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本论文采用流延工艺制备BaTiO3和PZT压电陶瓷厚膜,研究热处理制度和助烧剂对其晶体结构和压电性能影响;然后以BaTiO3和PZT陶瓷厚膜为传感元件,设计制备混泥土基压电陶瓷传感器并对其测量电路进行分析;最后组建出可以进行动态称重测试实验的动态称重(WIM)系统,并对实验数据进行分析、拟合、计算。得出以压电陶瓷为传感元件的便携式WIM系统进行动态载重称量,速度对动态称重精度的影响很大。 首先探讨热处理制度和添加助烧剂CuO对BaTiO3陶瓷厚膜的结构和压电性能影响。实验得出采用1240℃×10min+1140℃×24h两步法热处理BaTiO3陶瓷厚膜可以获得较好的压电性能,其d33=210pC/N,k33=0.4。通过添加0.2%CuO助烧剂,可以有效降低BaTiO3陶瓷的热处理温度的同时提高其压电性能,采用1140℃×10min+1040℃×24h两步法热处理钛酸钡添加0.2%CuO陶瓷厚膜,可以获得压电性能优异的陶瓷厚膜,其d33=320pC/N,k33=0.45。 同时探讨热处理工艺对PZT陶瓷厚膜结构和压电性能的影响。实验得出采用1220℃×3h热处理PZT陶瓷厚膜就可获得较佳的压电性能,其d33=350pC/N,K33=0.45。 然后研究BaTiO3和PZT陶瓷厚膜作为传感元件的抗老化和酸碱腐蚀能力,BaTiO3和PZT陶瓷厚膜都有较好的时间和温度稳定性以及较强的抗酸碱腐蚀能力,其中PZT陶瓷厚膜的抗老化和腐蚀能力要稍优于BaTiO3陶瓷厚膜,两者都可以作为动态称重传感元件使用。以制备的压电性能优异的BaTiO3和PZT陶瓷厚膜为传感元件,设计制备出压电陶瓷传感元件、环氧树脂层、混泥土层二层包裹保护压电陶瓷传感器,对其进行力学性能测试,混泥土经28天养护后强度达到40MPa以上,达到了公路设计用水泥强度。同时对压电陶瓷传感器测量电路进行分析,确定了以电压放大电路为其信号采集的测量电路。 最后,以车辆、压电陶瓷传感器、信号调解电路、A/D模数信号采集卡和计算机组成便携式动态称重(WIM)系统进行动态称重实验,对数据进行采集、分析、拟合出车辆重量与脉冲信号之间的有效关系式。在静态作用下,荷载与信号电压幅值之间有很好的线性关系,线性拟合相关系数(R2)都在0.99以上,且具有很好的稳定性,压电陶瓷传感器具有优异的静态称量精度。在实际路面动态称重实验,相同载荷不同速度通过称重平台,脉冲信号积分值和幅值波动在9%~23%之间,速度对动态称重精度影响很大。对脉冲信号进行峰值(U)与速度(V)的比值处理分析,同一重量不同速度下U/V比值的相对误差仅为6.9%,可以有效消弱车辆行驶速度对测量精度的影响,提高称重系统的稳定性和精度。通过U/V的比值信号处理方法,可能能有效解决目前普遍对脉冲信号实行按速度不同分别拟合曲线的复杂处理方式,为动态称重信号处理提供了一种更简便的方法。