Kynar Flex 2800 WR PVDF觸滑覺傳感器結構及其調(diào)理電路設計
目前，在機器人仿生皮膚的信息采集中，觸滑覺的識別*關鍵，且難度*大。因其柔韌性好，輕盈，頻帶響應寬等特點，從而基于壓電效應的聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜傳感器在觸滑覺識別的研究中日益受到重視。PVDF在受到壓力或拉伸時會在兩表面產(chǎn)生相應電荷，通過電荷的變化情況可分辨輕觸或是滑動。應用PVDF壓電薄膜設計制作一種新型觸滑覺識別傳感器，并設計實現(xiàn)其調(diào)理電路。將微弱的電荷信號轉換為直觀的電壓信號來反映薄膜的電荷量變化情況，進而實現(xiàn)觸滑覺的識別。
Kynar Flex 2800 WR PVDF壓電薄膜材料
PVDF是一種高分子聚合物。PVDF壓電薄膜在薄膜面受到應力作用時，薄膜會在應力的作用下產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而在其兩表面上產(chǎn)生正負等量電荷，并且產(chǎn)生的電荷的多少與薄膜的壓電系數(shù)、計劃方向上的應力大小、薄膜的有效面積3個量有關。故可通過檢測薄膜的電荷量變化來反應應力的變化。PVDF薄膜在受到壓力或縱向力后會在兩極產(chǎn)生相應電荷，從而產(chǎn)生電壓差。
Kynar Flex 2800 WR PVDF電荷放大器
PVDF壓電薄膜的輸出阻抗較高，所以只有在前置電荷放大電路噪聲低、輸入阻抗高時才能實現(xiàn)阻抗匹配。為此選用電壓控制電流型場效應管集成放大器為宜。CA3140典型工作情況下輸入阻抗達1．5 TQ，適宜用作前置放大器的核心器件，在放大器可視為開路且其開環(huán)增益(K)相當大時，其輸出電壓U 一KQ，即正比于傳感器的輸出電荷。因此可由電壓值反映傳感器的電荷變化，從而采集觸滑覺信息。
當由PVDF壓電薄膜傳感器產(chǎn)生的電荷信號經(jīng)電荷放大電路高增益地放大后，原始電荷信號己轉換成有較好抗噪聲能力也方便后續(xù)傳輸、采集及處理的電壓信號。此時，電壓信號強度穩(wěn)定
電壓放大器
為了方便后續(xù)處理中對信號大小的要求，在電荷放大電路后，再連接一個可調(diào)增益的電壓放大電路，以便可根據(jù)具體應用的需要，對所得到的電壓信號的幅值進行調(diào)節(jié)，所以將前置電路的**級設計為電壓放大電路。
電壓放大電路的信號已經(jīng)是具有一定信噪比和抗干擾能力的電壓信號，電壓放大器只起到穩(wěn)定壓電信號及為后續(xù)進一步處理需要預先做好準備的作用。注意其放大輸出電壓不要超過A／D采集上限電壓和電源電壓。
Kynar Flex 2800 WR PVDF薄膜機電特性試驗裝置設計
發(fā)現(xiàn)PVDF壓電薄膜的壓電特性以來，國際上對PVDF 進行了廣泛的研究，并在眾多領域中應用］。PVDF 壓電薄膜是一種新型的高分子壓電材料，具有價格低，耐腐蝕性好，柔軟，靈敏度高，具有熱釋電性能等優(yōu)點，對工作環(huán)境的適應性也較好，可任意分割并連續(xù)嵌入介質(zhì)層中，是目前普遍認為作為研制觸覺傳感器的理想智能材料之一。
目前國內(nèi)外PVDF 的研究較成熟，但要實現(xiàn)可任意分割并連續(xù)嵌入介質(zhì)層中的觸覺傳感器仍有一定差距，尤其在頻率域內(nèi)PVDF 薄膜的復雜的粘彈性、介電和壓電性能的特點仍需進一步作**研究。
Kynar Flex 2800 WR PVDF 膜介紹
PVDF 多為商用，其厚為１０～７６０μｍ，材料的２個表面上涂有薄的一層鎳、銅、鋁或銀，以增強導電性。此次試驗用錦州科信電子材料有限公司生產(chǎn)的１００μｍ 厚PVDF 壓電薄膜材料，根據(jù)試驗需將其裁剪為不同尺寸。不同厚度的PVDF 薄膜技術指標不同，本研究選用具有更高魯棒性的厚１００ μｍ的PVDF 壓電薄膜。購買的材料已極化，且材料表面鍍銀，具有良好的導電性和抗氧化性。
結束語
用以研究PVDF 壓電薄膜的機電響應特性的新型試驗裝置，利用此試驗裝置可對PVDF 膜在準靜態(tài)和動態(tài)響應下的機電特性進行**的研究。該試驗裝置的激勵源頻率范圍寬（１～２０ ｋＨｚ），可執(zhí)行效率高，試驗速度快，可忽略試驗過程中機械松弛對材料的影響。通過更換夾具，可對PVDF壓電薄膜在３ 個方向分別進行試反而明顯增大，這說明補償過程引入了噪聲。利用低通濾波后的數(shù)據(jù)進行建模和補償，陀螺漂移穩(wěn)定性有所提高，陀螺漂移的極差減小，與補償前大致相當。利用小波消噪后的數(shù)據(jù)進行建模和補償，不但陀螺漂移穩(wěn)定性明顯提高，且陀螺漂移的極差減小。這說明經(jīng)小波消噪后陀螺溫度漂移模型的有效性和適應性都得到了改善。在建立光纖陀螺溫度漂移模型的基礎上，分別使用數(shù)字低通濾波和小波變換閾值法對溫度及溫度變化率數(shù)據(jù)進行了消噪處理，通過實驗對各自模型的補償效果進行了驗證。結果表明，數(shù)據(jù)噪聲對模型的補償效果影響很大，與傳統(tǒng)低通濾波方法相比，小波變換閾值消噪法對數(shù)據(jù)噪聲的濾除更為徹底，可明顯提高模型的補償效果。