Dynamic curvature sensing employing ionic-polymer–metal composite sensors

曲率 复合数 材料科学 离子键合 聚合物 复合材料 金属 物理 离子 冶金 数学 几何学 量子力学
作者
Yousef Bahramzadeh,Mohsen Shahinpoor
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:20 (9): 094011-094011 被引量:97
标识
DOI:10.1088/0964-1726/20/9/094011
摘要

A dynamic curvature sensor is presented based on ionic-polymer–metal composite (IPMC) for curvature monitoring of deployable/inflatable dynamic space structures. Monitoring the curvature variation is of high importance in various engineering structures including shape monitoring of deployable/inflatable space structures in which the structural boundaries undergo a dynamic deployment process. The high sensitivity of IPMCs to the applied deformations as well as its flexibility make IPMCs a promising candidate for sensing of dynamic curvature changes. Herein, we explore the dynamic response of an IPMC sensor strip with respect to controlled curvature deformations subjected to different forms of input functions. Using a specially designed experimental setup, the voltage recovery effect, phase delay, and rate dependency of the output voltage signal of an IPMC curvature sensor are analyzed. Experimental results show that the IPMC sensor maintains the linearity, sensitivity, and repeatability required for curvature sensing. Besides, in order to describe the dynamic phenomena such as the rate dependency of the IPMC sensor, a chemo-electro-mechanical model based on the Poisson–Nernst–Planck (PNP) equation for the kinetics of ion diffusion is presented. By solving the governing partial differential equations the frequency response of the IPMC sensor is derived. The physical model is able to describe the dynamic properties of the IPMC sensor and the dependency of the signal on rate of excitations.
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