PVDF film sensor was applied to measure the stress concentration for monitoring the structural integrity. The strain calibration of this film sensor was performed by the bending test of aluminum beam. The PVDF sensor and the electrical strain gage were bonded on the beam. When the beam was loaded, the output of electrical strain gage was compared with the output of the PVDF sensor. The waveform of PVDF sensor output was shown as the same form of the output of electrical strain gage. The gain was determined as 1.7 by comparing these two signals to determine the exact value of the strain. In order to experiment the stress concentration, the stress field was analyzed by finite element analysis. The tensile test of notched steel specimens was conducted to develop the measurement technique of stress concentration. The output voltage ratio between the PVDF sensor near the notch and the PVDF sensor far from the notch could give the information about the load bearing capacity of steel specimen.
This research is the development of a skin-type tactile sensor for service robot using PVDF film for the detection of the contact state. The Prototype of the tactile sensor which has 8$\times$8 taxels was fabricated using PVDF film In the fabrication procedure of the sensor, the electrode patterns and common electrode of the thin conductive tape were attached to the both side of the 28 micro meter thickness PVDF film using conductive adhesive. The sensor was covered with polyester film for insulation and attached to the rubber base for making stable structure. The signals of a contact pressure to the tactile sensor were sensed and processed in the DSP system in which the signals were digitized and filtered. Finally, the signals were integrated for taking the force profile. The processed signals of the output of the sensor were visualized in PC, the shape and force distribution of the contact object were obtained. The reasonable performance for the detection of contact state was verified through the experiment.
This paper describes a novel tip position sensor made of a triangularly shaped piezoelectric PVDF (polyvinylidene fluoride) film for a cantilever beam. Due to the boundary condition of the cantilever beam and the spatial sensitivity function of the sensor, the charge output of the sensor is proportional to the tip position of the beam. Experimental results with the PVDF sensor were compared with those using two commercially available position sensors: an inductive sensor and an accelerometer. The resonance frequencies of the test beam, measured using the PVDF sensor, matched well with those measured with the two commercial sensors and the PVDF sensor also showed good coherence over wide frequency range, whereas the inductive sensor became poor above a certain frequency.
The piezoelectric thin film sensor can be used to interpret variations in structural and material properties, e.g. for structural integrity monitoring and assessment. To illustrate one of this potential benefit, PVDF film sensors are used for monitoring impact damage initiation in Gr/Ep composite panel. Both PVDF film sensors and strain gages are surface mounted to the Gr/Ep specimens. A series of impact test at various impact energy by changing impact mass and height is performed on the instrumented drop weight impact tester. The sensor responses are carefully examined to predict the onset of impact damage such as matrix cracking, delamination, and fiber breakage, etc. Test results show that the particular waveforms of sensor signals implying the damage initiation and development are detected above the damage initiation impact energy. As expected, the PVDF film sensor is found to be more sensitive to impact damage initiation event than the strain gage.
Polyvinylidene di-fluoride (PVDF) film sensor appeared to be practically useful for the structural health monitoring of composite materials and structures. PVDF film sensors were either attached to or embedded in the graphite/epoxy composite (CFRP) samples to detect the fatigue damage at the bondline of single-lap joints or the tensile failure of unidirectional laminates. PVDF sensors were sensitive enough to detect and determine the crack front in linear location since composites usually produce very energetic acoustic emission (AE). PVDF sensors are extremely cost-effective, as flexible as other plastic films, in low profile as thin as a few tens of microns, and have relatively wide-band response, all of which characteristics are readily utilized for the structural health monitoring of composite structures. Signals due to fatigue damage showed a characteristics of mode II (shear) type failure whereas those from fiber breakage at DEN notches showed that of mode I (tensile) type fracture.
This research is the development of a distributed tactile sensor using PVDF film far the detection of the contact state. The prototype of the tactile sensor with 8$\times$8 taxels was fabricated using PVDF film and flexible circuitry. In the fabrication procedure, the electrode and the common electrode patterns are attached to the both side of the 28${\mu}m$ thickness PVDF film. The sensor is covered with polyester film for insulation. The signals of a contact pressure to the tactile sensor are sensed and processed in the DSP system in which the signals are digitalized and filtered. And the signals are integrated for taking the force profile. The processed signals of the output of the sensor are visualized to take the shape and force distribution of the contact object in personal computer. The usefulness of the sensor system is verified through the sensing examples.
The PVDF(polyvinylidene fluoride) film sensor as one of smart sensors has good characteristics to detect the impact damages of composite structures. The capabilities of the PVDF film sensor for evaluating impact behaviors and damages of Gr/Ep laminates subjected to low-velocity impact were examined. From sensor signals, the specific wave-forms implying the damage were detected. The wavelet transform(WT) and Short Time Fourier Transform(STFT) were used to decompose the piezoelectric sensor signals in this study. The impact behaviors of Gr/Ep laminates were simulated and the impact forces were reconstructed using the sensor signals. Finally, the impact damages were predicted by finite element analysis with the reconstructed forces. For experimental verification, a series of low-velocity impact tests from low energy to damage-induced energy were carried-out. The extent of damage in each case was examined by means of ultrasonic C-scan and the measured damage areas were agreed well with the predicted areas by the F.E.A.
압전필름센서는 복합재 구조물의 저속충격응답을 관측하기에 우수한 특성을 지니고 있다. 본 연구에서는 Gr/Ep 복합재 적층판이 손상이 발생할 수 있을 정도의 충격에너지를 받았을 때 압전필름센서 신호를 이용하여 충격거동을 모니터링할 수 있는 가능성에 대하여 고찰하였다. 손상이 발생하지 않는 저에너지 충격조건부터 국부적인 손상을 유발할 수 있는 충격조건까지 압전필름센서가 부착된 Gr/Ep 복합재 적층판에 대하여 16가지의 저속충격시험을 수행하였다. 세 가지 조거의 충격시험에서 기지균열 및 층간분리 등의 국부적인 손상이 발생하였으나, 충격력과, 변위, 변형률, 압전센서 신호와의 관계를 이용한 선형해석 모델을 사용하여 충격하중에 의한 복합재 적층판의 응답을 예측하는 정방향 문제와 압전센서 신호로부터 충격력을 복원하는 역방향 문제에서 시험과 해석 결과는 비교적 잘 일치하는 경향을 보였다. 복원된 충격력으로부터 국부적인 손상이 발생할 정도의 충격까지는 압전필름센서 신호를 이용하여 충격력을 정확히 복원할 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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