在测量两个物体低速冲击的动响应中,对撞击所产生的冲击载荷,尤其是对冲击载荷的分布进行测量是非常困难的,在软体撞击粘弹性结构时更是如此。由于撞击时产生的初始压力非常大 (达几百个MN/m2。),冲击载荷作用时间很短,软体与粘弹性结构产生大变形,这就要求所采用的压力传感器及其记录设备满足如下特征:能够测量及承受高强度压力;频带宽(>50kHz);传感器几何尺寸小,特别是厚度要小,以免改变结构的受力状态及产生过大的切向力将传感器撞掉;传感器质量小;传感器上的敏感区域小,以准确反映所测测点的压力。
为解决上述要求,本文介绍一种新型压力传感器——PVDF压电薄膜压力传感器,测量软体低速撞击粘弹性结构的冲击载荷。
测量原理
PVDF压电薄膜压力传感器的基本原理是:PVDF压电薄膜在承受一定方向的外力或变形时,其材料晶面或极化面会产生一定的电荷,称此为压电效应。
用PVDF压电薄膜制成PVDF压电传感器,均满足测量撞击压力时的各项要求,该传感器的面积较小,厚度小于30μm,重量几克,压力敏感面积为1mm2,测量范围大于10GPa,精度为10%。由于此种传感器是采用粘接方式装在结构上,无需对测压点处进行特殊处理,且质地柔软。不影响结构的变形,几乎不改变其受力状态。
PVDF压电传感器是用高分子材料制造的,若软体直接撞击在FVDF上,很可能损坏传感器,影响测试的正常进行,因此需要在传感器表面覆盖一层保护膜。先将粘结区域用酒精清洗干净,待酒精挥发后均匀地涂上一层薄薄的粘结剂,粘上传感器,加压使其粘紧,再在传感器 上涂一层粘结剂。用保护膜覆盖PVDF压力传感器,加压将多余的粘结剂挤出,在室温下固化24h。