基于PVDF的新型高速公路压电动态称重传感器

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近年来，我国的公路事业取得了长足发展，公路总里程迅猛增长通运输业的发展对国民经济建设起到了积极的推动作用，但是公路运输车辆超限超载的现象也较为普遍 。车辆超 限超 载运输对道路、交通安全 、运输市嘲汽车生产秩序造成了极大的危害口]。作为遏制超限超载的-种手段，货运车辆经过收费站时，要对其进行计重收费。自从 2000年以来 ，国内多个省份开展 了-系列的治理工作，并在高速公路上应用 了动态称 重系统 (weigh in mo-tion，简称 wIM)E23，其核心部件就是称重传感器。

用于公路超载快速检测的传感器最早源于 2O世纪6O年代对动态力测试的技术。2O世纪 90年代，由于公路车辆超限超载问题严重，使这类传感器在公路车辆轴载超载预判、桥梁超载报警和轴载动态称重 中的应用得到快速发展。瑞士 Kistler(奇石乐)公司开发出可以埋在路面下的以石英晶体为敏感元件的工字梁型动态称重传感器，用于公路车辆轴载超载预判 、隧道保护和车辆轴载计量，取得了很好的应用效果。由于我国研究起步晚，压电传感器研究与应用落后于世界先进水平，对车辆动态称重过程中的各种干扰也未作深入分析，故检测精度不高。

因此，研究开发精度高、稳定性好的动态称重传感器必将为公路运营部门治理超限超载和实施计重收费提供有效的技术手段。

压电薄膜 聚偏二氟 乙烯 (po1yvinylidene fluor-ide，简称 PVDF)是-种柔 软的压 电材料 ，自 1969年 El本 的 Kawai发 现其具有 压 电性 以后 ，几 十年来，人们对 PVDF薄膜的研究-直没有中断。我国早在 6O年代中期就开始了对 PVDF压 电材料的研究。1977年 ，中国科学院上海化学研究所开始研制PVDF及其共聚物后 ，它的应用 日趋广泛 ，几乎涉及到所有领域 ]♂合利用 PVDF传感器补偿性的红外检测器，可以用来建立入侵警报、交通灯切换和自动电梯监测等系统。在美国，联邦交通管理局已考虑将 PVDF用来记录路面振动情况，以便了解公路交通状况。-种可以用来检测石墨-环氧树脂复合结构缺陷4]的便携式 自动远程检查系统”，关键元件就是含有 1 024个换能器的 PVDF压电薄膜。

在建筑方面，PVDF压电薄膜被用在桥梁、大坝 、房屋等大型建筑的测振减震上 ；在医学 方面，已有采用 PVDF材料用来防止婴儿猝死的呼吸检测器 。

通过以上分析可知 ，PVDF压电薄膜电作为新兴的压电材料，具有诸多优点，包括工艺性好、耐腐蚀、机械性能强、工作温度范围宽、介电常数高等，这些优 精细陶瓷北京市重点实验室开放课题资助项 目；国家自然科学基金资助项目(51075223)；北京市自然科学基金资助项目(3102018)收稿 日期：2013-Ol-10；修改稿收到日期：2013-02-20