基于聚偏二氟乙烯(PVDF)壓電薄膜的密封艙壁穿孔損傷識(shí)別技術(shù)

劉治東，賈東永，龐寶君，劉 剛，劉 源

（1. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 航天學(xué)院，哈爾濱 150001；2. 中國(guó)空間技術(shù)研究院 載人航天總體部，北京100094）

0 引言

日益惡化的空間碎片環(huán)境對(duì)航天器尤其是載人航天器的在軌安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。利用空間碎片超高速撞擊感知系統(tǒng)，實(shí)時(shí)探測(cè)撞擊位置并識(shí)別撞擊損傷模式，可幫助航天員采取合理的應(yīng)急措施。目前，基于聲發(fā)射技術(shù)的空間碎片超高速撞擊定位技術(shù)已取得了一定進(jìn)展[2]，但對(duì)損傷模式仍不能有效識(shí)別。因此，本文針對(duì)載人密封艙壁損傷模式的識(shí)別技術(shù)開(kāi)展研究。

聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）壓電薄膜不僅具有壓電及熱電效應(yīng)，當(dāng)受到超高速撞擊時(shí)還會(huì)發(fā)生去極化效應(yīng)，產(chǎn)生快速電荷脈沖信號(hào)（亞μs量級(jí)）。因此，可通過(guò)采集該信號(hào)去感知物體被高速撞擊事件[3]。此外，PVDF壓電薄膜具有穩(wěn)定的物理化學(xué)特性，可適用于如 DUCMA、DFMI、SPADUS等多種微小空間碎片的探測(cè)[4-6]。中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心的曹光偉等人[7]利用PVDF的去極化效應(yīng)研制了微小空間碎片探測(cè)器。

本文利用 PVDF壓電薄膜的去極化效應(yīng)設(shè)計(jì)了一種針對(duì)密封艙壁穿孔損傷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方案，開(kāi)展了如下試驗(yàn)研究工作：首先，利用PVDF探頭采集超高速撞擊的去極化信號(hào)并識(shí)別其頻率特征；其次，用扳手敲擊PVDF探頭及其支撐結(jié)構(gòu)，以模擬在軌運(yùn)行階段可能遇到的碰撞干擾信號(hào)，測(cè)試并分析干擾信號(hào)的頻率特征；最后，比較這兩種信號(hào)時(shí)頻特征的差異，從而判斷撞擊損傷模式。

1 PVDF壓電薄膜的去極化效應(yīng)及其制作

1.1 去極化效應(yīng)

碎片云以極高速度撞擊并擊穿PVDF探頭，如圖1所示?！?br>