[发明专利]一种IPMC膜片传感特性测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于材料测试技术领域，特别涉及一种离子聚合物金属复合材料（Ironic Polymer-Metal Composite,IPMC）膜片的传感特性的测量装置及方法。

背景技术

离子聚合物金属复合材料（Ionic Polymer-Metal Composite,IPMC）俗称“人工肌肉”，是一种新型电致动聚合物材料，具有质量轻、柔软、驱动电压低、响应速度快等特点。当对IPMC施加一定电压值（通常为1-5V）时，IPMC将偏离轴线方向产生一定弯曲；相反的，当IPMC发生机械弯曲时，将在两侧电极间产生一定的电势差，故IPMC既具有致动特性，也具有传感特性。即：当外力使IPMC材料膜片向偏离轴线方向发生弯曲时，材料内的水合阳离子将根据形变方向发生相应移动，这样便打破了材料内部原有的电荷平衡。由于两侧电极所聚集的电荷量发生变化，将导致电极间产生一个电势差。通过测量IPMC形变情况与电极间电势差变化情况之间的关系，就可以对IPMC材料传感特性进行测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种一种离子聚合物金属复合材料（Ironic Polymer-Metal Composite,IPMC）膜片的传感特性的测量装置及方法。

本发明的技术方案是一种IPMC膜片传感特性测量装置，包括一个驱动装置驱动所述的IPMC膜片，使得IPMC膜片发生形变，该IPMC膜片两端产生的电势差由一个电信号检测电路检测输出，所述IPMC膜片发生的形变由一个位移传感器检测并记录。

所述的驱动装置包括一台可正反转的电机驱动一驱动杆，该驱动杆装设一弹簧使得所述驱动杆可以沿驱动杆轴向运动，

所述驱动杆的一端与所述的IPMC膜片的顶端固接，所述IPMC膜片的底端被一电极夹夹持，该电极夹连接至一信号调理电路，

所述驱动杆在所述电机的驱动下发生横向摆动运动，且该驱动杆与所述的IPMC膜片的顶端固接点的运动轨迹被限制在一个预设的弧线轨道内，

所述的位移传感器是激光位移传感器。

所述的电机是步进电机。

所述的信号调理电路由两级放大电路组成，第一级放大电路由运算放大器AD620和两片OP07运放构成，第二级放大电路为OP07构成的反向放大电路，信号调理电路输出的电压经数据采集卡采集后送入计算机进行处理，该电压信号值对应于IPMC膜片位移的大小。

一种IPMC膜片传感特性测量方法，包括以下步骤：

用一台步进电机驱动一驱动杆，该驱动杆装设一弹簧使得所述驱动杆可以沿驱动杆轴向运动；

所述驱动杆的一端与所述的IPMC膜片的顶端固接，所述IPMC膜片的底端被一电极夹夹持，该电极夹连接至一信号调理电路；

所述驱动杆在所述电机的驱动下发生横向摆动运动，摆幅和频率特征参数可调，且该驱动杆与所述的IPMC膜片的顶端固接点的运动轨迹被限制在一个预设的弧线导轨内；

当所述IPMC膜片在步进电机作用下变形时所述IPMC膜片顶端产生圆弧式位移时，这时对IPMC膜片底端和顶端的电极间电压通过所述信号调理电路进行测量；

采用激光位移传感器测量所述IPMC膜片顶端位移，

对所述IPMC膜片的变形位移、电极间电压进行实时数据采集、显示与保存，保存的数据供后续分析、处理使用。

本发明提出了一种结构简单的对IPMC材料的传感特性进行测试的装置，该装置通过伸缩弹簧驱动机构与半圆弧形导轨的有机结合，可以使IPMC膜片发生预定的机械摆动，从而使IPMC膜片产生形变位移，而在膜片的两电极间产生的与膜片顶端位移相关的输出电压。通过激光位移传感器与信号调理电路测量得到IPMC膜片的顶端位移量与膜片电极间的输出电压，通过数据采集卡与LabVIEW软件实现数据的实时采集、显示与存储。

附图说明

图1是本发明IPMC膜片测量装置原理框图

图2是本发明实施例中的IPMC膜片测量装置驱动机构示意图

图3是本发明实施例中所示的弯曲的IPMC膜片顶端会发生相应的圆弧式位移轨迹图

图4是本发明实施例中的微弱信号放大调理电路原理图

具体实施方式