基于PVDF的振弦式次声波传感器设计.pdf

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1、2014年第33卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)、93基于PVDF的振弦式次声波传感器设计刘豪华，万舟，油锡存(昆明理工大学信息工樨与自动化学院，南昆明6soooo)摘要：针对当前用于次声波检测的次声波传感器存在的一些不足，设计一种基于PVDF的振弦式次声波传感器，建立了振弦、弹性元件、压电薄膜的数学模型，设计了调理电路，并对该传感器进行测试和验证。结果表明：该传感器具有能对次声波进行全方位接收、量程可调、灵敏度高、误差小等优点。关键词：

2、聚偏氟乙烯；振弦式；次声波传感器中图分类号：TP216．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)04--0093-02Design0f1vibrationwWilreinfrasonicwavesensorbased0nPJ}，VVDF’LIUHao-hua，WANZhou，YOUXi—cun(SchoolofInformationEngineeringandAutomation，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650000，

3、China)Abstract：Aimingatdeficienciesofinfrasonicwavesensorforinfrasonicdetection，atpresent，designakindofvibrationwireinfrasonicwavesensorbasedonPVDF，establishmathematicalmodelforvibrationwire，elasticelementandpiezoelectricthinfilm，designconditioningcircui

4、t，testandverifythesensor．Theresultsshowthatthesensorhastheadvantagesofafullrangeofreceivinginfrasonicwave，adjustablerange，highsensitivity，smallerrorandSOon．Keywords：PVDF；vibrationwire；infrasonicwavesensor0引言然后通过调理电路将电荷量的变化转换成输出电压的变在声波频段中，频率小于2OHz的波段被称之为次

5、声化，从而建立输出电压与次声波频率的关系。此外，振波。次声波具有频率低、波长长的特殊性，具有传播远、穿弦的有效长度由2个弦马确定，其中一个弦马可在一定范透力强、受干扰小等特征。次声波的存在十分广泛，例如：围内移动，使振弦的有效长度可调，从而使本文所设计的传海上风暴、地震、火山喷发等自然灾害都有可能产生次声感器量程可调。波⋯；生活中也常伴随着次声波，例如：大桥摇晃、汽车疾2传感器的结构与设计方案驶，甚至于家里的音响和搅拌机都会有次声波的产生。为了能够对次声波进行全方位接收，本文设计采用振目前有许多国家都在

6、致力于次声波的研究，次声波武器、次弦作为接收元件，振弦由支架两端的夹弦装置固定，为声波勘探、次声波预测预警等都是最近的热点，可以预见，使所设计传感器量程可调，需使振弦的有效长度可调，两弦未来次声波将有更广阔的用途，因此，对次声波的检测具有马之间的振弦长度为振弦的有效长度，为此，在固定支架右极大的实用价值和科学意义。现有的用于次声波检测的次声波传感器还有一些诸如灵敏度低、频率范围小、体积大、侧底板安装一导轨，右侧弦马可在导轨上移动，从而改变振不便于安装和对环境要求高等缺点，基于此，本文设计了一弦的有效长度

7、，左侧弦马需传递振弦的振动，因此，将左侧种基于PVDF的振弦式次声波传感器。弦马安装在弹性膜片的圆心处，弹性膜片下侧粘贴PVDF1测量原理压电薄膜，在固定支架左侧设计一圆形部分，用以固定弹性本文设计的基于PVDF的振弦式次声波传感器，利用膜片。传感器结构如图1所示。振弦作为接收元件，能够全方位地接收次声波并产生振动，3PVDF压电薄膜特-陛与粘贴位置分析振动通过弦马传递给弹性膜片，弹性膜片的振动引起贴在PVDF作为新型的高分子压电材料柔韧性好、机械强弹性膜片上的PVDF响应，PVDF压电薄膜具有良好的压

8、电度高、振动模式简单、可在较大温度范围内工作，而且性能特性，可将接收到的振动频率的变化转变为电荷量的变化，几乎不受湿度影响，对环境要求低。通过有限元软件ANSYS收稿日期：2013-09-15传感器与微系统第33卷弦马振弦导轨弦马夹弦装置

9、／、，，^一m0I[一毛圈1基于PVDF的振弦式次声波传感器结构图图3电荷转换整体电路图Fig1StructurediagramofvibrationwireinfrasonicFig3Chargetra