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[2018年IEEE第13届纳米/微工程与分子系统国际年会(NEMS) - 新加坡，新加坡（2018.4.22-2018.4.26）] 2018年IEEE第13届纳米/微工程与分子系统国际年会(NEMS) - 自供电高灵敏度人体皮肤活动传感器
摘要： 介绍了一种基于无铅(K,Na)NbO3(KNN)薄膜的自供电压电传感器，用于人体健康监测。该传感器制备在柔性基底上，具有高灵敏度和稳定性，可检测脉搏、呼吸和身体运动等多种生理信号。结果表明其在可穿戴健康监测应用中具有潜力。
关键词： 压电传感器、KNN薄膜、健康监测、无铅、柔性基底、可穿戴
更新于2025-09-23 15:22:29
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航空航天结构健康监测应用中的PZT/PZT与PZT/BiT复合压电传感器：光化学金属有机+浸渗沉积及表征
摘要： 将细磨的锆钛酸铅（Pb(Zr0.52Ti0.48)O3）粉末悬浮于PZT和钛酸铋（BiT）溶液中，沉积于IN718和IN738镍基高温合金基体的曲面，形成厚度达100微米的涂层。采用光化学金属有机与渗透技术制备出无掺杂剂、无增稠聚合物的平滑半致密无裂纹随机取向厚压电薄膜作为压电传感器。每层沉积薄膜均在200°C下加热（含10wt%过量PbO），经365nm波长6瓦紫外灯照射10分钟，400°C热解后，再于700°C退火一小时。该过程循环进行直至达到目标厚度。分别采用蒸发法和溅射法沉积金/铂薄膜作为底电极与顶电极。随后对PZT/PZT与PZT/BiT复合薄膜进行表征，并与同类基体上沉积的PZT及BiT厚膜对比，同时研究成分与沉积工艺对压电薄膜晶相发育、微观形貌以及介电、铁电和压电性能的影响。测得PZT/PZT与PZT/BiT厚膜的剩余极化强度最大值分别为Pr=22.37±0.01μC/cm2和30.01±0.01μC/cm2，介电常数εr=298±3和566±5，压电电荷系数d33=126m/V和148m/V，对应最小矫顽场Ec=50kV/cm和20kV/cm。所开发的厚膜压电传感器可潜在应用于1-5MHz频带范围的旋转结构健康监测，并作为收发器用于其他工业或医疗领域。
关键词： 压电传感器、结构健康监测、PZT/BiT复合材料、表征、溶胶-凝胶PMOD沉积法、渗透工艺、航空航天结构、PZT/PZT厚膜
更新于2025-09-23 15:22:29
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一种基于压电传感器的温度鲁棒性损伤检测导波射线层析新方法
摘要： 本文提出了一种新型导波射线层析成像方法，通过飞行时间（TOF）温度补偿实现温度鲁棒的损伤检测。基于导波飞行时间与温度的线性关系分析表明：无需估算温度补偿参数，仅通过测量被检材料温度即可对基线信号飞行时间进行补偿。该方法通过优化导波基线飞行时间与补偿后飞行时间的TOF失配函数进行反演，并采用弹性网络惩罚算法实现结构健康监测（SHM）应用中的厚度变化映射。压电传感器在各项同性板材上开展的实验验证了所提方法的有效性。结果表明，本方法不仅能消除25℃至70℃温度变化产生的伪影，相比传统射线层析方法还能提供更精确清晰的损伤成像。
关键词： 飞行时间法、射线断层扫描、压电传感器、导波、结构健康监测、温度补偿
更新于2025-09-23 15:21:21
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采用并联压电传感器进行被动振动控制的柔性航天器快速姿态机动
摘要： 本文研究如何设计一种bang-bang控制输入，以实现连接柔性附件的刚性航天器中心体的快速旋转机动。该控制设计仅基于刚体模态，因而设计极为简单，同时能实现最快的机动速度。通过粘贴在附件上并与含电阻、电感等无源电子元件的电路相连的压电传感器，将振动能量转化为电能并耗散，从而抑制由此产生的振动。所提出的控制设计方法应用于包含刚性中心体和柔性附件的航天器，其姿态控制力矩可由中心体内的反作用轮或外部安装的喷气推进器产生。 控制设计过程始于利用哈密顿原理推导考虑机电耦合及阻性/阻抗电路影响的航天器非线性偏微分运动方程。为简化分析，随后采用假设模态法获得非线性常微分运动方程。通过数值仿真测试该控制设计方法在要求快速姿态机动同时抑制诱导振动的航天器中的有效性。仿真结果表明：该方法实现了快速精确的机动，且由于柔性/刚性运动耦合减弱以及无源并联电路提供的阻尼作用，振动水平极低。此外，阻抗并联电路在振动抑制方面表现出比纯电阻并联电路更优的效果。
关键词： 振动控制、压电传感器、姿态机动、Bang-Bang控制、柔性航天器、并联电路
更新于2025-09-23 12:40:40
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[美国机械工程师学会2018年智能材料、自适应结构与智能系统会议 - 美国德克萨斯州圣安东尼奥（2018年9月10日星期一）] 第二卷：活性材料的力学与行为；结构健康监测；仿生智能材料与系统；能量收集；新兴技术 - 嵌入压电传感器的膝关节置换替代轴承参数测试
