压电传感器及其工程应用

“现代传感与检测技术” 课程学习汇报

压电传感器及其工程应用

学 院： ********

专 业： ****

教 师： ****

学 号： ********

姓 名： ****

201*年12月

目 录

第一章 压电传感器简介.............................................. 1

1.1 压电传感器的性能决定因素........................................ 1

1.2 压电材料的历史背景.............................................. 1

1.3 压电材料种类.................................................... 1

第二章 压电传感器工作原理.......................................... 2

第三章 压电传感器工程应用实例分析.................................. 3

3.1 压电传感器的应用领域............................................ 3

3.2 压电传感器在重力动态监测系统中的应用与相关参数研究.............. 4

3.3 压电传感器在雨水动能测量以及种子计数系统中的应用................ 6

3.4 压电传感器在土木工程中的应用.................................... 8

3.5 基于声发射技术的水泥基压电传感器在混凝土监测中的应用........... 10

第四章 小结....................................................... 11

主要参考文献....................................................... 12

第一章 压电传感器简介

1.1 压电传感器的性能决定因素

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。一般普通压力传感器的输出为模拟信号，模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。压电传感器的性能决定于压电材料的性能[1]。

1.2 压电材料的历史背景

1880年，居里兄弟皮尔（P·Curie ）与杰克斯（J·Curie ）发现了压电性。起先，皮尔致力于焦电现象与晶体对称性关系的研究，后来兄弟俩却发现，在某一类晶体中施以压力会有电性产生。他们又系统的研究了施压方向与电场强度间的关系，及预测某类晶体具有压电效应。并且经过试验发现了若干种具有压电性的材料。

压电现象理论最早是李普曼（Lippmann ）在研究热力学原理时发现的，后来在同一年，居里兄弟做实验证明了这个理论，并且建立了压电性与晶体结构的关系。1894年，福克特（W. Voigt ）更严谨地定出晶体结构与压电性的关系，他发现32种晶类（class ）可能具有压电效应。 1927年，伍德（R. W. Wood）与鲁密斯（A. L. Loomis）首先使用高功率超声波。使用蓝杰文型的石英换能器配合高功率真空管，在液体中产生高能量，使液体引起所谓的空腔（cavitation ）现象。同时也研究高功率超声波对生物试样的效应。

如今压电效应则已成为非常有用的效应，用它制出各式各样的声电换能器，其操作频谱可由100Hz 起涵盖至几个GHz ，依频率的不同而有不同的用途。声纳、反潜、海底通讯、电话通讯等是低频（声频、AF 波段）讯号最典型的应用。

1.3 压电材料种类

压电材料可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。

1）单晶压电晶体

一种天然晶体，压电系数d 11＝2.31×10-12C/N；莫氏硬度为7，熔点为1750℃，膨胀系数仅为钢的1/30。其转换效率、精度高，动态特性好，稳定性好。

2）多晶压电陶瓷 压电陶瓷原材料价格低廉；具有非水溶性，遇潮不易损坏；制作工艺简单；机械强度好等各种优点。

3）新型压电材料 压电半导体材料具有响应时间短，灵敏度高等优点；高分子压电材料，如PVDF 等，具有防水性，不易破碎，可以大量连续拉制，可以制成较大面积或较长的尺度等优点。

第二章 压电传感器工作原理 压电传感器的工作原理是基于压电材料的正压电效应和逆压电效应制成的。从能量的角度上说，它是实现了机械能和电能之间的互相转化，起到一个换能器的作用。

某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改变时，其表面上会产生电荷；若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为正压电效应。如图1所示，当压电材料未受到外力作用时，材料中的带电粒子呈现一个无序状的排列方式，材料对外表现为电中性；当压电材料受到外力作用时，材料中的带电粒子呈现一个有序的排列方式，带电粒子的同名电极指向一方，此时材料对外表现为带电性，随着受拉与受压的不同，压电材料的电极表现出来的电极

