本发明专利技术公开了一种静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置，底座上的后部固定有立座，立座的前侧设有可上下移动的垂直面板，垂直面板一端与步进电机的一端连接，垂直面板上设有固定电机装置，固定电机装置的一端与电机上端连接，电机下端固定有弹簧，弹簧下端与触头连接，触头与弹簧之间设有第一绝缘层，触头的正下方设有力传感器，力传感器上设有第二绝缘层和导电层，力传感器设于夹具的中间，夹具通过水平面板设于底座上。本发明专利技术可以测得柔性压电材料在不同大小、不同频率的压力作用下产生的压电信号，从而来表征压电材料的压电性能，并可对测量结果进行计算得到压电应变常数，电信号测量装置精度高，重复性和可比性好；测量效率高。
【技术实现步骤摘要】
静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置及方法
本专利技术涉及一种静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置及方法，对静电纺PVDF纳米纤维薄膜压电性能进行测试评价，属于柔性压电材料测量
技术介绍
压电材料应用于柔性纺织品中的主要是压电聚合物，如聚偏二氟乙烯(PVDF)及以它为代表的其他有机压电材料。这类材料以其材质柔韧、频响范围宽、动态特性好、成形性好、低阻抗和高压电常数等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，在水声超声测量，压力传感，引燃引爆等方面获得广泛应用。通过静电纺技术制备的柔性PVDF纳米纤维薄膜，不仅可以控制PVDF的压电性和铁电性，还可将形成β晶型的拉伸和极化步骤简化为一步同时进行。制成的柔性PVDF纳米纤维薄膜，质量轻，便于携带，舒适柔软，透气性好，可与纺织品结合，制成可携带的柔性传感器、柔性储能装置等。对于柔性PVDF纳米纤维薄膜的性能表征中，很重要的一点是对于压电薄膜压电应变常数的测试，压电应变常数表示单位应力所产生的电荷密度。对于压电陶瓷材料的压电应变常数测试，现有的测试方法多为静态测试法，不适于研究压电材料的动态响应性能。例如商业有专门的压电材料d33测量仪(无锡裕天科技有限公司)，适用于测压电晶体及压电陶瓷材料，力幅度较小(2.5N)，力频率范围低(0-110Hz)。中国专利(专利公开号：CN2308072)《准静态法纵向压电应变常数测量仪》通过设计电路，并采用比较的测试方法，可以提高测量精度，并可测试压电应变常数d33低的高分子压电薄膜材料和压电石英晶体等，但电路结构设计复杂，并且施力触头设计为半球形等形状，与被测试样为点接触，如果用于测试纳米纤维薄膜的压电应变常数，只能接触到几根纤维，而不能接触到整个纤维网；同样力频率范围低，不适合研究压电材料的动态特性，因此并不适用于静电纺纳米纤维薄膜的压电应变常数测试。中国专利(专利公开号：CN1220399A)《薄膜形压电材料的压电常数的测量方法》，利用压力机构产生一气压并将其施加到薄膜上，一电荷测量装置测量从薄膜产生的电荷，利用测得的电荷和所施加的气压的大小计算薄膜形压电材料的压电常数。但此测试方法不仅力频率范围低，而且不适用于纤维薄膜的压电常数测试，因纤维薄膜具有大量孔隙，气体会透过孔隙，使受力大小的测试不准确。综上所述，现在缺乏专门测试压电纳米纤维薄膜压电性能的测试装置，并且缺乏测试压电材料动态响应的测试装置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供了一种测试操作简单、测量效率高，电信号测量装置精度高、重复性和可比性好的静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置及方法，解决了目前的测试装置无法准确有效的对压电纳米纤维薄膜压电性能进行测试，且缺乏测试压电材料动态响应的测试装置的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供了一种静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置，其特征在于，包括底座，底座上的后部固定有立座，立座的前侧设有可上下移动的垂直面板，垂直面板一端与步进电机的一端连接，垂直面板上设有固定电机装置，固定电机装置的一端与电机上端连接，电机下端固定有弹簧，弹簧下端与触头连接，触头与弹簧之间设有第一绝缘层，触头的正下方设有力传感器，力传感器上设有第二绝缘层和导电层，力传感器设于夹具的中间，夹具通过水平面板设于底座上。优选地，所述的垂直面板上还设有防止触头对力传感器压力过大而导致力传感器损坏的过载保护机构。优选地，所述的水平面板与底座之间设有x轴移动轨道和y轴移动轨道。优选地，所述的触头为纤维薄膜的上层电极，导电层为纤维薄膜的下层电极。一种使用静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置进行测试的方法，其特征在于，将触头和导电层分别与压电信号采集系统的两端连接，垂直面板通过第一供电盒与PC机连接，电机通过第二供电盒与PC机连接，力传感器通过第三供电盒与PC机连接；测试时将纤维薄膜放在导电层上，可通过编程控制电机带动弹簧及触头进行不同频率、不同行程的上下往复运动，以实现对纤维薄膜施加不同频率、不同大小的力，力的大小由力传感器及力数据处理系统获得；压电信号采集系统分别连接纤维薄膜的上下电极，测试力作用下产生的电压信号和电流信号，对于测量结果进行计算得出压电应变常数；根据下式计算在纤维薄膜中产生的应力：根据下式计算纤维薄膜的压电应变常数：其中d33表示纤维薄膜的压电应变常数D表示电荷密度，F表示施加的压力，Q表示单位面积纤维薄膜产生的电荷量，σ表示纤维薄膜中产生的应力。