(gòu)誤差和采樣點(diǎn)數(shù)目之間存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。針對(duì)型值點(diǎn)誤差,進(jìn)... 

【文章來(lái)源】：武漢科技大學(xué)湖北省

【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

研究技術(shù)路線

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖2.1介電體、壓電體、熱釋電體、鐵電體的包含關(guān)系PVDF是一種主要有β型和α型兩種晶體結(jié)構(gòu)的聚合物，由于β型其CF2偶極子的朝向與方向相同，β型晶體分子鏈沿著b軸呈一種平形狀排列，其具有較好的壓電性和一定的熱電性。2.2PVDF薄膜的壓電效應(yīng)2.2.1PVDF薄膜壓電傳感機(jī)理PVDF薄膜的壓電效應(yīng)包括正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)是沿PVDF薄膜一定方向受到外力作用發(fā)生形變，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，其兩相對(duì)表面會(huì)出現(xiàn)極性相反、大小相等的電荷，當(dāng)外力去掉后，PVDF薄膜又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。相反地，逆壓電效應(yīng)是當(dāng)有外加電場(chǎng)施加在PVDF薄膜極化方向上時(shí)，會(huì)引起其內(nèi)部電極軸中心不對(duì)稱，從而導(dǎo)致其產(chǎn)生形變，當(dāng)外加電場(chǎng)去掉后，PVDF薄膜又會(huì)恢復(fù)到形變前的狀態(tài)。PVDF薄膜的壓電方程表述為：mTimjijinnjjijiEdDEec（2-3）壓電方程反映了外界電場(chǎng)強(qiáng)度、薄膜上受的壓力、表面電荷之間的函數(shù)關(guān)系。電位移是由外力和所受電場(chǎng)影響疊加而成的，可表示為：mTimjijiEdD（2-4）式中，為應(yīng)力值，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，D為面電荷密度矩陣，T為介電常數(shù)矩

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文11陣的轉(zhuǎn)置矩陣，d為壓電應(yīng)變常數(shù)矩陣，mi3,2,1,，j62,1。其中第一項(xiàng)是應(yīng)力作用產(chǎn)生的電位移，第二項(xiàng)是應(yīng)力為零時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生的電位移。當(dāng)電場(chǎng)為零且只考慮電學(xué)邊界條件時(shí)，PVDF的壓電方程為忽略電場(chǎng)后的第一類壓電方程，其表達(dá)式為：jijidD（2-5）式（2-5）即為PVDF壓電薄膜正壓電效應(yīng)函數(shù)表達(dá)式，反映了其機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的能力，通過(guò)測(cè)量壓電元件上的電荷量，計(jì)算出其變形量，從而求出所受外力。為了研究PVDF壓電薄膜傳感特性，需要對(duì)其受力進(jìn)行分析（如圖2.2所示），圖中，1x、1y、1z分別表示三個(gè)坐標(biāo)軸的軸向，4x、5y、6z分別為圍繞x、y、z三個(gè)坐標(biāo)軸方向。一般來(lái)說(shuō)，PVDF薄膜在x軸方向的壓電常數(shù)較大，其延伸方向表示為拉伸方向，z軸為垂直于膜面的方向，表示為極化方向（即受力方向），極化方向的壓電常數(shù)最大。圖2.2PVDF壓電薄膜微元體受力分析不同受力方向及不同表面上電荷積累是不同的，用應(yīng)力和電荷密度來(lái)表征壓電效應(yīng)為：jijjidD（2-6）式中，jiD表示j方向受力時(shí)在i方向上電荷積累的表面密度（即沿i方向的極化強(qiáng)度）；ijd表示j方向受應(yīng)力時(shí)，在i方向產(chǎn)生電荷時(shí)的壓電常數(shù)；其表示晶體

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]壓電智能結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)未知擾動(dòng)估計(jì)[J]. 伍彬藝,秦現(xiàn)生,張順琦,王戰(zhàn)璽,白晶,李靖.  振動(dòng)與沖擊. 2019(16)
[2]基于三維圖像的逆向工程重構(gòu)系統(tǒng)[J]. 曾月鵬.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2018(20)
[3]基于線結(jié)構(gòu)光傳感器的軌道板幾何形貌檢測(cè)方法[J]. 祝祥,邵雙運(yùn),宋志軍.  中國(guó)光學(xué). 2018(05)
[4]光纖Bragg光柵觸覺(jué)傳感器研究進(jìn)展[J]. 王飛文,馮艷,張華,張震.  傳感器與微系統(tǒng). 2018(09)
[5]一種基于PSFS的近紅外人臉3D形貌重構(gòu)系統(tǒng)[J]. 王國(guó)琿,吳二星,王立平.  電視技術(shù). 2018(08)
[6]基于PVDF壓電傳感器的足底壓力測(cè)量系統(tǒng)[J]. 李琳杰,趙偉博.  傳感器與微系統(tǒng). 2018(05)
[7]仿生柔性觸角形狀感知光纖傳感方法研究[J]. 趙利明,董明利,李紅,孫廣開(kāi),祝連慶.  激光與紅外. 2018(04)
[8]基于應(yīng)變片壓阻效應(yīng)的柔性傳感器陣列的設(shè)計(jì)[J]. 肖立志,郭蘭申,張磊.  儀表技術(shù)與傳感器. 2017(07)
[9]適用于管道內(nèi)形貌檢測(cè)的3D全景視覺(jué)傳感器[J]. 湯一平,吳挺,袁公萍,魯少輝,楊仲元.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2017(03)
[10]電子皮膚觸覺(jué)傳感器研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 曹建國(guó),周建輝,繆存孝,尹海斌,李維奇,夏飛.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(01)



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