性是相反的。

图1 正压电效应原理图

在压电材料的两个电极面上，如果加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，即压电片在电极方向上有伸缩的现象，压电材料的这种现象称为“电致伸缩效应”，也叫做“逆压电效应”。如图2所示，当压电材料未受到电场作用时，压电材料内部的带电粒子呈无序状，材料不会产生形变；当在压电材料的两端加上电场以后，带电粒子会随着电场的方向做相应的移动，此时压电材料对外表现出形变，随着压电材料两端所加电场极性的不同，材料表现出相应的伸缩现象。

图2 逆压电效应原理图

第三章 压电传感器工程应用实例分析

3.1 压电传感器的应用领域

现如今，压电传感器已经是生产生活中所必不可少的一份子。从其应用领域来看，由于它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也用来测量发动机内部燃烧压力的测量和真空度的测量。还可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用领域非常广泛。

从被测对象方面划分，压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计，测量时，将传感器基座与试件刚性地固定在一起。当传感器受振动力作用时，由于基座和质量块的刚度相当大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性很小。因此质量块经受到与基座相同的运动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样，质量块就有一正比于加速度的应变力作用在压电晶片上。由于压电晶片具有压电效应，因此在它的两个表面上就产生交变电荷（电压），当加速度频率远低于传感器的固有频率时，传感器给输出电压与作用力成正比，亦即与试件的加速度成正比，输出电量由传感器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通的测量仪器测试出试件的加速度；如果在放大器中加进适当的积分电路，就可以测试试件的振动速度或位移。压电压力传感器常用于动态压力。它的种类和型号繁多，按弹性敏感元件和受力机构的形式可分为膜片式和活塞式两类。膜片式主要由本体、膜片和压电元件组成。压电元件支撑于本体上，由膜片将被测压力传递给压电元件，再由压电元件输出与被测压力成一定关系的电信号。这种传感器的特点是体积小、动态特性好、耐高温，具有自生信号，输出信号大，较高的频率响应，结构坚固等优

点，所以压电压力传感器的应用范围非常广泛。 压电传感器在微观以及宏观应用中，也起到了举足轻重的作用。小到细胞、微生物级别的传感器，大到上百吨的桥梁建筑，都能看到压电传感器的身影。压电传感器尅用作压电基因传感器[2]，压电传感器测定DNA 的基本原理是将单链DNA 探针固定到晶体表面，当序列与之互补的待测DNA 在晶片上杂交形成双链DNA 时，晶体的质量增加和产生表面粘弹性变化，根据传感器频率变化或网络分析加以测定。同时，压电传感器在混凝土桥梁等建筑中也起到了很好地健康监测作用。例如交通量监测在公路管理养护系统中有着重要的作用[3]。为此，一种用于监测交通量的新型水泥基压电传感器得以开发研制。该传感器能够响应由于车辆所引起的冲击荷载, 而且具有耐久性好、价格低廉及全天候运行等优点。其工作过程为将两个水泥基压电传感器埋置于一段混凝土梁中，以该梁作为埋入路面以下的传感单元，从而达到监测交通量的作用。

下面主要就压电式压力传感器在雨水测量以及种子计数系统中的应用、压电式传感器在土木工程监测中的应用加以说明。

3.2 压电传感器在重力动态监测系统中的应用与相关参数研究

在当今社会中，公路运输扮演着越来越重要的角色。车辆数目的增多更是给交通带来了一定的压力，很可能导致路面的损坏。所以，公路运力的增加给路面的养护带来了一定的问题，如何监测出这些破坏路面的影响因素是至关重要的。重力动态称重系统已有超过50年的应用历史，同样它被广泛应用在交通道路管理中，动态监测系统能够为道路的设计与寿命估计提供详细的数据。显然，传感器提供的数据的准确度与可靠性是非常重要的，如今在动态监测系统中主要应用石英晶体、高分子材料或者压电陶瓷作为压电材料，虽然动态监测系统技术比较成熟，但是在监测系统影响因子方面还有一定的欠缺[4]。

