一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法及传感器

本发明属于传感器，尤其涉及一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法及传感器。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、为了保证道路、桥梁等基础设施在长期车辆荷载作用下的安全性、完整性和耐久性，需要动态称重系统来监测并评估作用于道路桥梁的车辆轴载信息，对其进行控制并预防其导致基础设施发生破坏。车辆轴载监测传感器作为动态称重系统的“神经单元”主要起到监测车辆轴载、车速、车型及轴距等信息的作用。

3、目前用于车辆轴载监测最常用的传感器有弯板式轴载传感器、电容式轴载传感器，但上述传感器均存在监测精度低、投入成本高及结构脆弱等缺点，不能长期在工程复杂服役环境中使用，因此，压电传感器便成为车辆轴载监测最有效的替代方法。

4、发明人发现，当前的大多压电传感器制作手段和材料过分关注于压电输出性能，而对于埋入式传感器的成活率及监测精度研究较少，传感器封装结构的设计不科学会导致传感器与道路、桥梁结构兼容性变差，经常造成道路、桥梁结构损伤与传感器破坏失活等问题，且不能保证传感器监测数据的可靠性。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法及传感器，其能够将其与传感器形成很好的结构体系，以提高埋入式传感器成活率及车辆轴载监测数据的可靠性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面提供一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法，包括：

4、将压电陶瓷片两面安装好带有导电引线的电极片，将安装好电极片的压电陶瓷片置入内部封装结构中，在内部封装结构与压电陶瓷片之间的空间填注封装胶液，待封装胶液固化后，将导电引线沿豁口引出，便完成压电元件的封装；

5、将多个压电元件置于外部封装结构中，两者接触位置采用胶液进行粘结，将导电引线沿外部封装结构底部凹槽引出，采用胶液将导电引线与封装结构粘接，待胶液凝固后将上部盖板盖上，采用螺栓将其进行固定，完成后对外部封装结构盖板与底座接缝处进行密封处理。

6、进一步地，所述内部封装结构分为上部凸型结构与下部凹型结构，压电陶瓷片放置于下部凹型结构内，将上部凸型结构与下部凹型结构接合后灌注胶液即可完成压电元件封装，外部封装结构分为底座及盖板两部分，底座设置有腔体，腔体内有多个圆形凹槽以及导线槽，分别用于放置压电元件和导电引线。

7、进一步地，所述制造方法的具体步骤包括：

8、将导电引线安装至电极片延伸部分的圆孔位置处；

9、在压电陶瓷片两面安装带有导电引线的电极片；

10、将安装好电极片及导电引线的压电陶瓷片置入内部封装结构中，并将上部凸型结构与下部凹型结构接合，接合处的空间采用胶液进行填充；

11、将压电元件置入外部封装结构腔体内的圆形凹槽中，将导电引线沿导线槽牵引至外部封装结构外进行粘结固定；

12、将外部封装结构的盖板与底座完成接合后进行防水密封。

13、进一步地，所述盖板和底座均设置有用于上下接合的螺丝孔，盖板螺丝孔贯通，底座螺丝孔不贯通，沿导线槽方向在外部封装结构短边一侧设置有导线引出口，连接时，采用拧紧螺丝的方式将盖板与底座进行连接，连接处的缝隙采用密封胶进行密封。

14、进一步地，所述电极片为圆形，并在一定弧长内延伸一定长度，该长度与豁口处外部封装结构尺寸相同，用于接导电引线，所述电极片与压电陶瓷片之间采用导电胶液进行粘接。

15、进一步地，所述电极片有接线圆口，用于连接导电引线，导电引线沿接线圆口穿出后采用焊接或绑接方式完成接线。

16、进一步地，所述内部封装结构由绝缘材质制成，压电陶瓷片能够置入内部封装结构中，所述外部封装结构由模量与路面结构相近的材质制成，且内部封装结构能够置于外部封装结构中，内部封装结构能保证绝缘、防水，且能保证压电陶瓷片不发生滑移和旋转。

