Design of volume displacement sensor

Abstract

This paper presents a new methodology for designing volume displacement sensors using shaped PVDF film on the basis of integration by parts. The design method proposed here does not require knowledge of the structural mode shapes. Through the design of the shape of the PVDF film, the charge output of PVDF sensor is proportional to the volume displacement of the beam. As shown the PVDF sensor shape is independent of the excitation (the type, position and frequency, etc.). Furthermore, the PVDF sensor proposed, is not sensitive to changes in the boundary conditions.

Artykuł przedstawia nową metodę projektowania czujnika przesunięcia objętościowego przy użyciu materiału piezoelektrycznego PVDF. Metoda ta bazuje na całkowaniu przez części równania opisującego przesunięcie objętościowe drgającej struktury, mierzonego rozmieszczonym na strukturze materiałem PVDF. Dodatkowo prezentowana metoda nie wymaga znajomości drgań własnych struktury i pozwala znaleźć dokładny kształt czujnika oraz jego rozmieszczenie na strukturze drgającej, w prezentowanym przypadku na belce. Jak pokazano, czujnik dokładnie mierzy przesunięcie objętościowe belki w szerokim zakresie częstotliwości, niezależnie od warunków brzegowych belki i rodzaju przyłożonego wymuszenia.