[发明专利]一种可用于沥青路面损伤监测的压电超声换能器及其制备方法

权利要求书

1.一种可用于沥青路面损伤监测的压电超声换能器，其特征是：包括压电超声换能器本体，所述压电超声换能器本体包括背衬层、匹配层、屏蔽层和压电复合材料，所述匹配层设于压电复合材料前侧，背衬层设于压电复合材料后侧，所述屏蔽层覆盖于压电复合材料左右两侧，所述压电复合材料连接有屏蔽线。

2.根据权利要求1所述的一种可用于沥青路面损伤监测的压电超声换能器，其特征是：所述压电复合材料包括多个均匀排列的压电陶瓷柱，相邻压电陶瓷柱之间浇注有聚合物基体或沥青基体。

3.根据权利要求2所述的一种可用于沥青路面损伤监测的压电超声换能器，其特征是：所述压电超声换能器本体为发射型压电超声换能器，压电陶瓷柱为PZT-4压电陶瓷。

4.根据权利要求2所述的一种可用于沥青路面损伤监测的压电超声换能器，其特征是：所述压电超声换能器本体为接收型压电超声换能器，压电陶瓷柱为PZT-5压电陶瓷。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种可用于沥青路面损伤监测的压电超声换能器，其特征是：所述匹配层由沥青、环氧树脂和固化剂组成，所述背衬层由沥青、环氧树脂、钨粉和固化剂组成。

6.根据权利要求1所述的一种可用于沥青路面损伤监测的压电超声换能器的制备方法，其特征是：步骤如下：

采用切割-浇注法制备压电复合材料，通过压电复合模具，以PZT压电陶瓷为功能体，沥青为基体，环氧树脂为基体改性组分，制备压电复合材料；

压电复合材料制备完成后与屏蔽线连接；

将压电复合材料放入换能器模具中，再将匹配层浇注在换能器模具内并固化，匹配层浇注于压电复合材料前侧，匹配层由沥青、环氧树脂和固化剂调制组成；

将背衬层浇注在换能器模具内并固化，所述背衬层浇注于压电复合材料后侧，所述背衬层由沥青、环氧树脂、钨粉和固化剂组成；

最后在压电复合材料的左侧和右侧喷涂屏蔽层，所述屏蔽层为电磁屏蔽涂料。

7.根据权利要求6所述的一种可用于沥青路面损伤监测的压电超声换能器的制备方法，其特征是：步骤（1）压电复合材料的制备步骤如下：

先将压电陶瓷进行极化处理，并通过切片机将压电陶瓷切割成若干压电陶瓷柱；

将压电陶瓷柱通过丙酮清洗，再用钛酸四丁酯将压电陶瓷柱浸泡；

将若干压电陶瓷柱固定在压电复合模具中，压电复合模具内壁涂抹一层机油，压电陶瓷柱均匀分布于压电复合模具内，并放在振动台上；

将聚合物基体或沥青基体浇注到模具内，在振动台的作用下，所述聚合物基体或沥青基体均匀浇注分布于相邻压电陶瓷柱之间的空隙处，压电复合材料浇注完成；

浇注完成后，放入真空干燥器中抽真空除去聚合物基体或沥青基体中的气泡；

将压电复合模具放入标准养护箱内养护，直至背衬层、匹配层和压电复合材料完全固化；

固化后进行脱模，再在表面进行打磨再抛光，再用丙酮擦拭表面后被电极；

最后在真空干燥箱中烘1小时-2小时，压电复合材料制备完成。

8.根据权利要求6所述的一种可用于沥青路面损伤监测的压电超声换能器的制备方法，其特征是：上述步骤（3）中匹配层制备步骤如下：

（1）首先将环氧树脂在60-70℃下进行预热处理，然后加入沥青充分搅拌均匀，沥青和环氧树脂的质量比为1:1；

（2）放入真空干燥器中抽真空除气泡，直到没有气泡产生为止；

(3)加入固化剂并搅拌均匀，环氧树脂和固化剂的质量比为4：1，再次放入真空干燥器抽真空处理；

（4）浇注到换能器模具中压电复合材料的前侧。

9.根据权利要求7所述的一种可用于沥青路面损伤监测的压电超声换能器的制备方法，其特征是：上述步骤（4）中背衬层制备步骤如下：

(1) 首先将环氧树脂在60-70℃下进行预热处理，然后加入沥青充分搅拌均匀，沥青和环氧树脂的质量比为1:1；

（2）加入钨粉，搅拌均匀后放入真空干燥器中抽真空处理；

(3)加入固化剂并搅拌均匀，环氧树脂和固化剂的质量比为4：1，再次放入真空干燥器抽真空处理；

(4)将其浇注到换能器模具中压电元件的后侧。