论文部分内容阅读
含金属芯压电纤维是一种纤维状压电传感器,可以模仿昆虫的毛发感受器,感知周围环境的气流变化或身体所受的振动。本文根据其仿生原理设计并制备了表面多电极含金属芯压电纤维(MMPF, Multi-electrode Metal Core Piezoelectric Fiber)传感器,即在含金属芯压电纤维表面涂镀了4片对称电极,建立单根悬臂梁结构MMPF气流传感模型和低频振动传感模型；将2根MMPF排列成空间阵列(MMPF ARRAYS)结构,建立空间阵列的气流传感模型,搭建实验平台,测试悬臂梁结构MMPF气流传感性能、低频振动传感性能和空间阵列的气流传感性能,验证其传感模型。其主要研究内容如下：(1)、基于第一类压电方程,建立了悬臂梁结构的MMPF冲击气流传感模型,即在冲击气流作用下,MMPF表面2对电极上产生电荷的极性和数值,并分析了表面电极分布角度、纤维长度等参数对传感性能的影响；搭建了实验系统,测试了悬臂梁结构MMPF对于冲击气流的传感性能,并验证了传感模型。结果表明,单根MMPF就可以测量某个一维平面的冲击气流的大小和方向。(2)、根据第一类压电方程和振动学理论,推导了悬臂梁结构MMPF固定端受到外部振动激励时,表面2对电极上产生的电荷值,建立了悬臂梁结构MMPF的电压型振动传感模型；分析了MMPF表面电极分布角度和纤维长度对传感性能的影响；搭建了实验系统,测试了MMPF的冲击振动和简谐振动传感性能,验证了传感模型。结果表明,单根MMPF就可以测量冲击振动的大小和方向,以及简谐振动的频率、振幅和方向。(3)、建立了空间多维含金属芯压电纤维阵列组合(MMPF ARRAYS)的气流传感理论模型,推导了MMPF ARRAYS表面四对电极间的电荷与气流的速度和来向之间的关系；并且搭建了空间多维含金属芯压电纤维阵列组合的气流传感实验平台,测试出了MMPF ARRAYS电极间的电荷和空间准静态气流的速度大小和方向的关系,并进行了实验验证。