Kynar 8601 PVDF00-20 PVDF谷物传感器减振结构的动力学分析
随着联合收割机向大型化和高效智能化方向的发展，除了要求具有稳定可靠的工作性能、方便灵活的操纵以外，还要求联合收割机能够实时监测工作状态和优化工作参数D-a]。联合收获机在田间作业不可避免地会产生谷物损失，主要形式为清选损失和夹带损失。谷物损失率是衡量联合收割机作业性能的重要技术指标，也是联合收割机工作参数调控的重要依据，而实现谷物损失检测的核心问题是研制传感器。国外，谷物检测传感器的研究主要是采用压电陶瓷检测谷物的冲击信号进行损失量测量。国内也开展该研究并取得了一些成果。由于农业谷物的质量较小，其冲击信号比较微弱，联合收割机在收获过程中由于机组振动和地面的颠簸会对压电材料的输出信号产生影响，导致测量误差增大。
PVDF作为一种新型的高分子压电材料，与压电陶瓷相比具有压电常数高、柔韧性好、频响宽、稳定性好、易于加工和安装、对系统本身的结构影响小的优点，在微弱冲击和加速度测量领域得到广泛应用。
Kynar 8601 PVDF00-20 PVDF传感器结构
选用的PVDF压电薄膜厚度为50肛m，极化方向为方向3，压电系数d。。=21 pC／N，几何尺寸为20 mmXl00 mm，采用冷压端子将电极引出，为了防止表面划伤，在上、下表面均粘贴厚度为0．1 mm的PET塑封薄膜，将塑封好的PVDF压电薄膜粘贴于支撑板上构成一个检测单元，将多个检测单元平行排列在传感器底板上，在每个检测单元与底板、底板与基座之间加装独立减振片，构成双层隔振结构形式。
由压电效应可知，当PVDF压电薄膜受到谷物冲击或振动惯性力作用下会产生电荷，且电荷量的大小与冲击强度和加速度大小有关。由于电荷不能被直接测量，可以通过电荷放大器将其转换为电压信号。物体的碰撞时间主要取决于质量、刚度和碰撞速度，与颖壳和茎秆相比，饱满谷物的刚度较大，产生的冲击时间较短，实验测量获得饱满谷物与压电薄膜的冲击时间通常在0．05～o．2 ms，因此可以通过带通滤波器进行鉴别。冲击所产生的都是衰减振荡信号，为了消除谐振波的干扰，增加了检波二极管和包络检波器，通过电压比较器进行整波，从而实现谷物冲击一次，信号调制电路输出一个矩形脉冲电压，调制电路原理。
Kynar 8601 PVDF00-20 PVDF减振结构的动力学分析
目前，联合收割机清选损失的检测方法主要是在清选筛尾端支架上安装传感器，联合收割机在工作参数下运转时，传感器随清选筛同频率振动，损失的谷物和清选杂余从清选筛尾部排出，部分谷物冲击到PVDF薄膜表面产生矩形脉冲电压，根据传感器检测到的谷物量与总损失量的比例关系，计算联合收割机谷物清选损失大小。
结论
1)采用PVDF压电薄膜作为敏感材料研制双层隔振结构的谷物损失检测传感器，设计由电荷放大、带通滤波、包络检波和电压比较器等构成的信号调制电路，可以实现谷物冲击信号的测量。
2)通过减振结构的动力学分析，数值模拟了传感器在冲击作用下的响应，结果表明，选用低刚度柔性减振片、适当增加传感器底座和支撑板质量、降低隔振结构的共振频率，可以抑制联合收割机高频振动干扰。
3)将传感器安装在清选筛尾部振动板上进行实验，结果表明，采用低密度海绵减振片，传感器能够从振动噪声背景中识别谷粒冲击信号，实现谷物一次冲击，传感器输出一个矩形脉冲电压，实现联合收割机在工作过程中谷物损失量的实时测量。
Kynar 8601 PVDF00-20 PVDF 基复合材料的制备及热学性质研究
PVDF是一种具有优异性能的高分子材料，由于具有良好的化学稳定性、热稳定性和机械强度，在电子、纺织、生物化学等多个领域具有广泛的应用。随着信息和微电子工业的飞速发展，对电子元件要求微型化、智能化、高频化，譬如太阳能电池向新型、低成本、高效、长寿命方向发展。但是，近年来对PVDF 热学行为的研究不是很成熟，为了避免在加工和使用过程中出现的性能不稳定及分解等现象，因此对PVDF 热学性能的研究及影响因素的分析受到国内外研究机构的广泛关注。
然而，单一成分的材料已不能满足上述的应用要求，这时就需要将几种性能互补的材料进行复合，以达到实际应用所需的性能，这也是开发和研究新材料的有效手段。纳米材料由于具有晶粒尺寸小，比表面积大，表面活性高等特性，将其加入到聚合物中，将会使聚合物纳米结构材料超越传统的聚合物材料而具有多功能、高性能聚合物的特性。
在Kynar 8601 PVDF00-20 PVDF复合材料的表面层由许多轮廓清晰的多边形晶粒相交组成的，由此可知晶体呈微小的球状，且分布均匀。可见超声波处理后的MWNTs 和ZrO2 均匀地分布在PVDF 基体中，这是由于超声换能器振动时产生的超声波作用于液体中，液体中每个气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压。这样超声的空化作用会使聚合物和填料产生自由基，或是造成物理缺陷，这些自由基和物理缺陷处于高能状态，易于产生相互作用使体系能量降低。在这种相互作用下，使得被PVDF 包裹着的填料能够稳定地悬浮在溶液中，阻止了纳米填料粒子的团聚。因此MWNTs 或ZrO2 在基体中得到很好的分散，同时处于活性状态下的纳米填料也起到了诱导结晶的作用。这样晶核数目增多，生长过程中就会互相制约，使得晶粒较小。
随着纳米ZrO2 含量的增加，复合材料的熔融热焓成递减趋势，质量分数2％ ZrO2 / PVDF比纯PVDF 的吸热焓和结晶焓的**值高，8％纳米ZrO2 和10％ 纳米ZrO2 的焓值与纯PVDF 的相比虽然有所增加，但是幅度不是很大。这是因为纳米ZrO2 是无机填料，比表面积较大，相互之间的作用力较大，随着含量的增大纳米ZrO2 不易于分散。当纳米ZrO2 分散到PVDF 中，也会起到异相诱导结晶成核的作用，提高了结晶度，增加了吸收峰，但是当填料的含量达到一定量后，纳米ZrO2 开始团聚，成核作用下降。
结 论
通过溶液法制备了以PVDF 为基体，加入不同含量的MWNTs 和纳米ZrO2 的复合材料。通过SEM图对复合材料形貌进行表征，结果表明经超声波处理的MWNTs 和ZrO2 纳米颗粒在PVDF 基体中起到诱导结晶的作用。复合材料的热学性能研究结果表明不同填料对PVDF 基复合材料的热学性能都有影响。当填料含量较少时，填料的颗粒起到诱导结晶的作用；当含量达到一定值时，纳米填料可能会团聚，使其形核率的作用有所下降。将MWNTs 和纳米ZrO2 都加入到PVDF 中，两种形核作用相互叠加，进而提高了聚合物的形核率。添加两种纳米填料复合材料的结晶度比添加单一纳米填料复合材料的结晶度大，进而影响了其热学性能。