[发明专利]一种压电传感器和梁式混凝土传感器及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电传感器和梁式混凝土传感器及其制备方法和应用，特别涉及一种用于交通流量监测和车速测量的压电传感器和梁式混凝土传感器及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国经济的快速发展，我国的高速公路也在实现持续、快速和有序的发展。然而，我国公路交通迅速发展的同时，各种不同类型的交通车辆数目也日益增多，随之而来的交通运输问题也愈发突出，各种超载、超速等违规现象增多，交通事故频发，交通环境不断恶化，给人们的生命及财产安全造成了极大的威胁，已经逐渐演变成为一个非常严重的社会问题。

自本世纪60年代末70年代初，智能交通系统提出以来，许多发达国家和发展中国家相继提出各自的发展战略，试图采用各种有关的先进科学技术，将交通系统所涉及到的人、车、路及环境综合在一起使其发挥智能作用，从而使交通系统达到安全、通畅、低公害和耗能少的目标。然而，作为智能交通系统中不可或缺的基本组成部分，车辆监测传感器及其技术尤为重要，其监测水平的高低直接影响到高速公路和城市道路监控系统的整体运行及管理水平。开发成本低、性能优良、监测精度高、适用范围广的智能交通监测传感器称为各国研究的重点。

目前，已有较多的交通传感器/技术被开发及用于现代交通车重、车速、车流量监测中。虽然这些传感器/技术在车型识别和交通流量监测等方面具有许多优点，但同时也存在着反射信号不稳定、容易损坏、寿命短、易受外界环境的影响等缺点，限制了广泛使用。

发明内容

为了克服上述传感器反射信号不稳定、容易损坏、寿命短、易受外界环境影响的缺点，本发明提供了一种压电传感器，本压电传感器具有与混凝土相容性好、灵敏度高、响应速度快，制备工艺简单、成本低的优点。

本发明还提供了本压电传感器的制备方法及本压电传感器在监测路面交通状况中的应用。

为了保证测量的准确性，本发明提供了一种梁式混凝土传感器。

本发明还提供了本梁式混凝土传感器在监测车辆通过时的速度中的应用。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种压电传感器，包括感应元件，所述感应元件包括压电材料和位于压电材料上下表面的一对电极，其特征是：在感应元件外部包覆有封装外壳，所述压电材料上的一对电极通过贯穿封装外壳的屏蔽导线相连，所述封装外壳由环氧树脂、固化剂和水泥按1 : 0.4 :1的质量比混合制得。

上述的压电传感器中所述水泥的组成为：含钡硫铝酸盐水泥熟料70-80%，石膏5%-10%，石灰石10%-20%。

上述的压电传感器中，所述环氧树脂优选为缩水甘油醚类环氧树脂或缩水甘油酯类环氧树脂；所述固化剂为二乙烯三胺或三乙烯四胺。

上述压电传感器中，所述压电材料为压电陶瓷或水泥基压电复合材料，压电陶瓷优选为锆钛酸铅陶瓷或铌镁锆钛酸铅陶瓷；所述电极为导电银胶电极、银电极或镍电极。其中水泥基压电复合材料已在专利 CN200910020484.5 中公开，在此不再赘述。

上述压电传感器的制备方法，其特征是包括以下步骤：按照比例将聚合物、固化剂和水泥混合均匀，将感应元件放入模具中，然后将上述环氧树脂、固化剂和水泥的混合物浇入模具中，硬化3天得初级压电传感器，将初级压电传感器在温度为20℃、相对湿度为100%的养护箱内养护28天，即得本发明压电传感器。传感器的大小可根据实际需求调整。

上述制备方法中，为了除去浇注过程中产生的气孔，在硬化时将模具放在真空干燥箱中进行真空干燥，除去浇注过程中产生的气孔，以提高封装材料的致密度和绝缘性能。真空处理的真空度和温度可根据目的随意调节，只要达到除去气孔的目的即可。

传感器的频率响应是测量动态响应传感器的重要性能之一。为了检测压电传感器的频率响应，本压电传感器在加载过程中，保持输入正弦荷载的幅值不变，改变输入荷载的频率，从0.1Hz 到40Hz，该频率范围包含混凝土结构、桥梁结构振动发生的频率范围。由图3所示的压电传感器所产生的电压波形可看出，在不同频率的正弦荷载下，压电传感器均能产生标准的正弦电压波形。

传感器的线性度是保证传感器准确测量的重要性能。为了检测压电传感器的线性性能，在加载过程中，保持输入正弦荷载的频率不变，改变输入荷载的幅值（峰到峰），输出电压幅值与输入荷载幅值之间的关系如图4所示。从图中可以看出，在传感器输出电压幅值和输入荷载幅值间存在明显的线性关系。