Study of PVDF Sensor for the Measurement of Pressure Wave Attenuation

Abstract

O principal objetivo da presente dissertação foi o estudo e calibração de sensores baseados em PVDF (Fluoreto de polivinilideno) para a medição de pressão dinâmica e de ondas de choque.Este sensor é uma solução promissora e fácil de usar que possui uma grande banda de medição e que pode ser fixado ou colado à maioria das superfícies, eliminando a necessidade de furagem das superfícies ao contrário dos sensores piezoelétricos comuns (normalmente usados na medição de pressão dinâmica e de ondas de choque) disponíveis no mercado.No entanto, os sensores PVDF tem algumas limitações e requerem alguma habilidade para que sejam propriamente integrados numa cadeia de aquisição. Além disso, as medições deste sensor ainda são bastante dependentes da experiência (Arrigoni et al. 2018).Várias experiências foram realizadas de modo a estudar os efeitos do invólucro do sensor no sinal obtido. Parte das experiências focou se no tipo de adesivo utilizado para a fixação do sensor na instalação, enquanto a outra parte focou se na proteção e apoio do sensor. Dois diferentes modos de aquisição de sinal foram considerados: medição em modo de voltagem e medição em modo de carga. Um segundo conjunto de experiências foi realizado para estudar a capacidade de medição de pressão dos sensores PVDF quando submersos. A criação de um setup experimental permitiu a geração de cavitação induzida por choque através do disparo de um pulso laser para um alvo submerso. Resultados interessantes foram obtidos ao utilizar sensores PVDF para a medição da pressão dinâmica e ondas de choque geradas por bolhas de cavitação. Um invólucro para o sensor PVDF que permite a obtenção de resultados com maior precisão e reprodutibilidade foi descoberto.

The main purpose of the presented work is the study and calibration of PVDF (Polyvinylidene fluoride) based sensors for dynamic pressure and shock wave measurement.This sensor is a promising easy to use solution that has a large measurement range and can be stuck or glued to most surfaces, having no need for drilling as opposed to the common piezoelectric sensors (often used for dynamic pressure and shock wave measurement) available in the market.However, PVDF sensors have some limitations and require some skills to be properly implemented in an acquisition chain. Moreover, the sensors measurements are still very experiment dependant (Arrigoni et al. 2018).Sets of experiments were conducted to study the effects of the sensor’s casing on the acquired signal. One set focussed on the adhesive used for gluing the PVDF sensor on the setup while the other focussed on the sensor’s shielding and backing. Two different modes of signal acquisition are considered: Voltage mode measurement and Charge mode measurement.A second set of experiments was conducted to study the capability of PVDF sensors for underwater pressure measurement. A setup was designed to create shock induced cavitation, by shooting a focussed laser pulse to a submerged target.Interesting results were obtained when measuring dynamic pressure and shock waves generated by cavitation bubble with PVDF sensors. A sensor casing which highly improved the quality of the signal was discovered, which allowed the capture of more accurate and reproducible results.