PVDF压电式谐振传感器在密度测量中的实验研究.pdf

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1、第34卷第3期2012年6月光学仪器OPTICALINSTRUMENTSVoL34，No．3June，2012文章编号：1005—5630(2012)03—0013—04PVDF压电式谐振传感器在密度测量中的实验研究*．高福群，华云松(上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093)摘要：密度测量在现代生产生活中占有很重要的地位，因此研究出能够快速精确测量密度的方法会极大地改善生活和生产质量。现利用聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的压电效应和逆压电效应制成薄膜压电式谐振传感器，用于气体或液体的密度测量，从而得出传感器谐振频率

2、与被测气体和液体密度之间存在的关系。从实验和分析结果看，该谐振传感器可用于气体或液体的密度测量，且测量结果具有较高的分辨力。关键词：聚偏氟乙烯；谐振传感器；压电效应；逆压电效应中图分类号：TP212．9文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—5630．2012．03．003AnexperimentstudyofPVDFpiezoelectricresonatorsensorinthemeasurementofdensityGAOFuqun，HUAYunsong(SchoolofOptical—Electric

3、alandComputerEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Densitymeasurementplaysaveryimportantroleinmodemlifeandproduction．Afasterandmoreaccuratewayofmeasuringdensitywillgreatlyirnpmvethequalityofourdailylifeandproduction．With

4、tKSaim．athin-filmpiezoelectricresonator8ellsormadeofpolyvinylidenefluoride(PvDF)filmsandbasedonthepiezoelectriceffectandinversepiezoelectriceffectisdesignedinmeasuringthedensityofgasorliquid,111erelationshipbetweenthemeasuredfluidandtheresona．noefrequellcyofthesensori

5、sderived．11leexperimentresultsindicatethatthesensorcanbeusedformeasuringthedesityofgasorliquidw曲ahi．ghresolutionasaresultofdigitaloutpuLKeywords：PVDF；resonatorsensor；piezoelectriceffect；inversepiezoelectriceffect引言密度测量在现代化工测量中占有很重要的地位。常用的液体密度测量方法主要有：浮计法、容量法、比重瓶测量法等。其中

6、，浮计法测量快速，但精度低；容量法精度较高，但耗时太长；比重瓶法玻璃瓶子易碎‘¨。常用的气体密度测量方法主要有：震桶式测量法，此法工艺复杂，不易推广[2’引。针对上述测量方法的缺点，现利用压电式机械谐振传感器，来实现液体或气体密度的快捷及高精度测量。压电传感器由于具有体积小，结构简单，固有频率高等优点，其应用领域越来越广泛。压电传感器常’收稿日期：2011—11—24作者简介：高福群(1986一)，男，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事传感器测试方面的研究。·14·光学仪器第34卷用材料主要有：石英晶体、压电陶瓷和聚偏氟乙烯(pol

7、yvinylidenefluoride，PVDF)等。其中，石英晶体压电系数较小，大多用于标准传感器或者温度要求较高的传感器；压电陶瓷虽然压电系数比石英晶体高很多，且应用广泛，但具有热释电效应，会对力学测量造成很大干扰，在力学测量中受到限制；PVDF是一种高分子压电材料，具有灵敏度高、柔软、耐冲击和机械强度高等优点，目前在压电传感器领域中得到越来越广泛的应用∽5。。因此，采用PVDF压电式谐振传感器，来对气体或液体密度进行测量。l谐振传感器气体或液体密度测量基本原理谐振式传感器测量原理是通过谐振子的振动特性来实现的。谐振子振动过程

8、中，可以等效为一个单自由度的系统，以系统固有频率振动，系统的固有振动频率只和系统的等效质量和等效弹性系数有关。谐振传感器气体或液体密度测量的原理是通过系统中的弹性敏感元件与气体或液体相接触后，由于改变了系统等效质量，其谐振频率必然发生一定的偏移，而