感知器官对于许多动物必不可少, 尤其是生活在水下的生物。该文以聚偏二氟乙烯(PVDF)为材料, 模仿水生动物海豹的触须设计制备了一种表面四电极PVDF压电纤维仿生柔性传感器。利用激振源测试所制备的传感器性能, 包括输出不同的波形测试对不同激励的感知, 对水动力的感知及对水下运动物体方向的感知。实验结果表明, 该传感器对不同激励的感知性能很好, 速度检测极限可达0.15 mm/s, 且有良好的方向性检测能力, 对水下情况感知的应用前景广。

半规管是人体前庭系统中的一种角位移感知器官，该文基于人体半规管几何尺寸、机械属性及内部结构，利用表面对称电极含金属芯聚偏二氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器，设计制备了一种结构尺寸、工作机理与人体半规管基本一致的仿生角加速度传感器。同时搭建了实验系统，对仿生半规管传感器的感知理论模型进行了验证。实验结果证明，传感器的工作机理与数学模型推导结果基本一致，仿生传感器在不同加速度刺激下输出相应幅值的电信号。通过扫频实验确认系统固有频率约为10 Hz，可用于人体头部的运动检测。

皮肤是人类感知外界信息的重要器官,人类通过皮肤产生的触觉感来判定环境变化,从而做出相应的反应。该文以聚偏二氟乙烯(PVDF)为主材料，设计制备了液体芯PVDF压电纤维、电子皮肤柔性触觉传感器。为了测试该电子皮肤的触觉传感性能，实验以推力计施加压力，使压电纤维发生形变，则电荷改变。通过机器学习误差逆向传播(BP)神经网络算法、分类学习对数据训练，即可通过6根纤维的信号大小来判断压力的大小及位置。其中BP神经网络的回归分析图中回归系数(R)值为0.87，分类学习中接受者操作特征曲线(ROC)下的面积(AUC)为1。结果表明该电子皮肤灵敏度高，对于力的捕捉精确。

采用表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器, 代替人体纤毛细胞感受器, 设计制备了一种仿生半规管。根据压电方程和密度差理论, 建立仿生半规管的密度差感知机理理论模型。搭建了实验系统, 测试了传感器对仿生内淋巴液与仿生壶腹嵴之间密度差变化的感知功能。实验结果表明, 仿生壶腹嵴传感器在液体压力作用下可以产生相应的变形, 并且不同密度差下的响应幅值不同, 同时验证了人体半规管中, 当密度差足够大时, 半规管具有对直线加速度产生反应的能力。

模仿昆虫感受器的结构，设计制备了一种仿生毛发气流传感器——表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器。基于流体力学理论和第一类压电方程建立了SMPF的气流传感模型。搭建了实验系统，验证了SMPF对于气流速度的传感能力。实验结果表明，SMPF的输出信号和气流速度的平方成线性关系，验证了理论模型，表明SMPF具有感知气流速度的能力。将纤维呈阵列排布置于风洞流场中，用气流对纤维阵列进行冲击，搭建实验系统，验证了纤维在流场中的传感特性，并进行有限元仿真分析。实验结果表明，在风洞装置中，当有气流流过时，会产生流动边界层，且沿着气流速度方向边界层厚度越来越厚，同一截面上的气流速度差也越来越大。实验结果验证了理论模型，表明SMPF具有感知流场分布的能力。

模仿蜘蛛毛发感受器的结构和功能，设计制备了表面对称电极含金属芯聚偏二氟乙烯（PVDF）纤维（SMPF ）的简谐振动传感器。用挤压拉伸的方法制备纤维胚体，将纵向表面涂镀形状完全对称的导电胶作为外部电极，经过极化后，制备成SMPF简谐振动传感器。基于压电方程和振动理论，建立了悬臂梁结构的SMPF简谐振动传感器的理论模型，分析了传感信号与简谐振动角度和幅值的关系。将SMPF简谐振动传感器固定在基体上，搭建了实验系统，测试了SMPF简谐振动传感器对简谐振动的响应，验证了理论模型。结果表明，SMPF简谐振动传感器能够准确感知简谐振动的频率，传感信号和简谐振动的幅值呈线性关系，和振动方向成"8"字形关系，共振频率为15.6 Hz，灵敏度为0.019 pC/mm。该SMPF传感器能够测量简谐振动频率、 幅值或方向，具有广泛的工程应用前景。

建立了悬臂梁结构的半电极含金属芯压电纤维(HMPF)的弯曲振动模型和动态测试模型。基于外加电压时的等效弯矩，推导了悬臂梁结构的HMPF的弯曲振动模型；用第一类压电方程，推导了外加简谐激励电压时，HMPF的表面电位移、电荷和导纳，建立了动态测试模型，通过测量共振频率fr、反共振频率fa和低频电容CLF，得到HMPF的弹性柔顺系数sE11、机电耦合系数k31、介电常数εT33和压电常数d31。叙述了弯曲振动模型和动态测量模型的建立过程和测试步骤，测试了3根HMPF样品，得到各参数的平均值,sE11为16.856×10-12 Pa-1，k31为0.179，εT33为2 251，d31为-103.621 pC/N。测试结果表明所建立的动态测试方法可以快速、准确地测量HMPF的主要参数。

建立了悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维新型压电弯曲驱动器的理论模型。根据第一类压电方程,推导出自由端位移、夹持力和弯曲共振频率的解析表达式,分析了金属芯性能和半径对这3个参数的影响,并把理论计算结果和有限元分析结果进行了比较。实验结果表明,悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维弯曲驱动器的自由端位移可达589 μm,夹持力可达427 μN,一阶弯曲共振频率为28 Hz,有限元分析结果和理论值基本吻合,说明这种驱动器有较大的端部位移、较小的夹持力和较低的弯曲共振频率。