壓電式傳感器探討與應(yīng)用.doc

編號(hào) 畢 業(yè) 論 文 題目：壓電式傳感器探討與應(yīng)用學(xué)生姓名：胡樹(shù)風(fēng)學(xué) 號(hào)：07655114專(zhuān) 業(yè)：檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用班 級(jí)：076551指導(dǎo)教師：黎正根老師 2010 年6月 目錄 一、 緒論、3二、 壓電式傳感器的基本原理、51、 壓電效應(yīng)2、 壓電材料3、 測(cè)量電路三、 壓電式壓力傳感器原理和結(jié)構(gòu)圖 、9四、 影響壓電式傳感器精度的因素分析、10五、 壓電式傳感器的舉例應(yīng)用、11六、 小結(jié)、20 ！ 一、緒論 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的作用人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類(lèi)五官的延長(zhǎng)，又稱(chēng)之為電五官。 新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。 在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 nm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類(lèi)感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的先驅(qū)。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。 由此可見(jiàn)，傳感器發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱(chēng)的新水平。 二、壓電式傳感器的基本原理1、壓電效應(yīng)壓電式傳感器是基于壓電效應(yīng)的傳感器。是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。常見(jiàn)有以下幾種壓電效應(yīng)模型（見(jiàn)圖1） 圖1壓電效應(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)是指：當(dāng)晶體受到某固定方向外力的作用時(shí),內(nèi)部就產(chǎn)生電極化現(xiàn)象,同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力撤去后，晶體又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；當(dāng)外力作用方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。壓電式傳感器大多是利用正壓電效應(yīng)制成的。逆壓電效應(yīng)是指對(duì)晶體施加交變電場(chǎng)引起晶體機(jī)械變形的現(xiàn)象，又稱(chēng)電致伸縮效應(yīng)。用逆壓電效應(yīng)制造的變送器可用于電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長(zhǎng)度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型 5種基本形式（見(jiàn)圖2）。 圖2壓電晶體是各向異性的，并非所有晶體都能在這 5種狀態(tài)下產(chǎn)生壓電效應(yīng)。例如石英晶體就沒(méi)有體積變形壓電效應(yīng)，但具有良好的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。 壓電式傳感器大致可以分為4種，即：壓電式測(cè)力傳感器，壓電式壓力傳感器，壓電式加速度傳感器及高分子材料壓力傳感器。 2 、壓電材料(piezoelectric material) 選用合適的壓電材料是設(shè)計(jì)高性能傳感器的關(guān)鍵。一般應(yīng)考慮一下幾個(gè)方面：（1） 轉(zhuǎn)換性能：具有較高的耦合系數(shù)或具有較大的壓電常數(shù)。（2） 機(jī)械性能：壓電元件作為受力元件，希望它的機(jī)械強(qiáng)度高、機(jī)械剛度大。以期獲得寬的線性范圍和高的固有振動(dòng)頻率。（3） 電性能：希望具有高的電阻率和大的介電常數(shù)，以期望減弱外部分布電容的影響而獲得良好的低率特性。（4） 溫度和濕度穩(wěn)定性要好：具有較高的居里點(diǎn)、以期望得到寬的工作溫度范圍。（5） 時(shí)間穩(wěn)定性：壓電特性不隨時(shí)間蛻變。 