现在对于监测系统的研究，其局限性主要体现在：

1） 大多数研究机构只是应用一类车型进行了实验研究，不具有通用性；

2） 很少使用最小二乘法和零点校准方法来对传感器进行校核；

3） 多数研究机构没有考虑到路面粗糙度的影响；

4） 对传感器的工作状态监测不够明确。

基于石英晶体、高分子材料以及压电陶瓷的不同的压电参数，分别讨论了在气候、路面条件以及交通运量的影响下，动态监测系统的性能表现。实验的目的就是为了探求在不同载荷条件下动态监测系统的性能表现情况。使之能够对传感器程序校准提出一些建议，并且通过研究能够更好的利用最少的资金来达到较好的效果。本实验着重考虑了载荷大小对监测系统输出数据准确性的影响。

实验选择了高速公路401处以及垃圾填埋场两个场地作为实验基地，并对实验场地做了如下工作：

1）应用粗糙度国际标准（IRI ），对路面的粗糙度进行了评估；

2）对于不同年季节的影响，采用手工校准来调节传感器；

3）统计分析卡车静态载荷与毛重；

4）统计分析卡车静态载荷与毛重的关系；

5）统计分析建模，寻求动态监控系统与轴的载荷以及毛重之间最好的匹配关系；

在高速公路401处的实验基地，分别运用了石英晶体、高分子材料以及压电陶瓷作为压电材料来进行数据采集，此处高速公路为三车道；在垃圾填埋场实验基地搭建的实验平台，两个高分子压电传感器，两个电涡流传感器被分别布置在每一条车道上，在其中还放入了应变仪、压力仪、温度计以及湿度计，此处实验平台为两车道，并且道路为石头路，这是与高速公路401实验场地所完全不同的。对两个实验场地分别进行了数据采集与分析，得到了关于所经过车辆的一些信息，比如轴距、车辆类型、轴载荷、轴数、通过时间等等，这些信息为交通部门提供了很好的数据支持。

在传感器的调试与动态测试系统的测量中，传感器的校准是至关重要的。本实验采用手工校准，并且采用反复迭代算法对数据进行分析，使数据具有更高的精确度与可信度。在反复迭代算法中最重要的是选好λ的值，迭代公式为

⎧(λ-1) λ⎪y y =⎨⎪Log (y ) ⎩(λ≠0) (λ=0)

λ-1⎧λ

λ⎪(y -1) /(λy ) (λ≠0) z =⎨ ⎪y Log (y ) (λ=0) ⎩

S (λ, z ) =SS E =∑(z i -z i ) i =1n λ λ2

λ

i ⎡⎧⎡f (x , λ) =(-n /2) ⎢Ln ⎨⎢⎢⎣⎩⎣(z )(z λ

i -)2n ⎤/n ⎫⎤+λ-1⎡Ln )⎢∑⎬⎥(⎥⎦⎣i =1⎭⎥⎦(y )i ⎤⎥ ⎦

该实验主要测量轴距，无论是石英晶体、高分子材料，还是压电陶瓷所采集的数据的准确性都将受到载荷大小的影响，当载荷大小从1吨变化到6吨时，动态称重系统的参数是非衡量的；由于误差的存在，线性回归方程不能充分的反映载重大小因素的影响，压电陶瓷更易受到载重因素的制约；本实验采用的反复迭代算法可以很好的解决高分子压电材料异方差的问题，通过本实验，也指出了在压电材料选型的一些建议，当资金不足或想尽快校准安装传感器，或者要求用到及时消息时，应该选择高分子压电传感器。

