壓電陶瓷傳感器車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的研制及應(yīng)用.pdf

1、本論文采用流延工藝制備BaTiO3和PZT壓電陶瓷厚膜，研究熱處理制度和助燒劑對其晶體結(jié)構(gòu)和壓電性能影響;然后以BaTiO3和PZT陶瓷厚膜為傳感元件，設(shè)計制備混泥土基壓電陶瓷傳感器并對其測量電路進(jìn)行分析;最后組建出可以進(jìn)行動態(tài)稱重測試實驗的動態(tài)稱重(WIM)系統(tǒng)，并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、擬合、計算。得出以壓電陶瓷為傳感元件的便攜式WIM系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)載重稱量，速度對動態(tài)稱重精度的影響很大。
　　首先探討熱處理制度和添加助燒劑CuO對

2、BaTiO3陶瓷厚膜的結(jié)構(gòu)和壓電性能影響。實驗得出采用1240℃×10min+1140℃×24h兩步法熱處理BaTiO3陶瓷厚膜可以獲得較好的壓電性能，其d33=210pC/N，k33=0.4。通過添加0.2％CuO助燒劑，可以有效降低BaTiO3陶瓷的熱處理溫度的同時提高其壓電性能，采用1140℃×10min+1040℃×24h兩步法熱處理鈦酸鋇添加0.2％CuO陶瓷厚膜，可以獲得壓電性能優(yōu)異的陶瓷厚膜，其d33=320pC/N，k3

3、3=0.45。
　　同時探討熱處理工藝對PZT陶瓷厚膜結(jié)構(gòu)和壓電性能的影響。實驗得出采用1220℃×3h熱處理PZT陶瓷厚膜就可獲得較佳的壓電性能，其d33=350pC/N，K33=0.45。
　　然后研究BaTiO3和PZT陶瓷厚膜作為傳感元件的抗老化和酸堿腐蝕能力，BaTiO3和PZT陶瓷厚膜都有較好的時間和溫度穩(wěn)定性以及較強的抗酸堿腐蝕能力，其中PZT陶瓷厚膜的抗老化和腐蝕能力要稍優(yōu)于BaTiO3陶瓷厚膜，兩者都可以作

4、為動態(tài)稱重傳感元件使用。以制備的壓電性能優(yōu)異的BaTiO3和PZT陶瓷厚膜為傳感元件，設(shè)計制備出壓電陶瓷傳感元件、環(huán)氧樹脂層、混泥土層二層包裹保護(hù)壓電陶瓷傳感器，對其進(jìn)行力學(xué)性能測試，混泥土經(jīng)28天養(yǎng)護(hù)后強度達(dá)到40MPa以上，達(dá)到了公路設(shè)計用水泥強度。同時對壓電陶瓷傳感器測量電路進(jìn)行分析，確定了以電壓放大電路為其信號采集的測量電路。
　　最后，以車輛、壓電陶瓷傳感器、信號調(diào)解電路、A/D模數(shù)信號采集卡和計算機(jī)組成便攜式動態(tài)稱重(

5、WIM)系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)稱重實驗，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、擬合出車輛重量與脈沖信號之間的有效關(guān)系式。在靜態(tài)作用下，荷載與信號電壓幅值之間有很好的線性關(guān)系，線性擬合相關(guān)系數(shù)(R2)都在0.99以上，且具有很好的穩(wěn)定性，壓電陶瓷傳感器具有優(yōu)異的靜態(tài)稱量精度。在實際路面動態(tài)稱重實驗，相同載荷不同速度通過稱重平臺，脈沖信號積分值和幅值波動在9％～23％之間，速度對動態(tài)稱重精度影響很大。對脈沖信號進(jìn)行峰值(U)與速度(V)的比值處理分析，同一重量不同速