CN218211699U - 一种压电薄膜结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及压电薄膜技术领域，具体公开了一种压电薄膜结构，包括PVDF压电薄膜，所述PVDF压电薄膜上表面镀有PEDOT：PSS薄膜，所述PEDOT：PSS薄膜的上表面设置有正电极层，所述正电极层上表面设置上保护层，所述上保护层上表面设有弹性缓冲层，所述PVDF压电薄膜下表面设置有负电极层，所述负电极层下表面设有下保护层。本实用新型的压电薄膜结构中，通过PVDF压电薄膜和PEDOT：PSS薄膜复合能够增强压电薄膜的压电效应，提高检测灵敏度；通过保护层有效保护电极和压电薄膜，降低外部环境对压电薄膜结构的干扰；设置弹性缓冲层用于缓冲车辆对压电薄膜结构造成的冲击，消除或减少水平力干扰，使检测结果更加准确。

Description

一种压电薄膜结构

技术领域

本实用新型属于压电薄膜技术领域，特别涉及一种压电薄膜结构。

背景技术

当前超载运输已经成为公路运输治理的癌症，新的治理超载的模式虽然逐步涌现，但都还不够理想。目前国内普遍装用的均为静态或低速称重系统，以应对车辆称重问题，只能通过人力设卡拦截的模式，测量静态或低速行驶的车辆。动态称重系统具有便于安装、隐蔽性高、不影响车辆通行等优点，逐渐替代了传统的静态称重系统。动态称重传感器作为动态称重系统中关键硬件之一，其质量会直接影响到动态称重系统的准确性和灵敏度。称重传感器是整个动态称重系统中最为重要的部分其质量会直接影响到动态称重系统的准确性和灵敏度。动态称重传感器种类繁多，广泛应用于动态称重领域的主要有：弯板式、压电石英式和压电薄膜式称重传感器，弯板式称重传感器要求车辆低速通过、对安装要求高，压电石英传感器压电常数小，灵敏度不高，在应用时必须埋在路面下，必须对公路进行开掘安装。压电薄膜传感器，厚度很小，无需对路面开掘即可安装，是现阶段交通道路发展过程中最优的选择。

压电薄膜传感器中的压电材料为PVDF压电薄膜，PVDF压电薄膜具有：频响范围宽；阻抗匹配好；对动态应力非常敏感；可以无源工作；柔韧性好，使压电薄膜传感器极为耐用，可以经受数百万次的弯曲和振动等优点。通过压电效应进行动态称重，PVDF压电薄膜在承受一定的压力或形变时，它的极化面就可产生电荷，在动态称重系统中压电薄膜传感器产生的电荷q=d₃₃F₃，d₃₃为压电薄膜的压电常数，F₃通过车辆轮胎作用在传感器上的力，即压电传感器产生的电荷大小与所受压力、导电薄膜的压电常数成正比，此为压电传感器的理论基础，通过测量PVDF薄膜感应的电荷量实现对车重的测量。由于PVDF压电薄膜压电常数d₃₃相对较小，灵敏度相对低。在压电式动态称重系统中，当车辆行驶过压电薄膜轴传感器时，车辆施加在传感器上的力，只有垂直方向的力是动态称重需要的，水平方向的力则会对动态称重带来干扰和误差，因此需要采取适当的措施消除水平力的影响。此外，环境湿度也会对影响到动态称重的准确性。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的实用新型构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种压电薄膜结构，用于提高压电薄膜传感器的灵敏度、降低车辆碾压对传感器的水平冲击干扰、有利于减少误差。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种压电薄膜结构，包括PVDF压电薄膜（1），所述PVDF压电薄膜上表面镀有PEDOT：PSS薄膜，所述PEDOT：PSS薄膜的上表面设置有正电极层，所述正电极层上表面设置上保护层，所述上保护层上表面设有弹性缓冲层，所述PVDF压电薄膜下表面设置有负电极层，所述负电极层下表面设有下保护层。

