高分子压电传感器

### 高分子压电传感器在交通监测中的应用 #### 一、引言 近年来，随着自动控制理论和计算机技术的迅速发展及其在生产、生活领域的广泛应用，传感器技术也得到了极大发展，并在国民经济中的地位日益提高。传感器在各行各业都有广泛的应用，特别是在交通领域，现代汽车中的传感器种类繁多，用于检测各种物理量，例如车速、方位、负载、振动、油压、油量、温度、燃烧过程等。其中，高分子压电传感器在交通监测中的应用尤为突出。 #### 二、高分子压电传感器概述 高分子压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，在其表面会产生电荷的现象。压电材料主要包括压电单晶、压电多晶和有机高分子压电材料。本文主要讨论的是有机高分子压电材料，特别是聚偏二氟乙烯（PVDF），这是一种新型材料，具有以下特点： 1. **压电系数**：PVDF的压电系数较高，虽然不如某些压电陶瓷，但作为传感材料更为实用。 2. **柔韧性和加工性能**：PVDF可制成不同厚度和形状的大面积有挠性的膜，适用于制作大面积的传感阵列器件。 3. **化学稳定性**：PVDF具有较高的化学稳定性、耐疲劳性和低吸湿性，热稳定性良好。 4. **成本优势**：PVDF的价格相对较低。 5. **输出特性**：PVDF传感器输出的脉冲电压可以直接驱动CMOS集成门电路。 6. **线性动态范围**：PVDF的线性动态范围超过80dB。 #### 三、高分子压电传感器在交通监测中的应用 ##### 1. 原理介绍 高分子压电交通传感器通过把压电材料、金属编织芯线、金属外壳做成同轴结构，并将压电材料置于强电场中极化。当轮胎经过传感器时，会采集到信息，产生一个与施加到传感器上的压力成正比的模拟信号。输出信号的周期与轮胎停留在传感器上的时间相同，每当一个轮胎经过传感器时，传感器就会产生一个新的电子脉冲。 ##### 2. 应用案例 - **车速测定**：通过分析传感器产生的电子脉冲及其波形情况，可以准确测定车速。 - **车型识别**：根据轴数和轴距确定车辆类型。通过计算车轴经过传感器时建立的信号时间差乘以车速，可以得出轴距，进而识别车型。 - **载荷分布**：通过对传感器输出信号的分析，可以了解车辆的载荷分布情况，这对于交通安全管理和事故调查非常重要。 ##### 3. 实现方案 为了更准确地获取车速信号进行其他计算，通常采用传感器+线圈+传感器或线圈+传感器+线圈的配置方案。这两种方案都能有效测量车速、轴距和轴数，但在车流密集、低速行驶或车型相似的情况下，采用传感器+线圈+传感器的配置更优。 #### 四、结论 高分子压电传感器因其独特的性能优势，在交通监测中的应用前景广阔。通过将这种传感器应用于道路监控系统中，可以有效地判定肇事车辆的车速、载荷分布和车型，对于加强交通安全管理、提高道路通行效率具有重要意义。随着技术的进步，未来高分子压电传感器的应用将会更加广泛。