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基于pvdf压电薄膜的双层十字交叉型颗粒碰撞传感器的基本特性研究

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基于PVDF压电薄膜的双层十字交叉型颗粒碰撞传感器的基本特性研究

作者：孙莹浙江大学

学位级别：硕士

我国是世界第一粮食生产大国和第一粮食消费大国。近年来随着农业机械化的快速发展,谷物的生产效率和产量都有显著提升。收获作业作为生产中至关重要的环节,其过程中的损失是生产中最直接的经济损失,故检测收获机械的谷物损失对提高收... 详细信息

我国是世界第一粮食生产大国和第一粮食消费大国。近年来随着农业机械化的快速发展,谷物的生产效率和产量都有显著提升。收获作业作为生产中至关重要的环节,其过程中的损失是生产中最直接的经济损失,故检测收获机械的谷物损失对提高收获作业质量、降低经济损失都具有重要意义,谷物损失检测中的关键部件是颗粒碰撞传感器,国内外的众多学者都为研发具有更高的灵敏度、响应速度、检测饱和容量和抗干扰性能的颗粒碰撞传感器而不懈努力。近年来的颗粒碰撞传感器更多采用pvdf压电薄膜为新材料,阵列式为新结构,使其能够拥有更大饱和容量和获取碰撞位置信息,以期提高传感器的响应性能。本文创新提出一种基于pvdf压电薄膜的双层十字交叉结构的颗粒碰撞传感器,可以通过双层传感单元的同时响应,在提高饱和容量和获取碰撞位置信息的同时,对同时碰撞的颗粒进行区分。本文为设计性能更优良的颗粒碰撞传感器提供了新思路,为多层碰撞传感器响应性能的研究提供了有效方法。本文的主要研究内容和成果如下:(1)设计了基于pvdf压电薄膜的双层十字交叉结构的颗粒碰撞传感器,阐述其工作原理,并借助有限元仿真软件分析了传感单元尺寸与响应性能间的关系,优化其尺寸和结构,并制作了新型颗粒碰撞传感器。(2)研制了谷物损失实验台及其控制系统,搭建了数据采集系统和信号显示软件。此套装置可以实现单、双颗粒以不同高度自由落体,以不同角度、不同位置碰撞传感器,并且将传感器的输出信号经过放大和数字转换后在计算机中直观的显示出来。(3)研究了传感器的基本响应特性,通过振动和能量两个方面分析了传感器的响应理论,通过多高度、全位置的单颗粒碰撞实验研究了传感器的响应特性和上、下层传感单元间响应关系,并对影响传感器响应的因素进行了分析。研究表明本传感器在同条件下的碰撞具有较好的响应重复性,但不同位置间的响应一致性较差,其主要原因是传感单元间手工压紧和粘贴的不完全一致;传感器的上层响应普遍显著,但下层有个别位置却无法获得显著响应,在不同高度的碰撞中下层不能获得显著响应的比例不超过13.89%;在同一碰撞中,除了直接受碰撞的传感单元发生响应外,其附近的传感单元也会发生杂波干扰,上层邻近单元的平均杂波-信噪比为21.90dB,下层为10.05dB;传感器每秒可检测的碰撞次数最低为1528.8次;在同一碰撞中,传感器上、下层间幅值平方和近似呈线性关系,响应时间之差最大不超过3.7×10-3s。(4)研究了基于多传感器融合理论的碰撞识别和计数方法,根据本传感器输出的信号特点制定了特征层面的数据融合架构,并通过实验证明双层十字交叉型颗粒碰撞传感器可以对连续碰撞和同时碰撞的多颗粒进行识别和计数。

关键词：谷物损失检测 pvdf压电薄膜传感器有限元仿真碰撞响应特性多传感器融合

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炮孔壁初始冲击压力直接测量试验研究

工程爆破 2024年第3期30卷 1-7,19页

作者：李启月魏快快马晶晶田军魏新傲徐恒阳肖宇航中南大学资源与安全工程学院长沙410083 西藏中金新联爆破工程有限公司拉萨850000

基于电测法构建出一套测试系统对孔壁压力进行直接测量,以获得现场岩石炮孔中的孔壁压力实测数据,根据灵敏度、抗冲击和抗干扰能力等参数,选择pvdf压电传感器作为压力测试系统的敏感元件;根据爆炸荷载的加载特性,选择并联25Ω碳膜电阻... 详细信息

基于电测法构建出一套测试系统对孔壁压力进行直接测量,以获得现场岩石炮孔中的孔壁压力实测数据,根据灵敏度、抗冲击和抗干扰能力等参数,选择pvdf压电传感器作为压力测试系统的敏感元件;根据爆炸荷载的加载特性,选择并联25Ω碳膜电阻的电流模式作为系统的测试电路;最后根据带宽、采样率等参数选择示波器进行数据采集。将测试系统应用于高速公路边坡爆破开挖中,试验得到炮孔壁轴向距炸药0、0.1、0.2、0.3 m 4个位置的压力时程曲线,结果表明:在90/32的装药条件下,轴向距炸药0~0.3 m范围内,孔壁峰值压力范围为1 446~156 MPa;各测点的压力上升时间为6.1~1.5μs,距离炸药越近、压力上升时间越长;对试验值进行拟合,发现在轴向距炸药0~0.3 m范围内孔壁压力峰值呈幂函数递减。试验验证了孔壁压力直接测试系统的可靠性。

