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基于PVDF压电薄膜的动态称重系统的研发
摘要
本研究基于PVDF压电薄膜技术，开发了一种动态称重系统。该系统采用PVDF压电薄膜作为传感器，结合相关硬件电路和软件算法，能够实时、准确地测量物体的质量变化。通过实验测试，该系统在静态称重和动态称重方面均表现出较高的测量精度，并且具有较强的实用性。本文介绍了系统的硬件设计和软件算法，并讨论了其实验结果。该动态称重系统在生产实践中具有重要的应用价值，可应用于各种包装、流水线和输送设备的自动计量控制等领域。
关键词：PVDF压电薄膜、动态称重系统、硬件设计、软件算法、测量精度、应用价值
Abstract
Inthisstudy,adynamicweighingsystemwasdevelopedbasedonPVDFpiezoelectricfilmtechnology.ThesystemusesPVDFpiezoelectricfilmasthesensor,combinedwithrelatedhardwarecircuitsandsoftwarealgorithms,toaccuratelymeasurethemasschangeoftheobjectinrealtime.Throughexperimentaltesting,thesystemshowedhighmeasurementaccuracyinbothstaticanddynamicweighing,andhadstrongpracticality.Thispaperintroducesthehardwaredesignandsoftwarealgorithmsofthesystem,anddiscussesitsexperimentalresults.Thedynamicweighingsystemhasimportantapplicationvalueinproductionpractice,andcanbeusedinautomaticmeasurementandcontrolofvariouspackaging,assemblylineandconveyorequipment.
Keywords:PVDFpiezoelectricfilm,dynamicweighingsystem,hardwaredesign,softwarealgorithm,measurementaccuracy,applicationvalue
1.引言
称重技术是现代工业制造和贸易中不可或缺的一项关键技术，在工业自动化、生产管理、商品交换、质量控制、环保等领域中都具有重要的应用价值。传统的称重方式通常采用机械或电子天平进行静态称重，但无法精确地实时测量物体在运动过程中的质量变化情况。针对这一问题，开发一种具备实时动态称重功能的系统具有重要的现实意义和应用价值。本文基于PVDF压电薄膜技术，研发了一种动态称重系统，并对其原理、硬件设计和软件算法进行了详细介绍，并通过实验测试验证了系统的性能和可靠性。
2.PVDF压电薄膜技术
PVDF压电薄膜是一种特殊的聚合物材料，具有良好的压电效应和机械性能，在电子、能源和生物医学等领域具有广泛的应用。PVDF薄膜具有压电、电致发光、输运等多种功能，其中压电特性是其最重要的特征，是制作压电传感器、电致发光器件等的重要基础。PVDF薄膜具有高灵敏度、低电流噪声、良好的线性响应和多频段响应等优点，因此被广泛应用于运动测量、气体流量、声学检测、强度测试等领域。
3.动态称重系统的原理
动态称重系统是一种能够实时测量物体质量变化的称重系统。该系统采用PVDF压电薄膜作为传感器，将其固定在物体所在的传送带上。当物体运动时，PVDF薄膜会被物体挤压变形，从而产生电荷信号。系统通过信号采集电路将PVDF薄膜输出的电荷信号转化为电压信号，经过放大和滤波后送入单片机进行数字信号处理。单片机采用相关的软件算法，根据PVDF薄膜输出的电压信号，计算出物体的质量变化值，并将计算结果实时显示在液晶屏上。动态称重系统的工作流程如图1所示。
图1动态称重系统的工作流程
4.系统的硬件设计
动态称重系统的硬件设计包括传感器、信号采集电路、信号放大电路和滤波电路以及单片机等部分。
4.1传感器部分
传感器是PVDF压电薄膜，在物体运动时受到挤压变形，产生电荷信号。
4.2信号采集电路
信号采集电路用于将PVDF薄膜输出的电荷信号转化为电压信号。它由运算放大器、反馈电容和电阻等组成，具有输入电阻高、通带频率宽和噪声低等特点。
4.3信号放大电路和滤波电路
信号放大电路用于将PVDF薄膜输出的电压信号放大到合适的范围，并降低信号噪声。滤波电路用于消除噪声、滤掉高频干扰信号，并提高系统抗干扰能力。
4.4单片机部分
单片机是系统的核心部件