优选的，上述的压电薄膜结构中，所述PVDF压电薄膜厚度为30~120μm。

优选的，上述的压电薄膜结构中，所述PEDOT：PSS薄膜厚度为150~500nm。在PVDF压电薄膜设置一层PEDOT：PSS纳米薄膜，有利于提高压电薄膜压电效应，从而提高压电薄膜结构的检测灵敏度。

优选的，上述的压电薄膜结构中，所述正电极层和负电极层为铜电极或者铝电极。

优选的，上述的压电薄膜结构中，所述上保护层和下保护层材料为硬质塑料，通过环氧树脂分别粘接在所述正电极层和负电极层表面对电极层和压电薄膜层进行封装，用于保护电极和压电薄膜，防止环境湿度对检测造成干扰。

优选的，上述的压电薄膜结构中，所述弹性缓冲层材料为硅胶、橡胶、泡沫或海绵，通过环氧树脂粘接在所述上保护层上表面。用于缓冲车辆对压电薄膜结构造成的冲击，消除或减少水平力干扰，使检测结果更加准确。

优选的，上述的压电薄膜结构中，所述正电极层和负电极层分别连接导线。

优选的，上述的压电薄膜结构中，所述正电极层或所述负电极层上设有第一输出区与第二输出区，所述第一输出区与所在电极层导通，所述第二输出区与所在电极层绝缘、与反向电极层导通，所述第一输出区、第二输出区分别连接所述导线，使正负电极同向同面引出导线，能够方便连接导线，保障电荷信号不受干扰，提高信号的可靠性。

优选的，上述的压电薄膜结构中，所述第二输出区设有与反向电极层相通的通孔，所述通孔内填充导电胶，通过填充导电胶的通孔实现第二输出区与反向电极层导通。

与现有的技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型的压电薄膜结构中，通过PVDF压电薄膜和PEDOT：PSS薄膜复合能够增强压电薄膜的压电效应，提高压电薄膜结构的检测灵敏度；通过保护层有效保护电极和压电薄膜，降低外部环境对压电薄膜结构的干扰；设置弹性缓冲层用于缓冲车辆对压电薄膜结构造成的冲击，消除或减少水平力干扰，使检测结果更加准确。

附图说明

图1是本实用新型的压电薄膜结构示意图。

图2是本实用新型的压电薄膜结构中正电极层结构示意图。

图3是本实用新型的压电薄膜结构中下保护层至正电极层剖面结构示意图。

主要附图标记说明：

1- PVDF压电薄膜，2- PEDOT：PSS薄膜，3-正电极层，4-负电极层，5-上保护层，6-下保护层，7-弹性缓冲层，8-第一输出区，9-第二输出区，10-通孔，11-导线，12-绝缘带。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“顶面”、“底面”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到术语“第一”、“第二”、“第三”只是用于描述目的以及区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。下面根据本实用新型的整体结构，对其实施例进行说明。

实施例1

如图1所示，一种压电薄膜结构，包括：PVDF压电薄膜1、PEDOT：PSS薄膜2、正电极层3、负电极层4、上保护层5、下保护层6、弹性缓冲层7，PVDF压电薄膜1上表面镀有一层PEDOT：PSS薄膜2，正电极层3覆盖在PEDOT：PSS薄膜2的上表面，负电极层4覆盖PVDF压电薄膜1下表面，正电极层3、负电极层4为铜电极；上保护层5设置在正电极层3上表面，下保护层6设置在负电极层4下表面，上保护层5和下保护层6材料为硬质塑料，通过环氧树脂分别粘接在正电极层3、负电极层4的表面；弹性缓冲层7设于上保护层5上表面，弹性缓冲层7材料为硅胶，通过环氧树脂粘接在上保护层5上表面。PEDOT：PSS薄膜是通过将PEDOT：PSS 水溶液旋涂在PVDF压电薄膜1上表面制得。

