以彎曲結構提升孔洞駐極體感測能力之研究

Abstract

本論文主旨為以商用孔洞駐極體材料(ElectroMechanical Film)製作感測器，透過曲面結構提升其靈敏度，並與平面感測器作比較，然而，在曲面結構上的應力同時存在拉應力與壓應力，這將會降低曲面感測器的靈敏度，因此設計三種不同的感測器貼法，分別是貼於曲面結構上方(CTS)、曲面結構下方(BS)與曲面結構壓力源的側邊(STS)，來比較不同感測器位置的靈敏度差異。 曲面感測器主要由兩個部分所組合而成，分別是EMFi孔洞駐極體感測器與底部的不銹鋼薄片，感測器利用PEDOT:PSS當作電極，做成雙層結構以減少外部雜訊，並提升訊號強度，底部的不銹鋼薄片，可以提供感測器彎曲變形，使外力所產生的應力與應變可以有效分布於感測器上，當感測器貼於CTS時，模擬結果顯示曲面結構感測器其靈敏度皆大於平面結構，當感測器曲率半徑為12 mm時，其靈敏度為平面實心結構(FL)的4.23倍，為平面中空結構(FS)的2.67倍，實驗上利用壓力計與振盪器來量測感測器的靈敏度，並透過雷射位移計量測感測器的正向應變(NS)，不論何種壓力源，曲面感測器靈敏度至少為FL的1.7倍以上，而FS則是在0.05 N以下有相當高靈敏度。 實驗上，當壓力源為1 mm薄板(T1)，感測器曲率半徑為36 mm，NS為0.05，比較BS、STS、CTS與FL的靈敏度，不論是BS、STS或CTS，曲面感測器的靈敏度至少為FL的3.97倍以上，STS相對CTS來說，靈敏度提升2%，BS相對CTS提升76%，以目前實驗結果來說，貼於BS能有效提升感測器的靈敏度。 綜合以上，利用曲面結構能提升EMFi感測器的靈敏度，但若可以只保留感測器受曲面結構形變所產生的訊號，也就是將感測器貼於BS或STS，則能進一步提升曲面感測器的靈敏度。