PVDF微力传感器的设计.pdf

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1、2014矩仪表技术与传感器2014第1O期InstrumentTechniqueandSensorNo．10PVDF微力传感器的设计刘廷，吴晓军，赵河明(中北大学机电工程学院，山西太原030000)摘要：基于一种压电材料——PVDF压电薄膜，设计了一种新型的微力传感器，从PVDF微力传感器的原理、设计、标定等过程进行详细研究。采用电荷放大器对PVDF受力产生的感应电荷进行放大，经过电荷放大器后产生电压信号，再经过第二级电压放大电路对信号进行进一步放大，采用MATLAB／Simulink模块通过PCI一6221对数据进行采集，通过用MATLAB对采集的数据进

2、行最小二乘拟合。经过实验测试，验证了该微力传感器测试系统具有较高的精度和灵敏度。关键词：微力传感器；PVDF；电荷放大器；数据拟合中图分类号：TP212．11文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)10—0007—03IntegratedDesignofPVDFMicroForceSensorLIUTing，WUXiao-jun，ZHAOHe—ming(SchoolofMechatronicsEngineering，NorthUniversityofChina，Taiyuan030000，China)Abstract：Basedonakind

3、ofpiezoelectricmaterials—PVDFpiezofilms，wedesignedanewkindofmicroforcesensor．Wemadeadetailedresearchonthefollowingseveralaspects，theprincipleofthePVDFmicroforcesensor，theprocessingofhowtode—signandhowtocalibrate．WeusedthechargeamplifiertoamplifythechargesignalproducedbythePVDFmicr

4、oforcesensorandgotthevoltagesignalafterthechargeamplifier．Weamplifiedthevoltagesignalthroughthesecondaryvoltageamplificationcircuit，usedMATLAB／SimulinksoftwaretocollectthedatabyPCI一6221producedbyTIcompanyandusedMATLABtoprocessthedatabythemethodofleastsquaresfitting．Throughtheexper

5、imentaltests，thehighprecisionandsensitivityofthemicroforcesensorsystemareverified．Keywords~microforcesensor；PVDF；chargeamplifier；datafitting0引言通过采用高阻抗的放大器及电压放大器较好地解决了检测静随着微机电系统(microelectromechanicalsystems，MEMS)态力的问题J。但仍然可以进一步改进其结构和性能。感的不断发展，迫切需要高精度、高灵敏度的感知传感器。本文知信号经过微分电荷放大器、电压放大

6、器和低通滤波电路，最设计的微力传感器采用一种新型的压电材料PVDF，PVDF压电终由采集卡采集电压信号。膜是一种新型高分子压电换能材料，它具有独特的介电效应、1系统组成压电效应、热电效应。与传统的压电材料(如陶瓷)相比具有频所设计的微力传感器主要包括硬件电路设计和PWDF材响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强度高、声阻料的固定。图1为微力传感器测试系统的功能实现过程。抗易匹配等特点，并具有质量轻、柔软不脆、耐冲击、不易受水和化学药品的污染、易制成任意形状的面积不等的片或管状等优势。在力学、声学、光学、电子、测量、红外、安全报警、医疗保健、军事、交

7、通、信息工程、办公自动化、海洋开发、地质勘探等图1系统组成当PVDF受到一个外部力时，在PVDF两极板上会产生一技术领域应用十分广泛。压电式传感器具有低功耗、灵敏度高定量的电荷，电荷经过电荷放大器转换为电压信号，然后经过等特点，但是与传统的压阻式传感器比起来，其尚处于发展初电压放大电路，对电压信号进行放大，经过A／D采样，送给期。本文基于PVDF的压电效应，设计了一款具有高精度、高MCU进行处理，换算成力的数值，通过液晶显示出来PVDF感灵敏度的微力传感器。压电效应是JacquesCurie和PierreCurie知端所受到的力。在1880年发现⋯的，几十

8、年来人们对压电材料的应用研究一2PVDF微力传感器的模型直没有停止