【編號(hào)】2023-34

【題名】封裝因素對(duì)PVDF壓力計(jì)測量性能的影響

【作者】范志強(qiáng)，常瀚林，何天明等

【機(jī)構(gòu)】中北大學(xué)理學(xué)院；中國科學(xué)院材料力學(xué)行為和設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

【刊名】振動(dòng)與沖擊（2023年03期）

【文摘】采用覆銅聚酰亞胺膜和聚合物導(dǎo)電帶封裝制備了兩種聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)薄膜壓力計(jì)柔性覆銅聚酰亞胺薄膜(flexible copper-clad polyimide film,FCP)和聚合物導(dǎo)電帶(conductive polymer tap,CPT)，基于分離式霍普金森壓桿標(biāo)定試驗(yàn)和細(xì)觀數(shù)值模擬研究了兩種壓力計(jì)的幾何和材料因素對(duì)傳感器測量性能的影響。結(jié)果表明，在20-320MPa壓力內(nèi)，FCP和CPT的擬合靈敏度分別為(33.1±0.3)pC/N和(35.1±0.6)pC/N，50MPa壓力范圍內(nèi)CPT測量穩(wěn)定性優(yōu)于FCP，但較大的封裝厚度和聚合物電極導(dǎo)致應(yīng)力脈沖幅值衰減、脈寬增大。CPT沖擊壓縮時(shí)存在明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，而FCP由于膠層和電極層材料失效，應(yīng)力應(yīng)變曲線存在顯著的非線性分段特征。數(shù)值模擬結(jié)果表明，壓力計(jì)芯層和敏感元件間的厚度和材料性質(zhì)失諧會(huì)對(duì)敏感元件上的應(yīng)力脈沖產(chǎn)生較大影響，其中芯層突出造成的誤差最大。封裝厚度越小、加載強(qiáng)度越高，壓力計(jì)越趨向于三向受壓的一維應(yīng)變狀態(tài)，電荷輸出由三向應(yīng)力狀態(tài)和壓電系數(shù)矩陣共同決定。試驗(yàn)標(biāo)定靈敏度與元件應(yīng)力狀態(tài)、封裝材料力學(xué)性質(zhì)失配、層間幾何缺陷以及材料應(yīng)變率效應(yīng)等因素相關(guān)，壓力計(jì)使用時(shí)需根據(jù)測量環(huán)境和應(yīng)力脈沖特征進(jìn)行封裝和標(biāo)定。