3.3 压电传感器在雨水动能测量以及种子计数系统中的应用

在气象学领域，研究雨水对土壤侵蚀、土壤表皮破坏、对树木林业的影响有很大的意义。因此，降雨模拟器应运而生。降雨模拟器主要是用于研究降雨对不同地形、地势的影响。现在可以有两种方法对雨滴的大小以及终端速递进行测量，一个是用光学的方法，一个是用测定压力的方法。一款基于压电传感技术的装置能够很好地测量和评价降雨模拟器的性能，它能够测得雨滴落下时的动能以及雨滴的大小分布。降雨模拟器由滴头、喷嘴和洒水器组成，其用途在于能够模拟出不同雨量、不同落地速度的仿自然降雨过程。研究表明，影响雨水对土壤的侵蚀因子为雨滴的大小以及雨滴落地的速速。基于压电效应的压电传感器很好的搭建了一个实验平台，该实验平台由压电传感器、笔记本电脑以及相应数据分析软件组成，如图3所示

图3 压电测试系统图

在实验中，将降雨模拟器置于压电测试系统的正上方12米处的高度，并将模拟降雨量分为1.2—27.6mm/h的9个等级，再将雨滴的直径大小分为从1.0—10.0mm 的8个等级，运用控制变量的方法，压电分别测试出雨滴的动能，从而估算出不同情形下，雨滴的侵蚀力。

压电传感器被镶嵌在不锈钢的表面，直接接受雨滴的冲击，并且运用正压电效应，将采集到的力信号转换成电信号通过以下公式[5]进行计算

4⎛π⎫⎛1⎫⎛3600⎫⎛10⎫n

KE t = ⎪6⎪⎪∑KE i ⎪ ⎝12⎭⎝10⎭⎝t ⎭⎝A ⎭i =1

式中KE t 每秒钟的动能，t 为时间间隔，A 是压电传感器面积，KE i 是8个直径等级下的动能

KE c =cKE t I -1

式中KE c 为单位降雨量的动能，I 为降雨量，c 为常数

4⎛π⎫⎛1⎫⎛3600⎫⎛10⎫n 32KE t = ⎪6⎪N D v ⎪∑i i Di ⎪ ⎝12⎭⎝10⎭⎝t ⎭⎝A ⎭i =1

式中v Di 为雨滴的速速，N i 是雨滴的等级数

v Di =9.5⨯1-exp (-0.54D 1.13) ()

式中D 为雨滴的直径。

应用此压电测试系统，可以很好的测量出在不同雨量以及不同终端速度情况下，雨滴的动能，从而进一步估算出雨滴对土壤的侵蚀力。由此可以看出，压电传感器在解决气象学问题的巨大潜力，基于压点传感器的这种测力原理，压电传感器也被应用在农业机械方面。

基于压电传感器的种子计数系统，利用压电陶瓷片检测种子撞击悬臂梁后产生的振动，将振动转换为电压波形，经放大整形后变成单个窄脉冲信号，实现种子计数。

当种子从某一高度下落，与固定在落种导管下方且有一定倾角的悬臂梁式机构撞击，悬臂梁受撞击后产生的振动经过悬臂梁下端的压电传感器变换为电压信号，经信号处理电路输入单片机进行计数[6]。压电式计数系统结构如图4所示。

图4 压电式计数系统

系统中1为种子，2为落种导管，3为悬臂梁，4为压电传感器，5为放大电路，6为单片机，7为数码管。压电传感器选用环形压电陶瓷片，外圆直径为32mm ，中孔直径为10mm ，厚度为2mm 。压电陶瓷片质量较小，谐振频率接近100kHz 。根据压电陶瓷片的尺寸和安装要求，选用70mm×40mm 的减震橡胶块作为悬臂梁。为了让种子撞击后顺利弹开，避免再次撞击，悬臂梁安装倾斜角约为45°，种子则由落种导管引向悬臂梁下端。用硅胶把压电陶瓷片粘贴在受种子冲击的悬臂梁背面，悬臂梁另一端固定。悬臂梁上粘贴有压电传感器的区域对振动有较好的响应。落种导管中间段呈缩口型，种子下落出口段为矩形段，落种导管的整体高度应使种子冲击力有足够的余量，补偿因部分种子质量较轻或者与导管接触碰撞后损失的能量。当有种子落下的时候，正好砸在悬臂梁上，贴在悬臂梁上的压电传感器记录一次，将记录的信号送到单片机以及数码管，完成一次计数过程，

