Kynar 761 PVDF00-20 PVDF谷物傳感器減振結(jié)構(gòu)的動力學分析
隨著聯(lián)合收割機向大型化和高效智能化方向的發(fā)展，除了要求具有穩(wěn)定可靠的工作性能、方便靈活的操縱以外，還要求聯(lián)合收割機能夠?qū)崟r監(jiān)測工作狀態(tài)和優(yōu)化工作參數(shù)D-a]。聯(lián)合收獲機在田間作業(yè)不可避免地會產(chǎn)生谷物損失，主要形式為清選損失和夾帶損失。谷物損失率是衡量聯(lián)合收割機作業(yè)性能的重要技術(shù)指標，也是聯(lián)合收割機工作參數(shù)調(diào)控的重要依據(jù)，而實現(xiàn)谷物損失檢測的核心問題是研制傳感器。國外，谷物檢測傳感器的研究主要是采用壓電陶瓷檢測谷物的沖擊信號進行損失量測量。國內(nèi)也開展該研究并取得了一些成果。由于農(nóng)業(yè)谷物的質(zhì)量較小，其沖擊信號比較微弱，聯(lián)合收割機在收獲過程中由于機組振動和地面的顛簸會對壓電材料的輸出信號產(chǎn)生影響，導致測量誤差增大。
PVDF作為一種新型的高分子壓電材料，與壓電陶瓷相比具有壓電常數(shù)高、柔韌性好、頻響寬、穩(wěn)定性好、易于加工和安裝、對系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)影響小的優(yōu)點，在微弱沖擊和加速度測量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
Kynar 761 PVDF00-20 PVDF傳感器結(jié)構(gòu)
選用的PVDF壓電薄膜厚度為50肛m，極化方向為方向3，壓電系數(shù)d。。=21 pC／N，幾何尺寸為20 mmXl00 mm，采用冷壓端子將電極引出，為了防止表面劃傷，在上、下表面均粘貼厚度為0．1 mm的PET塑封薄膜，將塑封好的PVDF壓電薄膜粘貼于支撐板上構(gòu)成一個檢測單元，將多個檢測單元平行排列在傳感器底板上，在每個檢測單元與底板、底板與基座之間加裝獨立減振片，構(gòu)成雙層隔振結(jié)構(gòu)形式。
由壓電效應(yīng)可知，當PVDF壓電薄膜受到谷物沖擊或振動慣性力作用下會產(chǎn)生電荷，且電荷量的大小與沖擊強度和加速度大小有關(guān)。由于電荷不能被直接測量，可以通過電荷放大器將其轉(zhuǎn)換為電壓信號。物體的碰撞時間主要取決于質(zhì)量、剛度和碰撞速度，與穎殼和莖稈相比，飽滿谷物的剛度較大，產(chǎn)生的沖擊時間較短，實驗測量獲得飽滿谷物與壓電薄膜的沖擊時間通常在0．05～o．2 ms，因此可以通過帶通濾波器進行鑒別。沖擊所產(chǎn)生的都是衰減振蕩信號，為了消除諧振波的干擾，增加了檢波二極管和包絡(luò)檢波器，通過電壓比較器進行整波，從而實現(xiàn)谷物沖擊一次，信號調(diào)制電路輸出一個矩形脈沖電壓，調(diào)制電路原理。
Kynar 761 PVDF00-20 PVDF減振結(jié)構(gòu)的動力學分析
目前，聯(lián)合收割機清選損失的檢測方法主要是在清選篩尾端支架上安裝傳感器，聯(lián)合收割機在工作參數(shù)下運轉(zhuǎn)時，傳感器隨清選篩同頻率振動，損失的谷物和清選雜余從清選篩尾部排出，部分谷物沖擊到PVDF薄膜表面產(chǎn)生矩形脈沖電壓，根據(jù)傳感器檢測到的谷物量與總損失量的比例關(guān)系，計算聯(lián)合收割機谷物清選損失大小。
結(jié)論
1)采用PVDF壓電薄膜作為敏感材料研制雙層隔振結(jié)構(gòu)的谷物損失檢測傳感器，設(shè)計由電荷放大、帶通濾波、包絡(luò)檢波和電壓比較器等構(gòu)成的信號調(diào)制電路，可以實現(xiàn)谷物沖擊信號的測量。
2)通過減振結(jié)構(gòu)的動力學分析，數(shù)值模擬了傳感器在沖擊作用下的響應(yīng)，結(jié)果表明，選用低剛度柔性減振片、適當增加傳感器底座和支撐板質(zhì)量、降低隔振結(jié)構(gòu)的共振頻率，可以抑制聯(lián)合收割機高頻振動干擾。
