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压电陶瓷传感器的介绍及其在交通领域的应用

时间:2021-01-05 点击次数:

压电陶瓷作为功能陶瓷已经深入到人们的生活中,这种材料在纯机械作用下发生偏振,介质两端都有符号,产生与压电相反的约束电荷,即压电效应。在寿命、灵敏度、感温、动态响应速度和范围、载重能力和稳定性、测量噪声比等方面,压力陶瓷优于其他压力敏感材料,因此,压力陶瓷在传感器、警报器、音响设备、医疗诊断等设备上都有应用。压电式陶瓷传感器作为一种新型的功能材料,在地下采集交通信息、能量转换等方面发挥了重要作用。

基于此,压力陶瓷传感器的工作原理压力材料可将应变信号转化为电力信号,也可将电力信号转化为应变信号,其工作模式可分为两种:主动控制压力材料,当电场作用于压力材料的极化方向时,其变形,以激发源的形式工作;被动控制压力材料,其受正应力或剪应力作用;基于正压电效应研制的传感器,可在两个相对表面产生等效电流符号的反正载负荷压电陶瓷传感器。汽车通过压力传感器时,传感器内部的压力材料由于压力变形而产生电荷信号,将电荷信号放大并转换为与传感器压力成正比的电压信号。加压陶瓷的工作特性可以概括为两个方面。

压力是指由各种物理波场所产生的力,如力、弹力等,所产生的力。压强下的电是和电荷,电压,电流有关的电的概念。压向电正向运行说明了机械力的作用,即压力陶瓷传感器的工作原理。

电转向力,前一个过程的逆流力,表明电场产生的电能也可以产生机械力。不管是压电转换还是电向力转换,都会伴随着介质的变形,即压电介质的变形会引起两个过程的变化。

在交通领域的压力陶瓷传感器应用:

一、电压灵敏路面。

近几年来,公路能源的收集受到广泛的研究。收集人行道和道路上的能量的各种来源包括太阳辐射、车辆和行人散发出来的机械能量、地热能、雨水和风等等。本论文主要研究车辆运行中的机械能。WSN系统能够为ITS提供实时、可靠的海量数据,但由于WSN节点供电困难,限制了其广泛应用。采用压电陶瓷作为工具,可将周围的振动能量转化为电压输出,达到自供电的要求。这样,嵌入压电智能路面上的压电陶瓷传感器就能把车辆在行驶中所施加的压力转化成电流。根据压电特性,当材料受到周期压力时,其表面会产生周期电压,并在其极面不断激发电荷,从而将电能转化为压电发电机,从而实现埋设在地下的压电陶瓷传感器在快速移动的交通压力下产生电力的道路建设。

二、车辆动态称量。

汽车动力称重系统的基本原理是通过测量移动的汽车轮胎地压来估计汽车静止时的轮胎地压,从而得到汽车重量,通过同时获取汽车重量、轴重、总重量、轴距、速度等信息来判断汽车是否可能超载。

动态称重传感器是WIM的核心部件,PZT作为一种新型功能材料已被应用于WIM中,它具有寿命、灵敏度、温度灵敏度、动态响应速度、负载能力和稳定性等优点。将PZT薄片用耐高温环氧树脂粘在两个大理石保护层之间。接着,采用一定阵列形式的压电陶瓷传感器注入到沥青路面中,形成整体压电称量路面,对路面无损伤,维护方便。

三、道路信号灯装置。

当前,大型弯道,尤其是盘山公路,为了使驾驶员能够看到弯道上的车辆情况,在弯道上设置了反光镜,能够多显示车辆行驶情况,但是这种方法受自然环境条件的影响较大。可以提供大型弯道路况指示装置,包括交通信号灯和信号灯控制器。该指示灯控制器以PZT压力陶瓷材料为基础,由压力陶瓷传感器、电荷转换放大电路和电磁控制电路三部分组成,其中电荷转换放大电路和电磁控制电路分别由压力陶瓷传感器、电荷转换放大电路和电磁控制电路三部分组成。

四、分清不同车道的交通数据。

利用压电陶瓷材料,可研制具有双极或多极压电感元件的交通感应器,用于对某一车道的车辆进行识别,更具体地说,利用压电陶瓷材料,车辆可产生不同的电信号,使其在每一车道上都具有不同的极性或状态,从而可根据所接收到的电信号的不同极性或状态轻而易举地区分不同车道。

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