常見(jiàn)的壓電材料有：石英、鈦酸鋇陶瓷、鈣鈦礦型的鈮酸鹽等，下面簡(jiǎn)單介紹兩種： 鈦酸鋇壓電陶瓷：鈦酸鋇（BaTiO3）是由碳酸鋇（BaCO3）和二氧化鈦（TiO2）按1：1分子比例在高溫下合成的壓電陶瓷。它具有很高的介電常數(shù)和較大的壓電系數(shù)（約為石英晶體的50倍）。不足之處是居里點(diǎn)溫度低（120），溫度穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度不如石英晶體。高分子壓電材料：某些合成高分子聚合物薄膜經(jīng)延展拉伸和電場(chǎng)極化后，具有一定的壓電性能，這類(lèi)薄膜稱(chēng)為高分子壓電薄膜。目前出現(xiàn)的壓電薄膜有聚二氟乙烯PVF2、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC、聚甲基-L谷氨酸脂PMG等。高分子壓電材料是一種柔軟的壓電材料，不易破碎，可以大量生產(chǎn)和制成較大的面積。3、測(cè)量電路壓電式傳感器簡(jiǎn)單的說(shuō)就是壓電敏感元件的受力變形后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。電荷放大器由電荷變換級(jí)、適調(diào)級(jí)、低通濾波器、高通濾波器、末級(jí)功放、電源幾部分組成。壓電傳感器接放大器的等效電路如圖3： 圖3：（a） 放大器電路 （b） 等效電路三、壓電式壓力傳感器原理和結(jié)構(gòu)壓電式壓力傳感器（piezoelectric type pressure transducer）：基于壓電效應(yīng)的壓力傳感器。它的種類(lèi)和型號(hào)繁多，按彈性敏感元件和受力機(jī)構(gòu)的形式可分為膜片式和活塞式兩類(lèi)。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成（見(jiàn)圖4）。壓電元件支撐于本體上，由膜片將被測(cè)壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與被測(cè)壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。這種傳感器的特點(diǎn)是體積小、動(dòng)態(tài)特性好、耐高溫等?，F(xiàn)代測(cè)量技術(shù)對(duì)傳感器的性能出越來(lái)越高的要求。例如用壓力傳感器測(cè)量繪制內(nèi)燃機(jī)示功圖，在測(cè)量中不允許用水冷卻，并要求傳感器能耐高溫和體積小。壓電材料最適合于研制這種壓力傳感器。目前比較有效的辦法是選擇適合高溫條件的石英晶體切割方法,例如XY（+20+30）割型的石英晶體可耐350的高溫。而LiNbO3單晶的居里點(diǎn)高達(dá)1210，是制造高溫傳感器的理想壓電材料。 圖4四、影響壓電式傳感器精度的因素分析1、非線性壓電傳感器的幅值線性度是指被測(cè)物理量（如力、壓力、加速度等）的增加，其靈敏度的變化程度。2、橫向靈敏度 壓電加速度傳感器的橫向靈敏度是指當(dāng)加速度傳感器感受到與其主軸向（軸向靈敏度方向）垂直的單位加速度振動(dòng)時(shí)的靈敏度，一般用它與主軸向靈敏度的百分比來(lái)表示，稱(chēng)為橫向靈敏度比。3、環(huán)境溫度的影響環(huán)境溫度的變化對(duì)壓電材料的壓電常數(shù)和介電常數(shù)的影響都很大，它將使傳感器靈敏度發(fā)生變化，壓電材料不同，溫度影響的程度也不同。當(dāng)溫度低于400時(shí)，其壓電常數(shù)和介電常數(shù)都很穩(wěn)定。4、濕度的影響 環(huán)境濕度對(duì)壓電式傳感器性能的影響也很大。如果傳感器長(zhǎng)期在高濕度環(huán)境下工作，其絕緣電阻將會(huì)減小，低頻響應(yīng)變壞。5、接地回路噪音 在測(cè)試系統(tǒng)中接有多種測(cè)量?jī)x器，如果各儀器與傳感器分別接地，各接地點(diǎn)又有電位差，這便在測(cè)量系統(tǒng)中產(chǎn)生噪音。防止這種噪音的有效辦法是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)在一點(diǎn)接地。而且選擇指示器的輸入端為接入點(diǎn)。 五、壓電式傳感器的舉例應(yīng)用 1、壓電交通傳感器在ITS中的應(yīng)用Intelligent Transport System,簡(jiǎn)稱(chēng)ITS智能交通系統(tǒng)將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合運(yùn)輸和管理系統(tǒng)。 