关键词：轮廓爆破孔壁压力测试系统 pvdf压电薄膜传感器现场试验

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基于pvdf压电薄膜的脉搏测量系统研究

压电与声光 2008年第1期30卷 124-126页

作者：舒方法石俊西安工程大学电子信息学院陕西西安710048 西北工业大学机电工程学院陕西西安710072

根据人体脉搏信号特征,设计出一种脉搏信号测量系统。介绍了聚偏氟乙烯(pvdf)压电薄膜传感器的工作原理,并设计了相应的信号处理电路。讨论了脉搏信号处理时,为消除人体抖动噪声所采用的平均值滤波法。实验表明,该系统具有较好的灵敏度... 详细信息

根据人体脉搏信号特征,设计出一种脉搏信号测量系统。介绍了聚偏氟乙烯(pvdf)压电薄膜传感器的工作原理,并设计了相应的信号处理电路。讨论了脉搏信号处理时,为消除人体抖动噪声所采用的平均值滤波法。实验表明,该系统具有较好的灵敏度,能准确获得脉搏信号。

关键词： pvdf压电薄膜传感器人体脉搏信号信号处理电路平均值滤波法

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基于振动敲击的软质物体硬度检测

仪器仪表学报 2002年第Z1期23卷 74-76页

作者：曹丽路加刘杰尹朝征清华大学自动化系北京100084

提出一种基于振动敲击来检测软质物体硬度的方法。它利用 pvdf压力薄膜传感器 ,检测振动源施加在软质物体上的动态压力及弹性形变 ,通过提取波形的特征量及对特征量的主成分分析。

关键词：硬度检测主成分分析 pvdf压电薄膜传感器

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精密冲裁压边圈上接触压应力变化规律研究

锻压技术 2011年第5期36卷 38-42页

作者：丁日显王连学陈维朱其超郭成西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 西北工业集团陕西西安710043

以pvdf压电薄膜为感应单元,研发出测量精冲压边圈和板料接触压应力的薄膜传感器,避免了以往两个研究的不足:由液压压力推算压边力,中间传递环节会使精度降低;以压边力进行研究,忽略了接触面积不同导致的接触压应力的差异。采用所研发的... 详细信息

以pvdf压电薄膜为感应单元,研发出测量精冲压边圈和板料接触压应力的薄膜传感器,避免了以往两个研究的不足:由液压压力推算压边力,中间传递环节会使精度降低;以压边力进行研究,忽略了接触面积不同导致的接触压应力的差异。采用所研发的薄膜传感器测试了0.65mm厚H62板料精冲过程。测试结果发现:接触压应力存在都是在峰值之后以指数形式衰减的两次波动;V形齿压入板料增大了金属流动阻力导致冲裁时接触压应力增加。

关键词： pvdf压电薄膜传感器精密冲裁接触压应力

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试品跌落测试系统控制技术研究

试品跌落测试系统控制技术研究

作者：赵婧婧长春理工大学

学位级别：硕士

跌落测试是通过模拟试品在搬运或装卸过程中意外跌落的过程,来检测试品抗击意外冲击的能力,它是检验试品包装安全性与可靠性的重要手段。针对现有跌落测试系统自动化程度较低,并且不适用于军事用品包装件跌落测试的现状,设计一种三级气... 详细信息

跌落测试是通过模拟试品在搬运或装卸过程中意外跌落的过程,来检测试品抗击意外冲击的能力,它是检验试品包装安全性与可靠性的重要手段。针对现有跌落测试系统自动化程度较低,并且不适用于军事用品包装件跌落测试的现状,设计一种三级气动机械手与跌落测试相结合的,具有自动调整试品跌落姿态功能的控制系统。首先,对跌落测试系统主要结构和组成部分进行分析,设计跌落测试系统整体工作过程;结合跌落测试标准确定测试系统控制功能,完成控制系统总体设计。然后针对机械手提升和夹持过程中可能出现滑动的问题,采用将滑觉检测技术应用于夹持机械手的方法,选择了具有压电效应的聚偏氟乙烯(pvdf)压电薄膜传感器,分析传感器滑觉检测机理,并设计了可提高传感器信噪比的调理电路;针对机械手夹持力难以控制的问题,建立三级气动机械手气动伺服系统,并对机械手夹持力控制系统进行建模分析,通过线性化处理确定系统传递函数及分析系统特性后,选用模糊自适应PID控制方法增大机械手夹持力,使用MATLAB/Simulink工具对控制方法进行仿真分析,进一步验证此方法的适用性。最后,对跌落测试系统进行关键硬件选型,并对机械手夹持力控制分系统、试品高度升降控制分系统及试品跌落姿态调整控制分系统进行软件设计。