进一步，如图2和图3所示，在正电极层3上表面设置第一输出区8和第二输出区9，第一输出区8与正电极层3导通，第二输出区9通过绝缘带12与正电极层3绝缘，第二输出区9设有与负电极层连通的通孔10，通孔10内填充导电胶，通过通孔10，第二输出区9通过通孔10与负电极层导通，在第一输出区8和第二输出区9内分别连接导线11，实现正负电极同向同面引出导线，保障电荷信号不受干扰，提高信号的可靠性。上保护层5开设有槽，用于导线11连接和引出，导线11可以通过导电胶连接在第一输出区8和第二输出区9，然后用环氧树脂进行固定和保护。

进一步，在压电薄膜结构侧面采用薄层环氧树脂进行封装，进一步保护压电薄膜结构。

进一步，PVDF压电薄膜的厚度为53.2μm，PEDOT：PSS薄膜厚度为200nm。

测试由PVDF压电薄膜和PEDOT：PSS薄膜构成的复合压电薄膜与PVDF压电薄膜的灵敏度，采用准动态测试法-冲击试验测定压电系数d₃₃，具体步骤参照“严伏明等，高分子压电材料压电常数d₃₃的测定”。

测得复合压电薄膜的灵敏度（压电常数d₃₃）数值为14（pC/N），PVDF压电薄膜灵敏度数值为22.1（pC/N）。对比测试结果发现，本实施例的复合压电薄膜的灵敏度明显高于PVDF压电薄膜灵敏度。

应用本实用新型提供的压电薄膜结构检测车辆重量时，当车辆压过到压电薄膜结构，复合压电薄膜比单PVDF压电薄膜能够产生更强的压电效应，提高检测灵敏度；通过保护层有效保护电极和压电薄膜，降低外部环境对压电薄膜结构的检测干扰；弹性缓冲层能够缓冲车辆对压电薄膜结构造成的冲击，消除或减少水平力干扰，使检测结果更加准确。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的，这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化，尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，但本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对实用新型的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够在阅读完本说明书后可在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换、变型以及各种不同的选择和改变，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种压电薄膜结构，其特征在于，包括PVDF压电薄膜（1），所述PVDF压电薄膜（1）上表面镀有PEDOT：PSS薄膜（2），所述PEDOT：PSS薄膜（2）的上表面设置有正电极层（3），所述正电极层（3）上表面设置上保护层（5），所述上保护层（5）上表面设有弹性缓冲层（7），所述PVDF压电薄膜（1）下表面设置有负电极层（4），所述负电极层（4）下表面设有下保护层（6）。

2.根据权利要求1所述的压电薄膜结构，其特征在于，所述PVDF压电薄膜（1）厚度为30~120μm。

3.根据权利要求1所述的压电薄膜结构，其特征在于，所述PEDOT：PSS薄膜厚度为150~500nm。

4.根据权利要求1所述的压电薄膜结构，其特征在于，所述正电极层（3）和负电极层（4）为铜电极或者铝电极。

5.根据权利要求1所述的压电薄膜结构，其特征在于，所述上保护层（5）和下保护层（6）材料为硬质塑料，通过环氧树脂分别粘接在所述正电极层（3）和负电极层（4）表面。

6.根据权利要求1所述的压电薄膜结构，其特征在于，所述弹性缓冲层（7）材料为硅胶、橡胶、泡沫或海绵，通过环氧树脂粘接在所述上保护层上表面。

7.根据权利要求1所述的压电薄膜结构，其特征在于，所述正电极层（3）和负电极层（4）分别连接导线。

8.根据权利要求7所述的压电薄膜结构，其特征在于，所述正电极层（3）或所述负电极层（4）上设有第一输出区（8）与第二输出区（9），所述第一输出区（8）与所在电极层导通，所述第二输出区（9）与所在电极层绝缘、与反向电极层导通，所述第一输出区（8）、第二输出区（9）分别连接所述导线（11）。

9.根据权利要求8所述的压电薄膜结构，其特征在于，所述第二输出区（9）设有与反向电极层相通的通孔（10），所述通孔（10）内填充导电胶。

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