基于电涡流效应的压力位移敏感元件阻抗特性研究

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现有的电涡流传感器只能对位移进行测量,不能测量压力;而导电高分子复合材料可以利用其压阻效应测量压力,却无法进行非接触式位移测量。为了解决此问题,本文研究了将金属线圈与碳纳米管/硅橡胶复合材料相结合的方式制备两种敏感元件,包括复合型敏感元件和一体化敏感元件,从而实现位移压力同时测量。新型的敏感元件具有良好的力学和电学特性,不仅将电涡流传感探头和导电高分子复合材料探头合二为一,而且只需用阻抗特性就可以反映位移和压力,简化了后续的信号处理系统。本文主要完成的工作如下:(1)制备了复合材料与金属线圈完全接触和相互绝缘的一体化敏感元件和复合型敏感元件,其导电相与基体相质量比为0.001-0.20,金属线圈圈数为60圈。(2)分析了质量比、激励频率对复合型敏感元件阻抗特性的影响。结果表明,质量比对阻抗特性的影响很小,激励频率越高,阻抗值就越大。(3)分析了质量比、激励频率对一体化敏感元件阻抗特性的影响。结果表明,阻抗值随质量比的增加先不变后减小,激励频率越高,阻抗值就越大。(4)研究分析压力对敏感元件的阻抗特性影响,结果表明:低频激励下,受压后的灵敏度升高,高频激励下,灵敏度不变。(5)定量分析了敏感元件的噪声、灵敏度和分辨力。测量位移时,分辨力可达到0.1mm,噪声最小能达到0.024%,灵敏度最高可达到12.35Ω/mm;测量压力时,噪声最小能达到1.32%。质量比为0.02的复合型敏感元件和质量比为0.001的一体化敏感元件在1MHz下的各项指标最好,初步验证了利用碳纳米管/硅橡胶复合材料与金属线圈相结合的方式,可以实现用一种探头测量压力与位移。
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