基于PVDF膜的动态力测量传感器设计(6)
时间:2017-03-21 21:52 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
图2.6 基座部分 图2.6是夹持装置的底座部分。其基本尺寸为： ，螺纹规格为 5782 [29]，在基座上扣一个形如PVDF压电薄膜的正方形，深3mm。 图2.7所示的夹持装置的上盖板部分。它的作用是和底座一起夹住PVDF膜，同时，上盖板是直接受力结构。其尺寸与底座相配套。上盖板的突出部分需要多出1mm，即总的高度是4mm，这样就可以防止上盖板的其他部分与底座接触，导致在施加应力时有干扰产生。 图2.7 上盖板部分 2.5 传感器封装 由于在最后做实验时需要进行靶场弹丸撞击实验，所以需要对已设计的夹持装置封装进传感器里去。在封装时需要对PVDF膜施加一定的预紧力，来保证上盖板对PVDF膜的挤压能够平稳和紧贴，防止在实验时由于未施加预紧力而使上盖板与PVDF不完全接触，导致误差的产生。 所以在封装时，在底座与上盖板之间使用螺栓紧固，同时利用螺栓提供预紧力，使上盖板能够将PVDF膜压紧压平。螺栓采用的是 5783——2000。 根据PVDF膜压电特性，在冲击力作用到上盖板的瞬间，通过力的传递（假使力在刚性材料内传递无衰减和无其他干扰），PVDF膜也会受到一个相同的应力作用， 则会产生压电效应，在PVDF的上下表面会产生电荷信号，为（5） 电荷密度为 （6） 其中A为传感器的有效面积，A=169 。 依据式（2），PVDF压电薄膜在厚度模式下的压电方程就变为 综合以上各式可以得到 （8） 3 测量电路设计 3.1 PVDF膜的电路模型 PVDF膜压电传感器的输出电荷量很小，内阻抗十分高，抗电磁干扰的能力也较差，要测的传感器的输出信号必须利用信号调理电路。 为加深对电荷测量信号调理电路的认识，有必要首先了解一下PVDF膜的两种最简单的测量电路。第一种测量模式是电荷模式，将PVDF膜传感器与一个电阻和一个电容串联，如图3.1所示。 图3.1 电荷模式 第二种测量模式是电流模式，是直接将一个电阻与PVDF串联，如图3.2所示。 图3.2 电流模式 在实际测量中，由于需要首先进行标定，所施加的信号较小，故需要加放大电路，同时为减小电磁干扰和减少共模抑制比，有需要增加滤波电路。考虑到各种干扰与系统误差的存在，可以得到一般的PVDF膜传感器电荷放大器电路等效电路，如图3.3所示。 图3.3 电荷放大器等效电路 其中 是传感器的绝缘漏电阻， 是运算放大器的输入阻抗， 是电缆等效电容， 为传感器等效电容， 是放大器输入电容， 是并联在反馈电容两端的漏电阻， 为反馈电容。 假使运算放大器的开环增益为K，压电传感器自身的供电角频率为 。忽略PVDF膜传感器的漏电阻 ，并联等效电阻 后，可以得到输出电压 （9） 其中 是反馈电阻等效到放大器输入端的有效电阻，其值为 （10） (责任编辑：qin) |