隨著全球智能交通技術(shù)(ITS)的發(fā)展，與眾多的技術(shù)一樣，美國(guó)MSI（MICRO STAR INTERNATIONAL：微星科技）傳感器公司研發(fā)與生產(chǎn)的壓電傳感器在過(guò)去數(shù)年里取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。它為用戶(hù)提供的不僅僅是良好的性能，高度的可靠性，簡(jiǎn)易的安裝方法，還有逐步降低的價(jià)格。它獨(dú)一無(wú)二的特性使其在日益擴(kuò)展的應(yīng)用中成為理想的選擇。壓電傳感器特點(diǎn)電容式傳感器：不能檢測(cè)靜止在傳感器上的車(chē)輛。只能檢測(cè)動(dòng)態(tài)信號(hào)，內(nèi)阻很高，在低頻時(shí)信號(hào)衰減很大，低速時(shí)應(yīng)考慮采用較高的電路輸入阻抗，速度范圍取決于電路設(shè)計(jì)，一般為5公里/小時(shí)到200公里/小時(shí)，較成功的系統(tǒng)達(dá)到10米/分鐘(0.6公里/小時(shí))。無(wú)源傳感器：可在前置放大器前長(zhǎng)距離傳送而不需要供電。壽命長(zhǎng)：超過(guò)4千萬(wàn)次ESAL(等效單軸負(fù)載)安裝質(zhì)量好可達(dá)一億次(ESAL)。大信號(hào)： 200公斤輪載，在55英里速度行駛時(shí)，輸出最小250mV信號(hào)。動(dòng)態(tài)特性好：可測(cè)自行車(chē)，摩托車(chē)，小汽車(chē)及重型貨車(chē)。高信噪比：傳感器的扁平結(jié)構(gòu)即寬厚比為6:1使非受力方向的躁聲最校包括路面躁聲和相鄰車(chē)道車(chē)輛的躁聲最校最小的路面破壞：安裝切口僅為19mmx19mm。并可與路面輪廓一致。易搬運(yùn)：盤(pán)卷在600mmx600mm的紙盒內(nèi)，卷曲直徑不小于300mm就不會(huì)損壞。一次安裝獲取多種信號(hào)：如軸數(shù)，重量，車(chē)速，軸距，與電感線圈配合，從而實(shí)現(xiàn)行駛中稱(chēng)重(WIM英文Microsoft Windows Imaging Format(WIM)的簡(jiǎn)稱(chēng)是基于文件的映像格式),車(chē)輛分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，車(chē)速監(jiān)測(cè)，闖紅燈拍照。壓電傳感器應(yīng)用范圍壓電傳感器主要應(yīng)用于行駛中稱(chēng)重(WIM),車(chē)輛分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，計(jì)軸數(shù)，測(cè)軸距，車(chē)速監(jiān)測(cè)，闖紅燈拍照，泊車(chē)區(qū)域監(jiān)控，收費(fèi)站地磅，交通信息采集和統(tǒng)計(jì)(道路監(jiān)控)以及機(jī)場(chǎng)滑行道。一。行駛中稱(chēng)重(WIM)在美國(guó)。巴西。德國(guó)。日本和韓國(guó)有大量應(yīng)用，其主要用途是高速公路車(chē)輛超重超載監(jiān)測(cè)的預(yù)選和橋梁超載警告系統(tǒng)，既判斷正在高速行駛中的車(chē)輛，尤其是駛過(guò)橋梁的車(chē)輛是否超載，由視頻系統(tǒng)拍下車(chē)牌號(hào)記錄在案，然后再由執(zhí)法機(jī)構(gòu)用精度較高的低速稱(chēng)重系統(tǒng)判斷超載量并根據(jù)超載量罰款。性能符合ASTME1318-94動(dòng)態(tài)稱(chēng)重標(biāo)準(zhǔn)，傳感器長(zhǎng)度方向上的輸出一致性小于7，埋設(shè)在路面下永久性安裝時(shí)，總重精度在10以?xún)?nèi)，適用于ASTME1318-94標(biāo)準(zhǔn)I類(lèi)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)；臨時(shí)安裝在路面時(shí)，總重精度在15以?xún)?nèi)，適用于ASTMEl318-94標(biāo)準(zhǔn)II類(lèi)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)。傳感器精度與車(chē)輛振動(dòng)和跳動(dòng)有關(guān)，與輪胎壓在傳感器上的面積有關(guān)，與溫度有關(guān)，需要溫度補(bǔ)償。尤其是道路質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)精度影響很大，用在水泥路面較好，壽命長(zhǎng)于瀝青路面，用于動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的道路質(zhì)量應(yīng)符合ASTM（American Society for Testing and Materials系美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的英文縮寫(xiě)）的有關(guān)規(guī)定。