柔性聚合物压电效应和压力感知技术研究

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基于聚合物压电效应的传感器具有柔韧性好、输出电压大、可同时测量静态和动态压力变化等优点。在可穿戴设备、运动医学监测等领域有广泛的应用前景。本文基于压电效应,结合超弹性的应变密度模型与平行板电容方程,探究了室温硫化硅橡胶的压电效应规律。并对柔性聚合物压力传感器进行理论和实验研究。研究聚偏二氟乙烯(PVDF)和室温硫化硅橡胶的压电效应,并测试和分析材料的性能参数。研究PVDF等微形变材料压电效应的工作原理。分析室温硫化硅橡胶弹性体压电效应工作原理。结合应变能密度模型与电容方程推导出室温硫化硅橡胶压电效应方程组。采用有限元计算分析多种激励下室温硫化硅橡胶和柔性聚合物压力传感器的输出电压规律,二者相结合的方式可有效提高输出响应电压。柔性聚合物压力传感器结构设计与分析。以PVDF和室温硫化硅橡胶共同为敏感材料,基于多层敏感材料层叠的结构设计传感器。搭建测试平台进行实验研究,对传感器的动态性能和静态性能进行测试。实验结果表明,可有效提升传感器的峰值电压和灵敏度。1 Hz时最大峰值电压为8.80 V,0-2 N内检测的灵敏度为1.20 V/kPa。在0-2 N的范围内可实现静态压力的变化情况有效的检测。柔性聚合物压力传感器实验研究。将柔性聚合物压力传感器佩戴于实验者颈部进行测试,传感器能有效识别脉搏信号与呼吸动作。利用改进型软阈值小波降噪和kmeans聚类算法,分别实现信号的降噪处理和分析。实验结果表明,该方式可以对数据进行有效分类,实现静止、慢跑和高抬腿的信号分类。总之,在柔性聚合物压电效应和压力感知技术的研究过程中,通过对室温硫化硅橡胶的压电特性的研究分析,验证了其在压电领域应用的可行性,丰富柔性压电材料的选择范围。通过对基于PVDF和室温硫化硅橡胶的柔性传感器的实验,验证了该设计高输出响应、高灵敏度的特性。
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