17、进一步地，所述导线引出口具体设置于封装结构内部腔体窄边侧面位置。

18、进一步地，所述电引线与电极片连接处进行包覆绝缘层处理。

19、本发明的第二方面提供一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器，采用第一方面所述的方法制造而成。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、1.本发明采用内部与外部封装结构结合的方式制作压电传感器，封装结构的材质可根据所在的路面沥青混凝土进行设置，使得压电传感器与路面结构形成了很好的结构体系，既可以使压电陶瓷片具有良好的绝缘环境及密封环境又可以使传感器的结构模量适应不同路面结构的模量，车辆轴载监测数据更加可靠，传感器的服役寿命更长。

22、2.本发明能够通过内部凹凸式封装结构提高压电陶瓷片的监测灵敏度，且能最大限度降低监测数据输出折减及延迟，通过内部结构上下部浇筑胶液或粘贴橡胶垫圈，能够有效解决压电陶瓷片受到车辆重载作用时破坏，从而造成轴载传感器成活率低的问题。

23、3.本发明相比于覆盖式传感器结构，压电陶瓷片定位更简便，且不会在使用过程中产生滑移，适用于不同规格的压电陶瓷片封装，扩宽了压电式轴载传感器的适用范围和领域。

24、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法，其特征在于，所述内部封装结构分为上部凸型结构与下部凹型结构，压电陶瓷片放置于下部凹型结构内，将上部凸型结构与下部凹型结构接合后灌注胶液即可完成压电元件封装，外部封装结构分为底座及盖板两部分，底座设置有腔体，腔体内有多个圆形凹槽以及导线槽，分别用于放置压电元件和导电引线。

3.如权利要求2所述的一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法，其特征在于，具体步骤包括：

4.如权利要求2所述的一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法，其特征在于，所述盖板和底座均设置有用于上下接合的螺丝孔，盖板螺丝孔贯通，底座螺丝孔不贯通，沿导线槽方向在外部封装结构短边一侧设置有导线引出口，连接时，采用拧紧螺丝的方式将盖板与底座进行连接，连接处的缝隙采用密封胶进行密封。

5.如权利要求1所述的一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法，其特征在于，所述电极片为圆形，并在一定弧长内延伸一定长度，该长度与豁口处外部封装结构尺寸相同，用于接导电引线，所述电极片与压电陶瓷片之间采用导电胶液进行粘接。

6.如权利要求1所述的一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法，其特征在于，所述电极片有接线圆口，用于连接导电引线，导电引线沿接线圆口穿出后采用焊接或绑接方式完成接线。

7.如权利要求1所述的一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法，其特征在于，所述内部封装结构由绝缘材质制成，压电陶瓷片能够置入内部封装结构中，所述外部封装结构由模量与路面结构相近的材质制成，且内部封装结构能够置于外部封装结构中，内部封装结构能保证绝缘、防水，且能保证压电陶瓷片不发生滑移和旋转。

8.如权利要求1所述的一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法，其特征在于，所述导线引出口具体设置于封装结构内部腔体窄边侧面位置。

9.如权利要求1所述的一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法，其特征在于，所述电引线与电极片连接处进行包覆绝缘层处理。

10.一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器，其特征在于，采用权利要求1-9所述的方法制造而成。

技术总结
本发明属于及传感器技术领域，提供了一种车辆轴载监测的埋入式压电传感器制作方法及传感器，将压电陶瓷片两面采用导电胶液安装好带有导电引线的电极片，将安装好电极片的压电陶瓷片置入内部封装结构中，采用胶液填充内部封装结构的上下部结构接合处，将压电元件置入外部封装结构中，并采用密封胶液进行防水密封。采用本发明方法制造的传感器成活率更高、监测结果更精确。

技术研发人员：梁明,汪健江,焦月朋,张云风,辛雪,苏林萍,姚占勇
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15