当有连续不断的种子落下时，能够依次实现计数过程。

压电传感器在降水模拟器中的实验模型与在此种子计数系统中的模型是相似的，均是采用了压电传感器的正压电效应，将机械能装换成为电信号以便于后续的数据处理，可见二者虽然应用于不同的领域，但是彼此是可以相互借鉴的。

3.4 压电传感器在土木工程中的应用

压电传感器在土木工程中也有比较广泛的应用，在混凝土等建筑中的健康监测中尤为突出。压电传感器测量结构振动所引起的动态应变，实现结构的振动监测；将先进的传感元器件网络嵌入或以其他方式集成在传统的土木结构中，通过在线实时获取与结构健康状况相关的信息(如应力、应变、温度等) ，对结构的冲击、损伤、缺陷等状态进行实时监测和控制，实现健康自诊断，以保证工程结构和基础设施的安全可靠及降低维修费用；采用压电传感器和执行器对刚架桥梁的螺钉松动情况进行监测；还可以利用压电传感器测量材料破坏时的声发射信号, 来得知裂纹的位置, 以及通过测量冲击激起的弹性波信号实现冲击的定位等。

在当代的土木工程中，钢筋混凝土结构占据了很大的比例。由于地震、台风，爆炸、结冰等恶劣条件的影响，混凝土结果很容易受到破坏，所以，对于混凝土结构中的重要部分进行是非常有必要的。在传统的桥梁健康监测中，不能获得足够的实时监控信息，以及设备昂贵，耗资较大等缺点[8]。现在，在工程上有一种基于压电材料的混凝土被动检测系统，该系统的核心部件是一种新型的的压电陶瓷—PZT 材料。PZT 是一种典型的压电陶瓷材料，其同样具有双向压电效应，当PZT 受到外力的作用时，会产生电荷；当有外电荷加载到PZT 材料上的时候，它会产生形变，其双向压电效应如图5所示

[7]

图5 PZT 压电效应示意图

现在在工程应用中，对于混凝土等土木工程材料的主动监测主要有两种方法：第一种是阻抗分析法；另外一种是声波分析法。对比两种监测方法可知，声

波分析方法较比阻抗分析方法具有明显的优越性，表现在声波分析法具有很宽的监视范围，可以减少传感器的数量，以及拥有丰富的模型便于识别各种损伤等优点。但是对于混凝土的被动监测系统却比较少见。此处用到了PZT 压电材料，并基于声发射技术很好的解决了这一被动监视的问题。当混凝土等土木工程结构发生裂纹、断裂等损坏时，其一定伴随有声发出，即使是很微弱的声音，此时这种被动监视设备能够搜集到声音信号，并传回到系统中进行分析。这种被动监视装置是由一种特殊的结构制成的，其结构示意图如图6所示

图6 装置结构示意图

将这种小型装置埋入待检测的混凝土中，就可以搜集到其由于损伤所产生的声波信号，对此声波信号进行频域分析，就可以得到混凝土损伤的全过程以及损伤程度，进而实现了混凝土额被动监测。

于此相仿的是在我国的台湾地区，有学者专门应用这种PZT 材料对”牛斗桥”进行了可靠的实验分析[9]。将压电传感器埋入桥墩结构内，当试体受到破坏时，由压电传感器发射应力波及由不同位置的压电传感器来撷取应力波，利用应力波振幅随着结构破坏程度、裂缝增加而减少振幅的特性，可知桥墩结构物的损坏程度。

