CN201298564Y - 电缆线型高分子灵敏压电传感器 - Google Patents

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吉启荣
赵国平
王安东
巫后发
徐成斌
赵朝贵
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Abstract

电缆线型高分子灵敏压电传感器，其特征是采用同轴电缆结构，处在中央位置上的内导体是由镀银铜丝多股束合；处在内导体外周的外导体是由镀银铜丝编织构成；处在内导体与外导体之间的绝缘层是采用具有机械和电转换性能的P(VDF－TrFE)复合材料层、外导体的外周为铝箔屏蔽层；表层是以PVDF材料挤包形成的护套层。本实用新型是将机械压力转换成电压信号输出给放大器和接受器，适用于轨道交通车辆重量和人体计数统计、磁悬浮列车、车辆超速监控及超重管理、电梯、别墅区、学校、军区、监狱管理等，具有良好的社会效益和经济效益。

Description

电缆线型高分子灵敏压电传感器
技术领域
本实用新型涉及压电传感器，更具体地说是一种具有电缆功能的线型压电传感器。
背景技术
压电传感器现已发展为压电晶体、压电陶瓷、压电半导体和高分子材料等多种方式。广泛应用于车辆计数统计、人体计数统计、入侵防范监测、乐器拾音盒、自动扶梯节能控制、电源节能控制、别墅区(学校、军区、监狱)管理、智能交通(磁悬浮)、计轴数、测轴距、车速监测、车辆分类统计、闯红灯拍照、泊车区域监控、收费站地磅、交通信息采集、统计(道路监控)、机场滑行道、行驶中称重等诸多方面。
一些离子型的电介质不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。且其电位移与外应力张量成正比，当外力消失，电介质又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。压电材料受力变形，产生电压——正压电效应；压电材料通电压，材料变形——逆压电效应。
近年来，高分子线型压电得到应用。该产品是采用线型压力传感器电缆，集压电传感与传输为一体。采用灵敏度较高极化的聚偏氟乙烯P(VDF-TrFE)含氟共聚物材料，具有很高的压电特性，但却没有一种能像PVDF共聚物一样呈现出那么高的压电效应。
目前已有PVC聚氯乙烯材料作为线型传感电缆，但其耐温等级低、使用寿命短、压电灵敏度较低、压电恢复较慢。
实用新型内容
本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种电缆线型高分子灵敏压电传感器，使其具有较高的压电灵敏度，能够感受机械重力的压力、震动和噪声，与低频电压放大器一同使用可有效探测成人呼吸信号；不但能定性，还可定量，测出准确的数值；同时具备耐温等级高、使用寿命长、压电灵敏度高、压电恢复快速的优良性能。
本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：
本实用新型电缆线型高分子灵敏压电传感器的结构特点是采用同轴电缆结构，处在中央位置上的内导体是由镀银铜丝多股束合；处在内导体外周的外导体是由镀银铜丝编织构成；处在内导体与外导体之间的绝缘层是采用具有机械和电转换性能的P(VDF-TrFE)复合材料层、外导体的外周为铝箔屏蔽层；表层是以PVDF材料挤包形成的护套层。
与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
1、本实用新型集信号感应和传输为一体，与其它点式或面式传感器相比，感应距离远，不需再配电缆；
2、本实用新型内导体和外导体都采用镀银铜导体，提高了导体导电率，电压衰减小，而且具有耐腐蚀的特点；同时，外导体也为屏蔽结构，对于外部工频电磁场具有较好的屏蔽效果，与外周屏蔽层共同形成完整的屏蔽结构；
3、本实用新型采用复合材料作为传感元件，优于采用单一成分的高分子PVDF聚偏氟乙烯线型传感器，具有更宽的测量范围，更高的使用频率和寿命；同时增加了铝箔复合带屏蔽，屏蔽了高频信号对本电缆的弱电信号的干扰，保证电位传输的准确性。同时将传感器的使用温度提高到150℃；
4、本实用新型绝缘层是采用P(VDF-TrFE)复合材料层，也称PVDF-PTrFE偏氟乙烯-三氟乙烯共聚复合材料，氟基高分子高效复合材料，是半结晶材料，现有用于高级片型点压电感应器，我们采用进行高温挤塑工艺，再进行电场极化处理，制成缆式，提高了对电缆感应的准确度和精确度；
5、本实用新型采用与绝缘耐温等级和机械等性能相近的PVDF材料，高温挤塑，强度高，结构厚度较薄，且与内层结构紧密；
6、本实用新型导体内外与绝缘感应器全接触结构，保证了对弱电信号准确收入传输，同时对压力的感应不会因其它结构反弹而降低灵敏度；
7、本实用新型柔软性好，是晶体传感器弯曲性能的十倍，使用寿命可达到100万次以上；
8、本实用新型传感器可用于正压电效应，也能用于逆压电效应。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图中标号：1内导体、2绝缘层、3外导体、4铝箔屏蔽层、5为PVDE外护套。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
参见图1，采用同轴电缆结构，处在中央位置上的内导体1是由镀银铜丝多股束合；处在内导体1外周的外导体3是由镀银铜丝编织构成；处在内导体1与外导体3之间的绝缘层2是采用具有机械和电转换性能的P(VDF-TrFE)复合材料层、外导体2的外周为铝箔屏蔽层4；表层是以PVDF材料挤包形成的护套层5。
具体实施中，相应的结构设置和材料性能配置为：
内导体1和外导体3具有良好的传导性能；其中，内导体1采用退火细铜丝，经镀银后进行铰合，电导率较常用电工无氧铜提高4％，而且具有防高氟氧化性能；绝缘层2即为压电感应层，选择机械电性能转换灵敏的法国Piezotech公司出品的共聚物P(VDF-TrFE)，能够最小检测到20pC/N的压电指标，采用高温挤塑的成型工艺使绝缘层密实和均匀，保证其良好的全方位的电接触，保证电灵敏性，外导体3直接与绝缘层2相接触。
铝箔屏蔽层4为铝带层，采用铝箔复合带重叠绕包形成铝箔屏蔽层4。
护套层5采用PVDF材料通过高温挤包成型，使电缆保证一致的热性能和机械性能。
本实用新型感应电压较小，为毫伏级(0.1mV～300mV)，需要与电压放大器一同使用，并由测量仪器分析处理电压信号。

Claims (1)

1、电缆线型高分子灵敏压电传感器，其特征是采用同轴电缆结构，处在中央位置上的内导体(1)是由镀银铜丝多股束合；处在内导体(1)外周的外导体(3)是由镀银铜丝编织构成；处在内导体(1)与外导体(3)之间的绝缘层(2)是采用具有机械和电转换性能的P(VDF-TrFE)复合材料层、外导体(3)的外周为铝箔屏蔽层(4)；表层是以PVDF材料挤包形成的护套层(5)。
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