通?？梢员ＷC的精度是10，個(gè)別成功的系統(tǒng)精度可達(dá)1-2。速度范圍可以從5公里小時(shí)到200公里小時(shí)，較成功的系統(tǒng)在低速端達(dá)到10米分鐘(0.6公里小時(shí))。重量下限是自行車(chē)，上限經(jīng)受了50萬(wàn)次60KN單輪胎實(shí)驗(yàn)，等效于70噸(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的9類(lèi)車(chē)輛),實(shí)測(cè)中水泥實(shí)驗(yàn)路段被壓壞。二。車(chē)輛分類(lèi)統(tǒng)計(jì)壓電傳感器的主要用途是車(chē)型分類(lèi)，車(chē)速數(shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)換為可靠的分類(lèi)數(shù)據(jù)。不同的國(guó)家使用不同的分類(lèi)表對(duì)車(chē)輛分類(lèi)。在美國(guó)，F(xiàn)HWA（Federal Highway Administration：聯(lián)邦汽車(chē)運(yùn)輸安全管理局）把車(chē)輛定義為從摩托車(chē)到多用途拖車(chē)的13種類(lèi)型(見(jiàn)高速公路動(dòng)態(tài)稱(chēng)重(WIM)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及用戶(hù)要求與試驗(yàn)方法ASTMl318-94)。車(chē)輛的類(lèi)型是根據(jù)軸數(shù)和軸距確定的。軸距：由于車(chē)速在3米或小于3米的距離內(nèi)基本上是均速，用車(chē)軸經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)建立的信號(hào)時(shí)間差乘以車(chē)速，就得出軸距。軸數(shù)：由于傳感器是檢測(cè)壓過(guò)輪胎的力，因此即使在車(chē)量靠得很近時(shí)也很容易測(cè)出軸數(shù)，但在車(chē)流密集。低速及車(chē)型相似時(shí)，不能區(qū)分所計(jì)軸數(shù)是同一輛車(chē)還是兩輛車(chē)，而電感線圈不能計(jì)軸數(shù)，因而用電感線圈+壓電傳感器的方案既可測(cè)得軸數(shù)又可測(cè)得車(chē)數(shù)。配置方案既可以是傳感器+線圈+傳感器，也可以是線圈十傳感器十線圈，為獲取車(chē)速信號(hào)芹進(jìn)行其它計(jì)算，兩個(gè)方案都可以，但前一個(gè)配置較好。輪距：有些國(guó)家如南韓，車(chē)輛的分類(lèi)需要檢測(cè)輪距，我國(guó)車(chē)輛的種類(lèi)很多，存在同軸距不同輪距的問(wèn)題，如解放車(chē)和黃河車(chē)，其載重能力的差別很大。如果檢測(cè)器能分辨輪距，將增加系統(tǒng)的覆蓋率和準(zhǔn)確性。將傳感器以一定角度斜埋就可解決這個(gè)問(wèn)題。輪胎數(shù)：其他國(guó)家車(chē)輛分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)，如巴西是以雙輪胎作為等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)的。為了探測(cè)雙輪胎，通常在與車(chē)流方向成一定角度(一般是30度到45度)再加裝一個(gè)傳感器。當(dāng)雙輪胎經(jīng)過(guò)斜埋的傳感器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)雙峰脈沖，通過(guò)電路的處理可識(shí)別雙輪胎信號(hào)。垂直車(chē)流安裝的傳感器仍用來(lái)正常探測(cè)車(chē)速，軸數(shù)，并與斜埋傳感器計(jì)數(shù)進(jìn)行比較。根據(jù)交通部發(fā)布的“超限運(yùn)輸車(chē)輛行駛公路管理規(guī)定”，動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)應(yīng)具備識(shí)別單。雙輪胎的能力，通過(guò)斜埋壓電軸傳感器就可解決這個(gè)問(wèn)題。