对于已建成使用的超高层建筑、大跨度空间结构、大跨度桥梁等重要建筑需要布置有效的监测系统，对其关键部位应力、位移以及整个结构的动态特性进行实时监测，随时评定其安全状况，在出现危险信号时候及时发出预警，避免灾难发生；对于拟建和在建的大型土木工程结构，在吸取以往的经验和教训基础上，在施工过程中就埋入各类传感器。然而目前常用的传感器在土木工程结构中的应用都存在若干问题，如埋入式传感器会改变结构内应力分布；传感器寿命小于结构寿命；传感器在结构施工中易被破坏等等[10]，为此特地开发了一种新的封装材料来粘结水泥块和压电陶瓷片。这种封装材料由干水泥粉和环氧树脂混合而成，它具有高强度、高电阻率和高防水性。这种材料硬化以后，其强度远高于环氧树脂硬化后的强度，接近于水泥硬化的强度。封装材料与水泥块间的力学性能匹配更有利于从水泥块到压电陶瓷间的应力传递，确保压电陶瓷上获得真实应力。同时这种封装材料还具有同环氧树脂一样高的电阻率，可以保证传感器的电学稳定

性。另外，这种封装材料还具有很高的防水性，可以保证压电陶瓷不受水汽的影响。

3.5 基于声发射技术的水泥基压电传感器在混凝土监测中的应用

研究中讨论了利用声发射技术工作的水泥基压电传感器的可靠性，这个传感器有0至3个感受压力的部分，通过将具有压电性能的粉末进行挤压，形成硬币大小的复合材料。通过改变压电陶瓷粉末的剂量，能够使其适应不同的应用程序。传感器被嵌入在混凝土中，并且具有较宽的频率响应。

声发射技术是被动无损检测技术，通过检测声波来达到探测材料或者结构的损伤。在声发射技术中，传感器和结构的表面进行耦合。由于混凝土是声波的高衰减材料，声发射技术不适用于大型混凝土结构以及地下工程结构的监测，为了解决这一问题，本实验提出了运用嵌入式水泥基压电传感器，在对建筑结构进行水泥浇筑时，将水泥基压电传感器嵌入其中，就能够很好的对其进行监测。在智能监控系统中，压电传感器具有较宽的频域响应以及很高的灵敏度，是至今为止性能表现最好的一种材料。

水泥基压电传感器是将压电陶瓷粉末与白水泥进行混合，混合后的复合材料比单一的压电陶瓷材料参数具有明显的优越性，二者对照表如下表7所示

d 33为介电常数，ετ33为压电常数，K t 为换能系数，Q 为衰减系数 m

图7 压电陶瓷与复合材料对照表

水泥基压电传感器制作过程如下，将水和压电粉末以比率为0.15的比例进行混合，将混合物做成硬币大小的形状，并进行100MP 高压处理，将这个毛坯放入温度为65度、相对湿度为98%的环境中保持24小时，然后将其表面涂上一层金属粉，这道工序是至关重要的，然后将试件放在80度的环境中，并加入4000V/mm的电压进行极化操作，最后放入硅油中进行冷却去除应力[11]。

将制作好的硬币形状的压电混合材料片进行正负极的标定，并对其表面进行绝缘处理，粘接上导电层和接地层数据线，将线路沿着轴向方向引出，并将导线连入压电片的正负极，成品的示意图与实物图如图8所示

图8 成品示意图与实物图

通过这种方法制作的水泥基压电传感器较比商业压电传感器具有明显的优势。通过实验我们可以得到，对于商业压电传感器，从时域上分析可以看出，它具有一个很快的脉冲上升信号和一个持续时间很长的下降信号；从频域分析上可以看出，他是一个典型的窄带宽信号，存在一个大约200HZ 的谐振峰，由于声阻抗的不协调，产生的声信号在传递到界面时会变得很微弱。对于这种水泥基复合材料压电传感器，从时域分析可以看出，它具有一个非常短的上升脉冲，并且衰减特别快，震荡时间相对较短，从频域分析可以看出，响应从50到500HZ 平缓的变化。在工程应用中，我们理想的信号是平缓的响应，频率从20KHZ 到1MHZ, 从实验中可以看出，水泥基压电传感器的频率变化范围是50-500KHZ, 所以可以看出，水泥基压电传感器具有明显的优越性。

