《多電極含金屬芯壓電纖維仿生氣流感測特性研究》是依託揚州大學，由邊義祥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多電極含金屬芯壓電纖維仿生氣流感測特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：邊義祥
- 依託單位：揚州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
蟋蟀等昆蟲能夠用尾部纖維狀的毛髮感受器，感知周圍環境的氣流變化，判斷來犯天敵的追捕方向，躲避天敵的追捕。感受器中的纖毛和神經元相連，呈懸臂樑結構，纖毛彎曲時引起神經元產生刺激信號，大腦通過刺激信號判斷周圍氣流的變化。.本課題模仿昆蟲的毛髮感受器結構，在含金屬芯壓電纖維的表面噴鍍多個電極，製備多電極含金屬芯壓電纖維（MMPF），將懸臂樑結構的MMPF用作仿生氣流感測器，測量周圍的氣流變化。首先，建立MMPF靜態和動態的力、電耦合模型；在此基礎上，建立MMPF參數測試模型，通過測量相關參數，表征MMPF的壓電、介電和機械性能；建立懸臂樑結構MMPF氣流感測模型，根據各表面電極產生的電荷，測量周圍氣流的變化；把多根MMPF排成陣列，建立感測模型，測量周圍氣流流場的變化；搭建實驗系統，測試MMPF的氣流感測性能，並驗證感測模型。本課題的研究將為MMPF仿生氣流感測器的研究和套用打下理論與技術基礎。
結題摘要
基於仿生學的原理，模仿昆蟲毛髮感受器的結構，設計製備了兩類含金屬芯壓電纖維感測器，並表征了纖維的形貌。分別建立了氣流和振動感測模型，並對其進行了實驗驗證，實驗結果與理論分析結果基本吻合。具體內容如下： （1）利用壓電陶瓷粉，採用模具成型方法，設計製備了懸臂樑結構的含金屬芯壓電陶瓷纖維感測器。其外表面完整、無裂紋，晶粒發育良好，顆粒細小，組織分布均勻，氣孔少，緻密度好。 （2）利用聚偏氟二乙烯顆粒 (PVDF)，採用熔融擠壓法，設計製備了懸臂樑結構的含金屬芯PVDF壓電纖維感測器。其金屬芯的居中性較好、金屬芯和PVDF的粘合較好、表面較光滑、內壁平整。實驗發現表面越粗糙的金屬芯，越容易拉制出這種纖維。拉制使PVDF中的α相轉化為β相，提高了壓電纖維壓電感測能力。 （3）根據塗鍍表面電極片數的不同，設計製備了表面部分電極含金屬芯壓纖維(PMPF)感測器、表面對稱電極含金屬芯纖維(SMPF)感測器、表面多電極含金屬芯纖維（MMPF）感測器。金屬芯用做負極，表面電極做正極，設計了極化電路。為實現這種纖維感測器的感測性能，設計了感測電路。 （4）建立了PMPF、SMPF和MMPF這3種懸臂樑結構感測器的氣流感測模型，並通過實驗進行了驗證。得出了這3種纖維感測器可以判斷氣流的大小和方向（ “8”字圖和交叉“8”字圖）；氣流的大小與這3種纖維感測器輸出電荷之間的關係；各自的共振頻率。 （5）建立了PMPF、SMPF和MMPF這3種懸臂樑結構感測器的振動感測模型，並通過實驗進行了驗證。得出這3感測器可以感知基體結構的振動頻率；基體結構的不同的振動信號（像正弦、餘弦）；基體結構的振動的方向；基體結構振動幅值的變化與他們輸出電荷之間的關係。 （6）建立了表面4電極含金屬芯壓電陶瓷纖維的空間陣列的氣流感測模型，並套用於感知空間3維的衝擊氣流，通過實驗驗證了感測模型。得出了這種纖維組合對3維衝擊氣流的速度和方向的具有較好的感測能力。得出纖維在氣流速度不變時，纖維輸出信號落在一個球面上的結論。