摘要： 在美国，全膝关节置换术（TKR）是许多人接受的手术，但患者常因膝关节对位不良和松动而在术后感到不满。据估计，20%的膝关节置换患者在术后最初几年内报告不适或功能异常。目前的手术技术主要依赖经验和触觉反馈来正确对齐膝关节假体。若手术团队能获取植入物整个生命周期内的膝关节腔室受力数据，就能实施更精确的平衡操作。目前获取这些体内数据的唯一方法是让患者接受术后检查，但不幸的是患者缺乏接受该流程的动力。本研究测试了嵌入压电传感器的膝关节轴承在特定输入下估算载荷大小和位置的能力。原型件采用超高分子量聚乙烯通过计算机数控加工制成。为模拟正常与异常膝关节位置的受力情况，本研究设计并制作了专用夹具，用于单轴加载框架。当前问题需要更真实的膝关节测试环境，以模拟平衡与非平衡膝关节的受力类型。因此该夹具允许不同角度的内外旋转。此外，通过X-Y平移台，该装置可实现股骨髁与轴承原型之间的平面内位移。本研究将压电传感器测得的力位置数值与压敏胶片测量结果进行对比。压电膝关节轴承的测试为体内试验奠定了基础。后续研究将包括设计和优化体内膝关节假体替代方案，利用压电材料的能量收集能力，在无需外部电源的系统中实现受力位置与大小的实时数据采集。
关键词： 全膝关节置换术，超高分子量聚乙烯，数控加工，压敏胶片，压电传感器，内旋外旋
更新于2025-09-10 09:29:36
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集成压电层的智能功能梯度结构的压电弹性响应——基于离散双导向壳单元分析
摘要： 本文旨在基于离散双导向壳单元的三维壳模型，预测含嵌入式压电层的复合壳结构的机电行为。该方法适用于含集成压电层的各向同性及功能梯度壳的分析。通过引入三阶剪切变形理论消除剪切修正因子，提高横向剪应力的计算精度。为验证本方法的准确性，将计算结果与文献参考解进行对比，发现两者高度吻合。研究还通过参数分析揭示了材料组成和曲率半径对厚度方向挠度与轴向应力的影响。
关键词： 活性功能梯度壳、有限元分析、双导向壳、压电传感器/执行器、智能结构
更新于2025-09-10 09:29:36
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[2018年IEEE ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM联合会议（IFAAP） - 广岛（2018.5.27-2018.6.1）] 2018年IEEE ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM联合会议（IFAAP） - 二阶振动模式下的压电谐振力传感器
摘要： 研究了一种共振式力传感器，该传感器由涂覆压电薄膜的金属桥构成用于力检测。其工作原理是在桥梁中心具有一个节点的二阶弯曲振动模式下运行。通过解析模型研究了共振频率和压电耦合特性，并与期望力范围内的有限元分析（FEA）结果进行对比。解析模型推导的共振频率-力关系在所研究力范围内与FEA结果高度吻合。解析模型得出的耦合因子-力关系在小力区域与FEA结果一致，但在大力区域显示的耦合强度低于FEA结果。
关键词： 谐振传感器、机电耦合、压电传感器、力传感器、谐振频率、第二模态
更新于2025-09-04 15:30:14
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[美国机械工程师学会2018年电子与光子微系统封装与集成国际技术会议及展览 - 美国加利福尼亚州旧金山（2018年8月27日星期一）] 美国机械工程师学会2018年电子与光子微系统封装与集成国际技术会议及展览 - 印刷电路板集成振动传感器用于电子系统状态监测的可行性
摘要： 在自动驾驶汽车等安全关键应用系统中，电子设备复杂度的不断提升要求采用新方法来确保电子组件的硬件可靠性。结合数据驱动与失效物理模型的预测与健康管理（PHM）技术，是避免现场意外故障的有效途径。但基于部分失效物理模型的PHM实施，需要测量电子器件任务寿命期间所受环境载荷的传感器数据。本研究探究了在印刷电路板（PCB）内层制造并使用集成传感器作为冲击与振动任务载荷指示器的可行性。我们设计了一块四层PCB，在层压工艺前将基于聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物（PVDF-TrFE）的压电传感器印刷在其中一层覆铜板上。标准生产回流焊工艺完成PCB制造及BGA/QFN封装元件组装后，测试表明焊接工艺未影响传感器材料功能——回流焊后传感器约30%保持有效，该良率还与传感器位置及可能存在的形状相关。优化传感器设计与布局有望将良率提升至50%以上。传感器对冲击测试的响应符合预期，但测试PCB出现分层现象需进一步研究。该分层似乎并非仅由嵌入式传感器导致，而是多重因素共同作用的结果。本研究表明在PCB层间嵌入压电传感器具有可行性。
关键词： 聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、压电传感器、故障预测与健康管理（PHM）、状态监测、电子系统、印刷电路板集成振动传感器
更新于2025-09-04 15:30:14