此外，在道路寿命评估以及养护方面，压电传感器也起到了重要的的作用。如雨天动水压力的存在，不仅造成沥青路面易于出现水损害，加快路面使用性能衰减，而且影响到汽车行驶安全，准确测量动水压力数值的大小是研究其危害的有效途径[12]。基于压电传感系统能够保证对结构动态压电数据的连续采集，通过自制的压电传感器和设计的标定与实验方案来分析实时采集的动态压电数据。这是压电传感器在土木工程中的又一个非常有意义的应用。

第四章 小结

从1880压电效应被发现至今，基于压电效应的压电传感器已经有了飞跃式的发展。压电传感器已经渗透到了包括生物、化学、军事、生活、工程、农业等各个领域。本文着重介绍了压电传感器的工作原理以及在土木工程以及农业中额重要应用。压电传感器以其结构简单、体积小、质量小、功耗小、寿命长，特别是它具有良好的动态特性以及响应的快速性等优点，它正在逐步的向更多的领域发展，相信在不久的将来，压电传感器会在工程应用中呈现出一种更加蓬勃向上的生机！

主要参考文献

[1] 张福学. 压电传感器发展史的研究和开发建议[J ].传感器技术.

[2] 陈令新，关亚风，杨丙成，申大忠. 压电晶体传感器的研究进展[J ].化学进展，2002，14（1）：68-74.

[3] Yang Xiao-ming，Li Zong-jin. Cement-based Piezoelectric Sensor for Monitoring of Highway Traffic I： Basic Properties[J ].防灾减灾工程学报，2010，30：413-417.

[4] Shahram Hashemi Vaziri,Carl T. Haas,Leo Rothenburg,Ralph C. Haas. Investigation of the Effect of Weight Factor on Performance of Piezoelectric Weigh-in-Motion Sensors[J]. Journal of Transportation Emgineering，2013,9:913-923.

[5] Mohamed A. M. Abd Elbasit，Hiroshi Yasuda，Atte Salmi. Simulated Rainfall Erosivity ： Measurement and Evaluation Using Piezoelectric Sensors [C ]. 2010 International Conference on Chemistry and Chemical Engineering，2010.

[6] 张霖，赵祚喜，可欣荣，冯贤超，张智刚，黄健. 压电式种子计数系统[J ].农业机械学报，2011，42（8）：41-45.

[7] 宋颖，王志臣，杜彦良. 压电传感测试技术的应用研究进展[J ].传感器与微系统，2008，27（5）：8-11.

[8] Yanyu Meng ，Shi Yan. Research on Damage Passive Monitoring of Eccentric Compression Concrete Columns Based on Piezoelectric Sensors[C].2011 International Conference on Mechatronic Science, Electric Engineering and Computer ，2011.

[9] 廖文义，王鉴翔. 应用压电陶瓷传感器于桥墩的损坏诊断[J ].土木工程学报，2012，45:197-201.

[10] 杨晓明，李宗津. 新型水泥基压电传感器的基本性能研究[J ].传感技术学报，2012, 25（3）：349-354.

[11] Lei Qin,Youyuan Lu,Zongjin Li. Embedded Cement-Based Piezoelectric Sensors for Acoustic Emission Detection in Concrete[J]. Journal of Materials in Civil Engineering ，2010，12：1323-1328.

[12] 蒋泽民，高俊启，季天剑，盛余祥，张春海，徐姣. 压电传感器测量路面动水压力研究[J ].传感器与微系统，2012, 31（4）:17-19.