优选地，所述的力数据处理系统包括在PC机上安装的数据采集卡，基于计算机语言开发编写的数据采集与分析界面操作系统。优选地，所述的压电信号采集系统为示波器或者电化学工作站测量系统。优选地，所述的电化学工作站测量系统由电化学工作站、微机、三电极系统组成。本专利技术可以测得柔性压电材料在不同大小、不同频率的压力作用下产生的压电信号，从而来表征压电材料的压电性能，并可对测量结果进行计算得到压电应变常数。并且，该装置配置的多轴力传感数据与运动控制数据间能实时通讯，实现自保护功能；电信号测量装置精度高，重复性和可比性好；测试操作简单，测量效率高。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(I)可测试纤维薄膜状态压电材料的压电应变常数，测试精度高；(II)可同时测得力信号与压电信号，有利于对压电材料压电性能的分析；(III)能够实时监测力信号与压电信号，有利于观察与对比实时变化；(IV)弹簧结构可实现对预加力的控制，测试条件重复性好；(V)在传感器上端安装防过载弹力结构，自动避免传感器承受过载或Z轴运动操作失误等导致传感器损坏事故的发生；(VI)另外，本装置各部件的组装灵活，配合良好，操作简单，测量效率高。附图说明静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置图1是一种静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置的结构示意图；图2是固定力传感器与压电纳米纤维薄膜的夹具装置示意图；图3是一种静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置的测试运动示意图；图4-1-1是施力频率为5Hz时候各个时间段的压力大小的波形图；图4-1-2是施力频率为5Hz时候各个时间段的电压大小的波形图；图4-1-3是施力频率为5Hz时候各个时间段的电流大小的波形图；图4-2-1是施力频率为10Hz时候各个时间段的压力大小的波形图；图4-2-2是施力频率为10Hz时候各个时间段的电压大小的波形图；图4-2-3是施力频率为10Hz时候各个时间段的电流大小的波形图；图4-3-1是施力频率为15Hz时候各个时间段的压力大小的波形图；图4-3-2是施力频率为15Hz时候各个时间段的电压大小的波形图；图4-3-3是施力频率为15Hz时候各个时间段的电流大小的波形图。其中：1为底座，2为立座，3为垂直面板，4为过载保护机构，5为电机，6为固定电机装置，7为弹簧，8为触头，9为第一绝缘层，10为水平面板，11为夹具，12为x轴移动轨道和y轴移动轨道，13为步进电机，14为附属丝杆，15为力传感器，16为导电层，17为第二绝缘层，18为螺丝，19为PC机，20为压电信号采集系统，21为第一供电盒，22为第二供电盒，23为第三供电盒。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置，其特征在于，包括底座(1)，底座(1)上的后部固定有立座(2)，立座(2)的前侧设有可上下移动的垂直面板(3)，垂直面板(3)一端与步进电机(13)的一端连接，垂直面板(3)上设有固定电机装置(6)，固定电机装置(6)的一端与电机(5)上端连接，电机(5)下端固定有弹簧(7)，弹簧(7)下端与触头(8)连接，触头(8)与弹簧(7)之间设有第一绝缘层(9)，触头(8)的正下方设有力传感器(15)，力传感器(15)上设有第二绝缘层(17)和导电层(16)，力传感器(15)设于夹具(11)的中间，夹具(11)通过水平面板(10)设于底座(1)上。
【技术特征摘要】
1.一种静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置，其特征在于，包括底座(1)，底座(1)上的后部固定有立座(2)，立座(2)的前侧设有可上下移动的垂直面板(3)，垂直面板(3)一端与步进电机(13)的一端连接，垂直面板(3)上设有固定电机装置(6)，固定电机装置(6)的一端与电机(5)上端连接，电机(5)下端固定有弹簧(7)，弹簧(7)下端与触头(8)连接，弹簧(7)可实现对薄膜预加力的控制，触头(8)与弹簧(7)之间设有第一绝缘层(9)，触头(8)的正下方设有力传感器(15)，力传感器(15)上设有第二绝缘层(17)和导电层(16)，力传感器(15)设于夹具(11)的中间，夹具(11)通过水平面板(10)设于底座(1)上。2.如权利要求1所述的一种静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置，其特征在于，所述的垂直面板(3)上还设有防止触头(8)对力传感器(15)压力过大而导致力传感器(15)损坏的过载保护机构(4)。3.如权利要求1所述的一种静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置，其特征在于，所述的水平面板(10)与底座(1)之间设有x轴移动轨道和y轴移动轨道(12)。4.如权利要求1所述的一种静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置，其特征在于，所述的触头(8)为纤维薄膜的上层电极，导电层(16)为纤维薄膜的下层电极。5.一种使用如权利要求1所述的静电纺PVDF压电纤维薄膜的压电性能测试装置进行测试的方法，其特征在于，将触头(8)和导电层(16)分别与压电信号采集系统(20)的两端连接，垂直面板(3)...
【专利技术属性】
技术研发人员：郎晨宏，胡吉永，王旋，丁辛，杨旭东，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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