研究目的
开发一种实时传感器，通过利用两片交叉的聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜来监测收获过程中的粮食损失，以提高检测精度并降低误识别率。
研究成果
采用两片交叉PVDF薄膜开发的谷物冲击传感器能有效获取谷物损失的空间分布，通过多传感器融合降低误识别率。模拟表明，具有适当厚度的更窄更短传感器单元可提升灵敏度与响应速度，而应力及形变传递效率在特定尺寸范围内达到最优。未来工作需开展物理验证并进一步优化以适用于农业应用。
研究不足
该研究依赖模拟实验而未进行物理原型测试，可能无法完全反映实际工况。传感器性能取决于材料特性和尺寸参数，且可能无法区分同时同位置撞击的颗粒。优化方案基于线性假设，实际应用中布线和集成可能面临挑战。
1：实验设计与方法选择：
本研究设计了一种具有两层交叉PVDF薄膜的谷物冲击传感器，利用ANSYS Workbench有限元法(FEM)模拟优化传感器单元尺寸。通过模态和瞬态结构模拟分析固有频率、形变、应力及形变传递效率。
2：样本选择与数据来源：
传感器单元采用PVDF和PET薄膜建模；杨氏模量、泊松比和密度等参数基于材料特性设定。模拟的力输入源自前期研究（如Z. Zhao，2013）。
3：实验设备与材料清单：
PVDF薄膜（厚度0.028-0.11毫米）、PET薄膜（0.08毫米厚）、支撑板、阻尼层、信号处理组件（电荷放大器、带通滤波器、包络检波器、电压比较器）以及用于模拟的ANSYS Workbench软件。
4：028-11毫米）、PET薄膜（08毫米厚）、支撑板、阻尼层、信号处理组件（电荷放大器、带通滤波器、包络检波器、电压比较器）以及用于模拟的ANSYS Workbench软件。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：模态模拟分析固有频率和形变；瞬态结构模拟评估层间应力和形变传递。自变量包括传感器单元宽度、长度、厚度及施加力；因变量为形变、应力及传递效率。
5：数据分析方法：
对模拟结果进行线性敏感性分析；利用上下层的最大应力和形变值计算应力传递效率(E_Force)和形变传递效率(E_Deformation)。
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ANSYS Workbench
ANSYS
Used for finite element method simulations including modal and transient structure analyses to optimize sensor design.
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PVDF film
Serves as the piezoelectric sensitive material in the sensor to convert mechanical impacts into electrical signals.
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PET film
Used as protective layers adhered to the PVDF film to shield electrodes from grain impacts.
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Charge amplifier
Part of the signal processing circuit to amplify the charge signals generated by the PVDF films.
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Band-pass filter
Part of the signal processing circuit to filter out unwanted frequencies from the sensor signals.
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Envelope detector
Part of the signal processing circuit to detect the envelope of the signal for better analysis.
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Voltage comparator
Part of the signal processing circuit to compare voltage levels and trigger outputs based on thresholds.
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