[實(shí)用新型]一種采用PVDF的高速公路壓電動(dòng)態(tài)稱重傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320627939.1
• 申請(qǐng)日: 2013-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203519128U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 褚祥誠(chéng);徐亞楠;王林;王海名
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué);天津銘銳創(chuàng)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01G19/03
• 分類(lèi)號(hào): G01G19/03
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用PVDF的高速公路壓電動(dòng)態(tài)稱重傳感器。

背景技術(shù)

隨著交通量的增長(zhǎng)，人工收費(fèi)站經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因交費(fèi)而產(chǎn)生的堵車(chē)現(xiàn)象，早期的計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)均采用稱臺(tái)式稱重系統(tǒng)，這種方式的缺點(diǎn)是：

要求車(chē)輛絕對(duì)低速通行，容易造成排隊(duì)堵車(chē)現(xiàn)象；施工復(fù)雜，需要處理大量地基工程做排水系統(tǒng)，施工周期長(zhǎng)，難度大；框架結(jié)構(gòu)，維護(hù)量大，使用壽命短，傳感器精度衰減嚴(yán)重且受車(chē)速影響大等。

近年來(lái)，以彎板為代表的低速動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)正逐步取代稱臺(tái)式稱重系統(tǒng)，成為計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的主流技術(shù)。不足之處是通行速度需要限制在15km/h之內(nèi)，而且稱重精度易受其它橫切力、車(chē)懸架動(dòng)能、加減速、電磁波和溫差變化等干擾，并且也不能做到免維護(hù)。

自1969年日本的Kawai發(fā)現(xiàn)PVDF壓電薄膜具有較強(qiáng)的壓電性以后，幾十年來(lái)，人們對(duì)PVDF壓電薄膜的研究一直沒(méi)有中斷。PVDF壓電薄膜的主要優(yōu)點(diǎn)有：

1、壓電常數(shù)d比石英晶體高十多倍，作為傳感材料更重要的一個(gè)特征參數(shù)g的值比壓電陶瓷高20倍左右。

2、柔性和加工性能好，不易破碎，可制成5μm到1mm厚度不等、形狀不同的大面積的薄膜，因此適于做大面積的傳感陣列器件。

3、聲阻抗低，僅為壓電陶瓷的1/10，它的聲阻抗與水和人體肌肉的聲阻抗很接近，并且柔順性好，與人體接觸安全舒適，因此用作水聽(tīng)器和醫(yī)用儀器的傳感元件時(shí)，可不用阻抗變換器。

4、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)低，阻尼小，密度低，由于PVDF壓電薄膜的柔韌性及其厚度方向伸縮振動(dòng)的諧振頻率很高，使得在很寬的頻率范圍內(nèi)有平坦的頻率響應(yīng)（室溫下在10^-5-10⁹Hz范圍內(nèi)響應(yīng)平坦），能滿足車(chē)輛信號(hào)的頻率特性。

5、由于PVDF的分子結(jié)構(gòu)鏈中有氟原子，這使得它的化學(xué)穩(wěn)定性和耐疲勞性高，吸濕性低，并有良好的熱穩(wěn)定性，耐潮濕，耐多數(shù)化學(xué)品、氧化劑、強(qiáng)紫外線和核輻射。

6、高介電強(qiáng)度，可耐受強(qiáng)電場(chǎng)作用(75V/μm)，而此時(shí)大部分壓電陶瓷已退極化。

7、質(zhì)量輕，它的密度只是壓電陶瓷的1/4，做成傳感器對(duì)被測(cè)量的結(jié)構(gòu)影響小。

8、容易加工和安裝，可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)制定形狀。

我國(guó)早在60年代中期就開(kāi)始了對(duì)PVDF壓電材料的研究。1977年，中國(guó)科學(xué)院上?；瘜W(xué)研究所開(kāi)始研制PVDF及其共聚物后，它的應(yīng)用日趨廣泛，幾乎涉及到所有領(lǐng)域：結(jié)合利用PVDF傳感器補(bǔ)償性的紅外檢測(cè)器，可以用來(lái)建立入侵警報(bào)、交通燈切換和自動(dòng)電梯等系統(tǒng)；在美國(guó)，聯(lián)邦交通管理局已考慮將PVDF用來(lái)記錄路面振動(dòng)情況，以便了解公路交通狀況；一種可以用來(lái)檢測(cè)石墨-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合結(jié)構(gòu)缺陷的“便攜式自動(dòng)遠(yuǎn)程檢查系統(tǒng)”，關(guān)鍵元件是含1024個(gè)換能器的PVDF壓電薄膜；在建筑方面，PVDF壓電薄膜被用在如橋梁、大壩、房屋等大型建筑的測(cè)振減震上；在醫(yī)學(xué)上，目前至少有三家公司正在生產(chǎn)一種能夠用來(lái)防止嬰兒猝死的呼吸檢測(cè)器。

PVDF壓電薄膜電作為新興的壓電材料，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，包括工藝性好、機(jī)械性能強(qiáng)、工作溫度范圍寬、介電常數(shù)高等，這些優(yōu)點(diǎn)使它成為一種理想的換能器材料。用PVDF壓電薄膜制作的傳感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、成本低等因素，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種采用PVDF的高速公路壓電動(dòng)態(tài)稱重傳感器，其特征在于，其結(jié)構(gòu)包括上殼1，底座2，銅箔電極4，硬質(zhì)塑料層5和兩片PVDF壓電薄膜3；所述上殼1和底座2由16個(gè)M3的螺釘10連接，用來(lái)給兩片PVDF壓電薄膜3提供預(yù)緊力，上殼1底部凸起8，底座2表面內(nèi)凹9，形成一個(gè)腔體用以放置兩片PVDF壓電薄膜3，上殼1上留有上溝槽6和底座2上留有下溝槽7作為正、負(fù)極導(dǎo)線的輸出端口；所述壓電動(dòng)態(tài)稱重傳感器內(nèi)部采用PVDF壓電薄膜3作為車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重的敏感材料，壓電動(dòng)態(tài)稱重傳感器結(jié)構(gòu)外形超薄，可埋設(shè)在駝峰式橡膠減速帶里，直接鋪設(shè)在道路表面使用，無(wú)需破壞道路結(jié)構(gòu)。

所述兩片PVDF壓電薄膜3以并聯(lián)的方式放置在上殼1和底座2組成的腔體內(nèi)，兩片PVDF壓電薄膜3表面粘貼銅箔4作為電極并用導(dǎo)線引出，兩片PVDF壓電薄膜3的正極面由PVDF壓電薄膜之間的銅箔連接在一起，作為壓電動(dòng)態(tài)稱重傳感器的正電極11，兩片PVDF壓電薄膜3的負(fù)極面通過(guò)銅箔4與上殼1和底座2相連，作為壓電動(dòng)態(tài)稱重傳感器的負(fù)電極并接地線。