[发明专利]一种2-2型乳化沥青/水泥基压电传感器及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及道路工程领域，特别是涉及一种压电传感器及其制备方法和用途。本发明所提供的压电传感器包括封装件、以及封装于封装件中的压电感应元件，所述压电感应元件包括压电材料柱阵列、以及分布于压电材料柱阵列之间的填充相，所述压电材料柱阵列为1*N的矩形矩阵阵列，各压电材料柱的延伸方向一致、且压电材料柱的极化主轴方向与其延伸方向一致，所述压电感应元件还包括两个导电层，所述两个导电层位于压电材料柱阵列表面、且分别与压电材料柱的两极连接。本发明所提供的乳化沥青/水泥基压电传感器，通过对填充基材、封装材料等进行改进，使填充基材与压电材料之间的复合材料结构更加致密，有效提高水泥基压电复合材料的稳定性和兼容性。

技术领域

本发明涉及道路工程领域，特别是涉及一种2-2型乳化沥青/水泥基压电传感器及其制备方法和用途。

背景技术

随着经济的快速发展，基础设施取得了长足的进步，而居民出行的过高需求与道路基础设施间的矛盾日渐突出，交通拥堵、机非冲突、车辆超载等现象日益频繁。为缓解这一现象，压电复合材料由于其压电性能好、机电耦合效果突出、与路面的兼容性好等特点成为近几年来应用于高等级沥青路面中的智能传感构件。

近年来智能交通的提出，使得基于人、车、路和环境的车路协同技术广泛引起国内外学者的关注，相比于车端单一感应的自动驾驶技术，车路端综合感应的车路一体化技术显著改善了网联汽车的感应效率，提高了其运行的可靠性、安全性。作为路端感应设备的一部分，压电传感器在智能交通中发挥着重要作用，有利于实现零拥堵、零事故、低排放、可持续的目标。因此，开发一种灵敏度高、频带宽、可持续、兼容性好的压电传感器成为现阶段智能交通监测的热点话题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种乳化沥青/水泥基压电传感器及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种压电传感器，包括封装件、以及封装于封装件中的压电感应元件，所述压电感应元件包括压电材料柱阵列、以及分布于压电材料柱阵列之间的填充相，所述压电材料柱阵列为1*N的矩形矩阵阵列，其中，N≥2，各压电材料柱的延伸方向一致、且压电材料柱的极化主轴方向与其延伸方向一致，所述压电感应元件还包括两个导电层，所述两个导电层位于压电材料柱阵列表面、且分别与压电材料柱的两极连接。

在本发明一些实施方式中，所述压电材料柱的材料选自无机压电材料，优选的，所述无机压电材料选自压电陶瓷，所述压电陶瓷选自锆钛酸铅压电陶瓷、铌锂锆钛酸铅压电陶瓷、铌镁锆钛酸铅压电陶瓷中的一种或多种的组合。

在本发明一些实施方式中，所述压电材料密度为6.90×10³～7.75×10³kg/m³、压电应变常数为2.25×10^-10～5.95×10^-10C/N，相对介电常数为1050～3500，机电耦合系数为0.31～0.76％。

在本发明一些实施方式中，所述压电材料柱的高度为2～7mm，单个的压电材料柱的横截面积为51.3～102.9mm²。

在本发明一些实施方式中，所述压电材料柱的总横截面积为360～720mm²，柱间距为1～3mm。

在本发明一些实施方式中，单个的压电材料柱的横截面中，其延伸长度为30mm～50mm，宽度为1.71～3.43mm。

在本发明一些实施方式中，所述压电感应元件中，所述压电材料柱所占的体积百分比为40～80％。

在本发明一些实施方式中，所述填充相的材料选自乳化沥青和水泥的混合基材，所述乳化沥青和水泥的混合基材的原料按重量份计，包括如下组分：

水泥 60-100份；

乳化沥青 20-33份；