由于車(chē)流量的快速增長(zhǎng)，ETC(ETC = Electronic Toll Collection電子不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng))成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)。我國(guó)一直采用的是按噸位和按客車(chē)座位數(shù)分類(lèi)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)行駛的車(chē)輛種類(lèi)復(fù)雜，按這種分類(lèi)法在ETC系統(tǒng)中引入自動(dòng)分類(lèi)十分困難。按軸距和軸數(shù)分類(lèi)，再考慮載重，應(yīng)是比較合理的方法。建立合理的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是解決ETC問(wèn)題的關(guān)鍵。制定標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)是檢測(cè)手段。應(yīng)結(jié)合視頻技術(shù)，壓電軸傳感器及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)針對(duì)車(chē)輛的軸數(shù)。軸距。輪數(shù)。長(zhǎng)。寬。高等物理特性設(shè)計(jì)車(chē)型識(shí)別系統(tǒng)。這需要管理部門(mén)，系統(tǒng)集成商及器件供應(yīng)商的有機(jī)組合才能實(shí)現(xiàn)。三。車(chē)速監(jiān)測(cè)通常在每條車(chē)道上安裝兩條傳感器，這便于分別地采集每條車(chē)道的數(shù)據(jù)。使用兩個(gè)傳感器可計(jì)算出車(chē)輛的速度。當(dāng)輪胎經(jīng)過(guò)傳感器A時(shí)，啟動(dòng)電子時(shí)鐘，當(dāng)輪胎經(jīng)過(guò)傳感器B時(shí)，時(shí)鐘停止。兩個(gè)傳感器之間的距離一般是3米，或比3米短一些(可根據(jù)需要確定)。傳感器之間的距離已知，將兩個(gè)傳感器之間的距離除以?xún)蓚€(gè)傳感器信號(hào)的時(shí)間周期，就可得出車(chē)速。根據(jù)德國(guó)PTB的報(bào)告，在汽車(chē)以200公里小時(shí)的勻速行駛時(shí)，測(cè)量精度可達(dá)到1。壓電傳感器可以區(qū)分差別很小的車(chē)輛，這一點(diǎn)使其可與速度相機(jī)觸發(fā)器在固定地點(diǎn)一同使用。通常都安裝2條傳感器作為一組，有的國(guó)家也安裝3條(增加了校驗(yàn))。當(dāng)輪胎經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，根據(jù)從A到B,再?gòu)腂到C,最終從A到C的時(shí)間，計(jì)算出車(chē)速。然后對(duì)這幾個(gè)車(chē)速進(jìn)行對(duì)比，它們都應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)，通常不超過(guò)2。如果車(chē)輛超過(guò)了規(guī)定的時(shí)速，前輪經(jīng)過(guò)最后一個(gè)傳感器時(shí)，立刻給車(chē)輛拍照，并計(jì)算出車(chē)速。在第一張照片拍攝后的固定時(shí)間進(jìn)行第二次拍照，這樣觀測(cè)儀可以校驗(yàn)車(chē)速。即使在車(chē)流量很高的情況下，也可得到各個(gè)車(chē)道的信息。傳感器可以交錯(cuò)安裝，以便照相機(jī)有穩(wěn)定的焦點(diǎn)，從而使得照片清晰可讀。通過(guò)車(chē)速監(jiān)測(cè)既可以對(duì)超速車(chē)輛罰款，又可以根據(jù)車(chē)流量建立可變限速標(biāo)志和可變情報(bào)板。在車(chē)流量較高時(shí)，設(shè)置較低的限速；流量較低時(shí)，設(shè)置較高的限速，建立動(dòng)態(tài)的管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)路面管理智能化。四。收費(fèi)站地磅壓電軸傳感器的一個(gè)應(yīng)用就是收費(fèi)站地磅。傳感器可以記錄高速行駛中車(chē)輛的數(shù)據(jù)。車(chē)速較低時(shí)，軸傳感器與電路的接口很關(guān)鍵，壓電傳感器對(duì)低頻信號(hào)會(huì)衰減，低頻衰減由傳感器的電容和電路輸入阻抗決定。壓電軸傳感器電路部分的另一個(gè)改進(jìn)就是允許傳感器在10米分鐘(0.6公里小時(shí))的速度時(shí)應(yīng)用。盡管壓電軸傳感器能探測(cè)出壓上傳感器然后從傳感器上移開(kāi)的輪胎，但它不能檢測(cè)靜止在傳感器上的車(chē)輛。