壓電陶瓷作為功能陶瓷已經(jīng)深入到人們的生活中，這種材料在純機(jī)械作用下發(fā)生偏振，介質(zhì)兩端都有符號(hào)，產(chǎn)生與壓電相反的約束電荷，即壓電效應(yīng)。在壽命、靈敏度、感溫、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和范圍、載重能力和穩(wěn)定性、測(cè)量噪聲比等方面，壓力陶瓷優(yōu)于其他壓力敏感材料，因此，壓力陶瓷在傳感器、警報(bào)器、音響設(shè)備、醫(yī)療診斷等設(shè)備上都有應(yīng)用。壓電式陶瓷傳感器作為一種新型的功能材料，在地下采集交通信息、能量轉(zhuǎn)換等方面發(fā)揮了重要作用。
基于此，壓力陶瓷傳感器的工作原理壓力材料可將應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)化為電力信號(hào)，也可將電力信號(hào)轉(zhuǎn)化為應(yīng)變信號(hào)，其工作模式可分為兩種：主動(dòng)控制壓力材料，當(dāng)電場(chǎng)作用于壓力材料的極化方向時(shí)，其變形，以激發(fā)源的形式工作；被動(dòng)控制壓力材料，其受正應(yīng)力或剪應(yīng)力作用；基于正壓電效應(yīng)研制的傳感器，可在兩個(gè)相對(duì)表面產(chǎn)生等效電流符號(hào)的反正載負(fù)荷壓電陶瓷傳感器。汽車通過壓力傳感器時(shí)，傳感器內(nèi)部的壓力材料由于壓力變形而產(chǎn)生電荷信號(hào)，將電荷信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為與傳感器壓力成正比的電壓信號(hào)。加壓陶瓷的工作特性可以概括為兩個(gè)方面。
壓力是指由各種物理波場(chǎng)所產(chǎn)生的力，如力、彈力等，所產(chǎn)生的力。壓強(qiáng)下的電是和電荷，電壓，電流有關(guān)的電的概念。壓向電正向運(yùn)行說明了機(jī)械力的作用，即壓力陶瓷傳感器的工作原理。
電轉(zhuǎn)向力，前一個(gè)過程的逆流力，表明電場(chǎng)產(chǎn)生的電能也可以產(chǎn)生機(jī)械力。不管是壓電轉(zhuǎn)換還是電向力轉(zhuǎn)換，都會(huì)伴隨著介質(zhì)的變形，即壓電介質(zhì)的變形會(huì)引起兩個(gè)過程的變化。
在交通領(lǐng)域的壓力陶瓷傳感器應(yīng)用：
一、電壓靈敏路面。
近幾年來，公路能源的收集受到廣泛的研究。收集人行道和道路上的能量的各種來源包括太陽輻射、車輛和行人散發(fā)出來的機(jī)械能量、地?zé)崮堋⒂晁惋L(fēng)等等。本論文主要研究車輛運(yùn)行中的機(jī)械能。WSN系統(tǒng)能夠?yàn)镮TS提供實(shí)時(shí)、可靠的海量數(shù)據(jù)，但由于WSN節(jié)點(diǎn)供電困難，限制了其廣泛應(yīng)用。采用壓電陶瓷作為工具，可將周圍的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電壓輸出，達(dá)到自供電的要求。這樣，嵌入壓電智能路面上的壓電陶瓷傳感器就能把車輛在行駛中所施加的壓力轉(zhuǎn)化成電流。根據(jù)壓電特性，當(dāng)材料受到周期壓力時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生周期電壓，并在其極面不斷激發(fā)電荷，從而將電能轉(zhuǎn)化為壓電發(fā)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)埋設(shè)在地下的壓電陶瓷傳感器在快速移動(dòng)的交通壓力下產(chǎn)生電力的道路建設(shè)。
二、車輛動(dòng)態(tài)稱量。
汽車動(dòng)力稱重系統(tǒng)的基本原理是通過測(cè)量移動(dòng)的汽車輪胎地壓來估計(jì)汽車靜止時(shí)的輪胎地壓，從而得到汽車重量，通過同時(shí)獲取汽車重量、軸重、總重量、軸距、速度等信息來判斷汽車是否可能超載。
動(dòng)態(tài)稱重傳感器是WIM的核心部件，PZT作為一種新型功能材料已被應(yīng)用于WIM中，它具有壽命、靈敏度、溫度靈敏度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、負(fù)載能力和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。將PZT薄片用耐高溫環(huán)氧樹脂粘在兩個(gè)大理石保護(hù)層之間。接著，采用一定陣列形式的壓電陶瓷傳感器注入到瀝青路面中，形成整體壓電稱量路面，對(duì)路面無損傷，維護(hù)方便。
三、道路信號(hào)燈裝置。
當(dāng)前，大型彎道，尤其是盤山公路，為了使駕駛員能夠看到彎道上的車輛情況，在彎道上設(shè)置了反光鏡，能夠多顯示車輛行駛情況，但是這種方法受自然環(huán)境條件的影響較大。可以提供大型彎道路況指示裝置，包括交通信號(hào)燈和信號(hào)燈控制器。該指示燈控制器以PZT壓力陶瓷材料為基礎(chǔ)，由壓力陶瓷傳感器、電荷轉(zhuǎn)換放大電路和電磁控制電路三部分組成，其中電荷轉(zhuǎn)換放大電路和電磁控制電路分別由壓力陶瓷傳感器、電荷轉(zhuǎn)換放大電路和電磁控制電路三部分組成。
四、分清不同車道的交通數(shù)據(jù)。
利用壓電陶瓷材料，可研制具有雙極或多極壓電感元件的交通感應(yīng)器，用于對(duì)某一車道的車輛進(jìn)行識(shí)別，更具體地說，利用壓電陶瓷材料，車輛可產(chǎn)生不同的電信號(hào)，使其在每一車道上都具有不同的極性或狀態(tài)，從而可根據(jù)所接收到的電信號(hào)的不同極性或狀態(tài)輕而易舉地區(qū)分不同車道。
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- 產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于多種新型和智能化高端領(lǐng)域，包括工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線、3C、新能源、機(jī)器人、機(jī)械制造、醫(yī)療、紡織、汽車、冶金以及交通等領(lǐng)域。
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