磁流变弹性体压阻特性测试及应用研究

论文摘要

磁流变弹性体作为一种新型的智能材料,具有在一定条件下性能可控的特点,近年来成为了学术界的一个研究热点。目前国内外学者主要侧重对其力学性能的研究,并开展了大量的相关理论及应用研究。但对其压阻特性的测试及应用研究国内外还鲜有报道。基于其压阻特性的灵敏性以及一定范围内的良好线性关系,有望用于代替传统的触觉传感器以及各类力敏元件的感应元件。因此,该材料具有广泛的应用前景和重要的研究价值。本文正是基于目前国内外的研究现状,提出开展磁流变弹性体压阻特性的测试及应用研究。为了达到良好的实验效果,自行设计制作了磁流变弹性体的制备模具,制备了一大批外观及致密度较好,各种不同配比、不同软磁性材料以及不同厚度的磁流变弹性体。通过对磁流变弹性体导电机理的分析,指出磁流变弹性体的导电机制是由导电通道理论和隧道电流理论两种载流子传导机制共同作用的结果,进而推导出磁流变弹性体压阻特性的理论模型。模型表明,磁流变弹性体的电阻呈现明显的压力依赖性。在此基础上,设计制作了一套基于磁流变弹性体的压阻特性实验装置,并对所制备的磁流变弹性体样品进行了分组实验测试。实验结果显示,受轴向压力激励下,磁流变弹性体样品电阻呈数量级递减,体现出明显的压阻特性行为,定性地验证了理论模型的正确性。得出影响磁流变弹性体压阻特性的几个主要参数,并分析了这些参数变化时,压阻特性的变化趋势。在实验测试及分析的基础上,指出磁流变弹性体制作触觉传感器可行,并且具备灵敏度高、制备简单等优点,是值得研究和推广的新型智能材料。根据磁流变弹性体的压阻特性原理,设计了基于磁流变弹性体的触觉传感器单元结构模型,为磁流变弹性体的进一步应用以及机器人三维力的触觉传感器研究开拓了一种新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电磁流变材料的概况
• 1.1.1 电磁流变液
• 1.1.2 铁磁流体
• 1.1.3 磁流变泡沫
• 1.1.4 磁流变弹性体
• 1.2 磁流变弹性体的国内外研究现状
• 1.2.1 磁流变弹性体制备的国内外研究现状
• 1.2.2 磁流变弹性体测试的国内外研究现状
• 1.2.3 磁流变弹性体应用的国内外研究现状
• 1.3 本文的研究目的和意义
• 1.4 本文的研究内容
• 2 磁流变弹性体的制备和压阻特性理论模型的建立
• 2.1 磁流变弹性体的制备
• 2.1.1 磁流变弹性体的组成
• 2.1.2 磁流变弹性体的基本制备方法
• 2.1.3 磁流变弹性体的基本制备工艺
• 2.1.4 本实验室磁流变弹性体的制备
• 2.2 磁流变弹性体的导电机理
• 2.2.1 导电通道理论
• 2.2.2 隧道电流理论
• 2.3 磁流变弹性体压阻特性及理论模型
• 2.4 本章小结
• 3 压阻特性实验系统的设计开发
• 3.1 压阻特性实验装置的机械结构设计
• 3.2 压力信号的数据采集系统设计
• 3.2.1 传感器的设计和选择
• 3.2.2 压力信号采集系统的选择
• 3.2.3 基于TMS320F20815 的QQ2812 主要硬件电路说明
• 3.2.4 DSP 数据采集系统的软件设计
• 3.3 电阻信号数据采集系统的设计
• 3.4 本章小结
• 4 压阻特性的实验研究
• 4.1 压阻特性的实验设计和测试
• 4.2 压阻特性实验总结
• 4.3 本章小结
• 5 基于磁流变弹性体的触觉传感器应用研究
• 5.1 触觉传感器
• 5.1.1 单维力触觉传感器
• 5.1.2 三维力触觉传感器
• 5.2 基于磁流变弹性体的柔性触觉传感器设计
• 5.2.1 工作原理
• 5.2.2 触觉传感器单元设计
• 5.2.3 阵列式触觉传感器实验设计
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