柔性微型阵列式聚偏二氟乙烯压电传感器

祁一洲; 吴彬彬; 陈颖; 叶柳顺; 熊永昌; 张生林; 滕乙超; 赵圣浩; 张正昕; 张春雷; 周涛; 肖建亮; 唐瑞涛; 傅棋琪

doi:10.3969/j.issn.1000-1158.2025.10.02

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计量学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (10) : 1411-1418. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2025.10.02

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柔性微型阵列式聚偏二氟乙烯压电传感器

祁一洲 ¹ ,
吴彬彬 ¹ ,
陈颖 ² ,
叶柳顺 ² ,
熊永昌 ² ,
张生林 ² ,
滕乙超 ² ,
赵圣浩 ² ,
张正昕 ² ,
张春雷 ¹ ,
周涛 ³ ,
肖建亮 ⁴ ,
唐瑞涛 ² ,
傅棋琪 ¹^,⁵

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PVDF Based Flexible Piezoelectric Sensor with Micro Electrodes Array

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摘要

针对可集成在大曲率表面且能够测量多点动态压力的功能需求，研制了一种柔性微型阵列式PVDF（聚偏二氟乙烯）压电传感器。首先，针对PVDF压电薄膜的特性和应用场景设计了传感器结构，确定了传感器的工作原理；然后，建立了具有4个阵列单元的压电传感器的仿真模型，计算了压电传感器的理论测压能力，通过力电耦合仿真验证了传感器具有良好的动态响应能力和独立的阵列测压能力；最后，利用微加工技术制备了具有4个传感单元的柔性微型PVDF压电传感器，搭建了液体环境下的测压实验平台，实现了压电传感器在液体动态压力下的灵敏度标定，所测传感单元灵敏度为19.67 mV/kPa，阵列测压实验表明传感单元的压电响应趋势与被测压力一致，验证了传感器具备阵列采集动态信号的能力。

Abstract

Aiming to realize the function of integrating on surfaces of large curvature and measuring multi-point dynamic pressure， a PVDF （Polyvinylidene Fluoride） based flexible piezoelectric sensor with micro electrodes array was developed. Firstly， the structure of the sensor was designed according to the characteristics of the PVDF piezoelectric film and the application condition of the sensor， meanwhile the working principle of the sensor was built up. Then， the simulation model of the piezoelectric sensor with four arrayed elements was established， while the theoretical pressure measurement result of the piezoelectric sensor was calculated. The good dynamic response capability and independent pressure measurement performance of the arrayed elements on sensor were verified by the mechanical-electrical coupling simulation. Finally， a PVDF based flexible piezoelectric sensor with four sensing units was prepared by microfabrication technology. A customized platform for pressure measurement with liquid environment was built to realize the calibration of sensor sensitivity under dynamic liquid pressure. The sensitivity of one sensor unit was calibrated as 19.67 mV/kPa. The piezoelectric signal trend of the sensor units were consistent with the measured pressure， confirmed by the tests of arrayed pressure measurement， verifying the capability of acquiring arrayed dynamic signal.

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祁一洲, 吴彬彬, 陈颖, 等. 柔性微型阵列式聚偏二氟乙烯压电传感器[J]. 计量学报. 2025, 46(10): 1411-1418 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2025.10.02

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中图分类号： TB935

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