3)將傳感器安裝在清選篩尾部振動板上進行實驗，結(jié)果表明，采用低密度海綿減振片，傳感器能夠從振動噪聲背景中識別谷粒沖擊信號，實現(xiàn)谷物一次沖擊，傳感器輸出一個矩形脈沖電壓，實現(xiàn)聯(lián)合收割機在工作過程中谷物損失量的實時測量。
Kynar 761 PVDF00-20 PVDF 基復合材料的制備及熱學性質(zhì)研究
PVDF是一種具有優(yōu)異性能的高分子材料，由于具有良好的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機械強度，在電子、紡織、生物化學等多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。隨著信息和微電子工業(yè)的飛速發(fā)展，對電子元件要求微型化、智能化、高頻化，譬如太陽能電池向新型、低成本、高效、長壽命方向發(fā)展。但是，近年來對PVDF 熱學行為的研究不是很成熟，為了避免在加工和使用過程中出現(xiàn)的性能不穩(wěn)定及分解等現(xiàn)象，因此對PVDF 熱學性能的研究及影響因素的分析受到國內(nèi)外研究機構(gòu)的廣泛關(guān)注。
然而，單一成分的材料已不能滿足上述的應(yīng)用要求，這時就需要將幾種性能互補的材料進行復合，以達到實際應(yīng)用所需的性能，這也是開發(fā)和研究新材料的有效手段。納米材料由于具有晶粒尺寸小，比表面積大，表面活性高等特性，將其加入到聚合物中，將會使聚合物納米結(jié)構(gòu)材料超越傳統(tǒng)的聚合物材料而具有多功能、高性能聚合物的特性。
在Kynar 761 PVDF00-20 PVDF復合材料的表面層由許多輪廓清晰的多邊形晶粒相交組成的，由此可知晶體呈微小的球狀，且分布均勻。可見超聲波處理后的MWNTs 和ZrO2 均勻地分布在PVDF 基體中，這是由于超聲換能器振動時產(chǎn)生的超聲波作用于液體中，液體中每個氣泡的破裂會產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達上千個大氣壓。這樣超聲的空化作用會使聚合物和填料產(chǎn)生自由基，或是造成物理缺陷，這些自由基和物理缺陷處于高能狀態(tài)，易于產(chǎn)生相互作用使體系能量降低。在這種相互作用下，使得被PVDF 包裹著的填料能夠穩(wěn)定地懸浮在溶液中，阻止了納米填料粒子的團聚。因此MWNTs 或ZrO2 在基體中得到很好的分散，同時處于活性狀態(tài)下的納米填料也起到了誘導結(jié)晶的作用。這樣晶核數(shù)目增多，生長過程中就會互相制約，使得晶粒較小。
隨著納米ZrO2 含量的增加，復合材料的熔融熱焓成遞減趨勢，質(zhì)量分數(shù)2％ ZrO2 / PVDF比純PVDF 的吸熱焓和結(jié)晶焓的**值高，8％納米ZrO2 和10％ 納米ZrO2 的焓值與純PVDF 的相比雖然有所增加，但是幅度不是很大。這是因為納米ZrO2 是無機填料，比表面積較大，相互之間的作用力較大，隨著含量的增大納米ZrO2 不易于分散。當納米ZrO2 分散到PVDF 中，也會起到異相誘導結(jié)晶成核的作用，提高了結(jié)晶度，增加了吸收峰，但是當填料的含量達到一定量后，納米ZrO2 開始團聚，成核作用下降。
結(jié) 論
通過溶液法制備了以PVDF 為基體，加入不同含量的MWNTs 和納米ZrO2 的復合材料。通過SEM圖對復合材料形貌進行表征，結(jié)果表明經(jīng)超聲波處理的MWNTs 和ZrO2 納米顆粒在PVDF 基體中起到誘導結(jié)晶的作用。復合材料的熱學性能研究結(jié)果表明不同填料對PVDF 基復合材料的熱學性能都有影響。當填料含量較少時，填料的顆粒起到誘導結(jié)晶的作用；當含量達到一定值時，納米填料可能會團聚，使其形核率的作用有所下降。將MWNTs 和納米ZrO2 都加入到PVDF 中，兩種形核作用相互疊加，進而提高了聚合物的形核率。添加兩種納米填料復合材料的結(jié)晶度比添加單一納米填料復合材料的結(jié)晶度大，進而影響了其熱學性能。