Kynar Flex 2850-04 PVDF触滑觉传感器结构及其调理电路设计

目前，在机器人仿生皮肤的信息采集中，触滑觉的识别*关键，且难度*大。因其柔韧性好，轻盈，频带响应宽等特点，从而基于压电效应的聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜传感器在触滑觉识别的研究中日益受到重视。PVDF在受到压力或拉伸时会在两表面产生相应电荷，通过电荷的变化情况可分辨轻触或是滑动。应用PVDF压电薄膜设计制作一种新型触滑觉识别传感器，并设计实现其调理电路。将微弱的电荷信号转换为直观的电压信号来反映薄膜的电荷量变化情况，进而实现触滑觉的识别。


Kynar Flex 2850-04 PVDF压电薄膜材料

      PVDF是一种高分子聚合物。PVDF压电薄膜在薄膜面受到应力作用时，薄膜会在应力的作用下产生极化现象，从而在其两表面上产生正负等量电荷，并且产生的电荷的多少与薄膜的压电系数、计划方向上的应力大小、薄膜的有效面积3个量有关。故可通过检测薄膜的电荷量变化来反应应力的变化。PVDF薄膜在受到压力或纵向力后会在两极产生相应电荷，从而产生电压差。


Kynar Flex 2850-04 PVDF电荷放大器

      PVDF压电薄膜的输出阻抗较高，所以只有在前置电荷放大电路噪声低、输入阻抗高时才能实现阻抗匹配。为此选用电压控制电流型场效应管集成放大器为宜。CA3140典型工作情况下输入阻抗达1．5 TQ，适宜用作前置放大器的核心器件，在放大器可视为开路且其开环增益(K)相当大时，其输出电压U 一KQ，即正比于传感器的输出电荷。因此可由电压值反映传感器的电荷变化，从而采集触滑觉信息。

     当由PVDF压电薄膜传感器产生的电荷信号经电荷放大电路高增益地放大后，原始电荷信号己转换成有较好抗噪声能力也方便后续传输、采集及处理的电压信号。此时，电压信号强度稳定


电压放大器

     为了方便后续处理中对信号大小的要求，在电荷放大电路后，再连接一个可调增益的电压放大电路，以便可根据具体应用的需要，对所得到的电压信号的幅值进行调节，所以将前置电路的**级设计为电压放大电路。

电压放大电路的信号已经是具有一定信噪比和抗干扰能力的电压信号，电压放大器只起到稳定压电信号及为后续进一步处理需要预先做好准备的作用。注意其放大输出电压不要超过A／D采集上限电压和电源电压。


Kynar Flex 2850-04 PVDF薄膜机电特性试验装置设计

       发现PVDF压电薄膜的压电特性以来，国际上对PVDF 进行了广泛的研究，并在众多领域中应用］。PVDF 压电薄膜是一种新型的高分子压电材料，具有价格低，耐腐蚀性好，柔软，灵敏度高，具有热释电性能等优点，对工作环境的适应性也较好，可任意分割并连续嵌入介质层中，是目前普遍认为作为研制触觉传感器的理想智能材料之一。

      目前国内外PVDF 的研究较成熟，但要实现可任意分割并连续嵌入介质层中的触觉传感器仍有一定差距，尤其在频率域内PVDF 薄膜的复杂的粘弹性、介电和压电性能的特点仍需进一步作**研究。 


Kynar Flex 2850-04 PVDF 膜介绍

      PVDF 多为商用，其厚为１０～７６０μｍ，材料的２个表面上涂有薄的一层镍、铜、铝或银，以增强导电性。此次试验用锦州科信电子材料有限公司生产的１００μｍ 厚PVDF 压电薄膜材料，根据试验需将其裁剪为不同尺寸。不同厚度的PVDF 薄膜技术指标不同，本研究选用具有更高鲁棒性的厚１００ μｍ的PVDF 压电薄膜。购买的材料已极化，且材料表面镀银，具有良好的导电性和抗氧化性。