基于PVDF的压电传感器动态压力标定

孙 权，于 洋，陈宝成

(中国电子科技集团公司第四十九研究所，哈尔滨 150028)

0 引言

20世纪60年代末期，日本学者Kawai提出一种新型高分子聚合物功能材料，该类型材料在高压极化后具有压电特性[1-5]。聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)是该类型材料中的一种。PVDF在工业中广泛应用，使得压电材料研究和发展产生了巨大飞跃，此后各个国家加大了对高分子聚合物压电类材料的应用研究。国外在压电材料方面研究起步较早，技术相对成熟，无论是理论、试验还是实际开发，均获得较大进展，并将压电材料进行了商品化和标准化[6-10]。我国在压电传感器方面起步较晚，虽然部分高校和研究院所开展过一些相关研究，但与国外差距很大，只有少数单位和厂家可以提供质量较好的PVDF压电薄膜。

工业中常用的PVDF薄膜一般厚度在几微米至几百微米，薄膜通过极化后均会呈现不同程度的压电特性。用该种薄膜制成的压电传感器具备高灵敏度和动态响应快(纳秒量级)等特点，经测试，PVDF压电传感器在0～20 GPa，输出信号良好，易识别和处理。PVDF压电薄膜与传统压电材料相比具有高频响、动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强度高、声阻抗易匹配等特点，在力学、工业自动化、军事、测量、光学、医疗、交通运输、海洋与地质勘探等技术领域应用十分广泛[11-15]。

Hopkinson压杆装置基于一维应力波，为材料动态力学性能研究的重要手段之一，是PVDF传感器动态压力(<300 MPa)标定的理想装置[10-11]，用分离式Hopkinson压杆装置对PVDF传感器进行较系统的动态标定试验研究。

1 传感器工作原理及试验方法

1.1 传感器工作原理

PVDF薄膜是一种经过特殊加工后能将动能转化成电能的新型压电聚合体材料，利用该种材料制成压电膜，当外荷载施加到薄膜上时会产生电压，当卸去外荷载时会产生极性相反的信号。……