关键词：跌落测试滑觉检测 pvdf压电薄膜传感器夹持力控制模糊自适应PID

基于多传感器的射击辅助训练系统的研究与设计

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基于多传感器的射击辅助训练系统的研究与设计

作者：苏圆南京大学

学位级别：硕士

射击是一项专业性、技术性极强的精细运动项目,训练时手部持枪部位的发力细节、身体姿态的稳定性和当前生理参数的调节情况等都会直接影响射击状态和最终成绩。目前,我国大多武装部队、警察学校以及运动场馆的射击教学场景传统,设备落后... 详细信息

射击是一项专业性、技术性极强的精细运动项目,训练时手部持枪部位的发力细节、身体姿态的稳定性和当前生理参数的调节情况等都会直接影响射击状态和最终成绩。目前,我国大多武装部队、警察学校以及运动场馆的射击教学场景传统,设备落后,主要依靠教练经验指导、视频回放的方法帮助学员在海量训练和机械适应中寻找强化射击感觉,并从中学习控制调整个人状态。但是对初训人员而言,仅依靠传统定性感知的方法来掌握射击技巧相对比较困难。近年来,柔性材料、现代传感器和集成电路等技术产业的迅猛发展为便携穿戴式设备带来了不同形式的应用创新。针对目前射击训练教学场景中存在的不足,本文尝试从硬件、嵌入式软件以及手机端APP三个层面设计一种低功耗、小型化、易装卸的多传感器射击辅助系统,用于实现精细化、数据化的训练指导教学。系统利用STM32F103C8T6控制pvdf薄膜传感器和MAX30120模块实时监测受训者的手部压力信号和光电容积脉搏波信号;随后对两信号进行相应的计算处理,得到多路压力数据和心率血氧参数,并利用蓝牙4.0模块将数据传送给手机终端;最后通过Android studio平台开发与系统配套的专用APP软件,用以实现监测数据的实时存储和直观显示。系统能够实时记录每次训练产生的过程数据,并从中提取定量分析指标,建立传感监测信息与训练成绩间的关联比对,便于开展系统化、精确化、智能化的射击训练教学。该系统突破了传统的射击训练方法,不仅能帮助初训人员快速掌握射击技能,还能提高教学效率,节约弹药成本,具有一定的实用价值和应用市场。初步模拟试验的测试结果表明,系统能实时感知、存储并显示射击时手部各个位置的受力情况和训练人员的心率、血氧波动情况。测试结果初步证明了本文研究设计的有效性。

关键词：射击训练教学辅助训练系统 pvdf压电薄膜传感器 STM32F103C8T6 MAX30102传感器安卓开发

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基于传感器的手指运动姿态监测

黑龙江大学工程学报 2017年第1期8卷 84-90页

作者：都悦来史丽萍王帅张庆宇张春春黑龙江大学机电工程学院哈尔滨150080

针对动态测量手指关节角度的需要,设计了基于传感器的手指运动姿态监测方法。从可穿戴式设备的角度出发,在分析了pvdf压电薄膜传感器、电阻应变片和三轴加速度计ADXL330工作原理的基础上,设计了动态角度测量实验和3组监测实验;传感器固... 详细信息

针对动态测量手指关节角度的需要,设计了基于传感器的手指运动姿态监测方法。从可穿戴式设备的角度出发,在分析了pvdf压电薄膜传感器、电阻应变片和三轴加速度计ADXL330工作原理的基础上,设计了动态角度测量实验和3组监测实验;传感器固定在手套的对应关节的位置处。对比3组实验,分析实验数据,得到结论:pvdf压电薄膜传感器动态响应快,适合高频激励下手指运动姿态的监测;电阻应变片在高频激励下的响应有一定的延迟,这种响应迟后对动态应变测量会产生误差,其比较适合低频激励下手指运动姿态的监测;加速度计ADXL330在低频激励下能较好地实现对手指运动姿态的监测,其工作的稳定性和可靠性良好。

关键词： pvdf压电薄膜传感器 ADXL330加速度计应变片关节角度

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基于压电原理的呼吸检测系统设计

智能计算机与应用 2022年第1期12卷 95-98页

作者：李兰王武贵州大学电气工程学院贵阳550025

本文基于Arduino开发板,设计了基于压电原理的呼吸检测系统。系统采用柔性聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,pvdf)压电薄膜传感器采集呼吸信号,实现了无接触式检测到呼吸信号。该传感器不仅可以避免使用者在使用时的尴尬,也减少了使... 详细信息

本文基于Arduino开发板,设计了基于压电原理的呼吸检测系统。系统采用柔性聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,pvdf)压电薄膜传感器采集呼吸信号,实现了无接触式检测到呼吸信号。该传感器不仅可以避免使用者在使用时的尴尬,也减少了使用者的看病时间和费用,同时还可以更加紧凑有效的使用医护资源。设计过程中将数据传入云端,为使用者及时查看提供方便。

关键词： Arduino 压电原理呼吸检测系统 pvdf压电薄膜传感器云端