在一個(gè)非常小的距離內(nèi)可以同時(shí)應(yīng)用多個(gè)傳感器。以防止錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)，芹改善計(jì)數(shù)的校驗(yàn)。壓電傳感器十分適合在收費(fèi)站自動(dòng)分類(lèi)車(chē)道上使用，因?yàn)樵谀抢镘?chē)速的變化很大。壓電軸傳感器為收費(fèi)站地磅提供了一個(gè)非常有效的優(yōu)勢(shì)，壓電軸傳感器的壽命比普通的電阻式地磅要長(zhǎng)得多。由于傳感器的固態(tài)結(jié)構(gòu)，壓電軸傳感器沒(méi)有可移動(dòng)部分。傳感器中可見(jiàn)的變形在微米(um)范圍內(nèi)，而電阻式地磅通常在橡膠套中有幾毫米的變形，因此而引入了一個(gè)疲勞元件。電阻式傳感器壽命為100-500萬(wàn)軸次，而壓電傳感器卻超過(guò)1億軸次。五。闖紅燈拍照壓電軸傳感器也可作為闖紅燈照相機(jī)的觸發(fā)器。在交叉路口的紅燈線前安裝兩個(gè)傳感器，傳感器與紅燈線的最小距離一般為2米。兩條傳感器的間距為1米或小于1米，可安裝在地感線圈的上方，所有數(shù)據(jù)由前輪采集，在車(chē)輛移動(dòng)6(150mm)以前完成信號(hào)采集，信號(hào)采集與速度無(wú)關(guān)，與車(chē)輛類(lèi)型無(wú)關(guān)，可在高密度交通流量時(shí)使用，照相機(jī)控制器與紅綠燈控制器相連，以便只在紅燈時(shí)完成動(dòng)作。用兩條傳感器確定停車(chē)線前的車(chē)速，如果紅燈亮并且車(chē)速大于預(yù)置值，就會(huì)自動(dòng)拍下第一張照片。第一張照片證明紅燈已亮，而且車(chē)輛在紅燈亮?xí)r未超越停車(chē)線，并可證明車(chē)速及已亮紅燈的時(shí)間。第二張照片根據(jù)車(chē)速在這以后固定的時(shí)間內(nèi)拍出，一般來(lái)說(shuō)為1至2秒。第二張照片證明事實(shí)上車(chē)輛越過(guò)了停車(chē)線進(jìn)入交叉路口并闖了紅燈。在美國(guó)，因?yàn)殡[私的緣故，大部分照片都是在汽車(chē)尾部拍攝的，然后給車(chē)輛開(kāi)罰單，方式與停車(chē)罰單類(lèi)似。注冊(cè)的車(chē)主會(huì)收到罰單，其中包括兩張照片，并把車(chē)牌照號(hào)的部分放大。雖然數(shù)碼相機(jī)已被接受，但大部分系統(tǒng)還是采用35毫米或更大規(guī)格的濕膠片來(lái)拍攝的。初步證據(jù)在采用濕膠片或一次寫(xiě)入多次讀取的數(shù)碼影像方式時(shí)對(duì)違章者是不利的。這樣就防止了對(duì)證據(jù)進(jìn)行數(shù)碼串改。在美國(guó)的馬里蘭州霍華德縣，由于安裝了采用壓電軸傳感器的闖紅燈拍照系統(tǒng)，在一年內(nèi)闖紅燈事件減少了53，只有3.2提出由法庭審判，90的法庭審判證明事主違章。在有一個(gè)像機(jī)的第一個(gè)交叉路口，沖突由1992年的15次年減少到1998年的8次年。20臺(tái)像機(jī)，發(fā)出21000次罰款通知。六。觸發(fā)器選擇壓電傳感器作闖紅燈照相機(jī)觸發(fā)器的原因與它們?cè)谒俣日障鄼C(jī)中的應(yīng)用相同。在照片中可以看到車(chē)輛仍在傳感器的上方。傳感器以有線方式連接到照相機(jī)上，將信息具體到某一車(chē)道。即使在兩條相鄰車(chē)道上，兩輛車(chē)緊挨著，傳到照相機(jī)控制器的數(shù)據(jù)將是該傳感器所在車(chē)道的數(shù)據(jù)。傳感器不象固定的雷達(dá)裝置那樣很難區(qū)分相鄰車(chē)輛，因此，壓電傳感器適用于多車(chē)道。收到罰單的人被再確認(rèn)他們確實(shí)是闖了紅燈或違反了車(chē)速規(guī)定，因?yàn)樗麄兛梢院芮宄乜吹秸宫F(xiàn)在他們眼前的證據(jù)。七。交通信息采集和統(tǒng)計(jì)(道路監(jiān)控)壓電軸傳感器的應(yīng)用已擴(kuò)展成一門(mén)技術(shù)，并更可靠，價(jià)格合理。這項(xiàng)技術(shù)起源于美國(guó)的聯(lián)邦高速公路署(FHWA)長(zhǎng)期道路性能工程(LTPP)。在這個(gè)項(xiàng)目下，部分道路的交通負(fù)載，類(lèi)型和重量被監(jiān)控，以確定道路的磨損。類(lèi)型和等級(jí)。在這種方式下，通常采用的是周期信息采集，而幾乎沒(méi)有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。目前，由于我國(guó)的高速公路建設(shè)尚在起步階段，有