[发明专利]一种PVDF基压电传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种PVDF基压电传感器及其制备方法，该传感器包括BT‑BFO/PVDF复合压电薄膜、两片导电银胶带、两片塑封膜、冷压端子和屏蔽导线，所述BT‑BFO/PVDF复合压电薄膜由BT‑BFO纳米材料和PVDF材料制成，所述两片导电银胶带上分别具有引脚部，所述两片导电银胶带分别贴附于BT‑BFO/PVDF复合压电薄膜的上、下两侧，所述两片塑封膜分别贴附于两片导电银胶带的上、下两侧，所述两片导电银胶带的引脚部分别连接一所述冷压端子，两个所述冷压端子分别连接所述屏蔽导线。该传感器介电常数高，介电损耗低，工作温度高。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种PVDF基压电传感器及其制备方法。

背景技术

压电材料在土木工程领域作为一种新兴的技术材料，就目前的研究现状而言，利用压电材料进行损伤识别主要有两种方法：波动法和机械阻抗法。MIT Suru等将PVDF压电薄膜贴于刻有缺口的受静载或冲击作用的试件表面。试验表明，与完整试件相比，压电传感器的输出发生了变化，特别是在缺口附近区域电压值明显增大。Shawn等人将6片压电陶瓷贴于试件的两端分别作为激励器和传感器，通过分析振动波在试件中的传播，找出了损伤部位，并对损伤程度进行了估计。压电智能材料因其独特的性能，有着广阔的应用前景，越来越多地被重视，也取得了大量的研究成果。但是目前的压电智能材料距离工程实用还有相当的距离，具体表现在：PZT压电陶瓷的易脆特性，在实际工程中往往会出现30%以上的损坏率。PVDF存在介电常数小、介电损耗大、电容小和易受环境因素（如温度）影响等缺点。因此，考虑将无机材料与PVDF聚合物相结合，从而获得具备工作温度高、介电损耗小的传感器，具有较大的工程应用价值。

目前利用PVDF压电薄膜的研究有：李焰等在PVDF压电薄膜的冲击加载与卸载响应试验研究中发现，PVDF压电薄膜在高应力下的冲击压缩应力—电荷曲线具有很大的非线性性，当使用其标定曲线延伸段时，可能会带来很大的误差，且PVDF具有明显的滞后效应；郭伟国针对施加力与不同温度这两个要素对PVDF压电薄膜进行了研究，研究后结果表明PVDF压电薄膜的温度比较容易影响到它的压电特性，在不一样的施加力的情况下，PVDF压电薄膜也拥有不一样的压电特性。这些研究表明现有传统PVDF传感器具有较低介电常数、介电损耗大、电容小和工作温度低和响应不灵敏等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PVDF基压电传感器及其制备方法，该传感器介电常数高，介电损耗低，工作温度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种PVDF基压电传感器，包括BT-BFO/PVDF复合压电薄膜、两片导电银胶带、两片塑封膜、冷压端子和屏蔽导线，所述BT-BFO/PVDF复合压电薄膜由BT-BFO纳米材料和PVDF材料制成，所述两片导电银胶带上分别具有引脚部，所述两片导电银胶带分别贴附于BT-BFO/PVDF复合压电薄膜的上、下两侧，所述两片塑封膜分别贴附于两片导电银胶带的上、下两侧，所述两片导电银胶带的引脚部分别连接一所述冷压端子，两个所述冷压端子分别连接所述屏蔽导线。

进一步地，将所述PVDF基压电传感器应用于装配式混凝土结构中灌浆套筒的密实度监测，其实现方法为：在套筒的出浆口和注浆口旁侧分别布设一个所述PVDF基压电传感器，靠近出浆口的传感器作为激励器，靠近注浆口的传感器作为接收器，所述接收器连接数据采集卡的接收端，所述数据采集卡的激励端连接电压放大器的输入端，所述电压放大器的输出端连接所述激励器，所述数据采集卡连接计算机；

待试件养护设定天数后，按如下方法进行套筒灌浆密实度检测：计算机控制数据采集卡产生一个电压信号，信号经过电压放大器后将信号放大，放大后的信号对激励器进行激励产生应力波，应力波在套筒内部发生衰减，衰减后的信号被接收器接收，接收的信号被数据采集卡所采集并在计算机上显示。

进一步地，两个PVDF基压电传感器在套筒上的安装位置从周向来看相差180°，即一个位于套筒的正面，另一个位于套筒的背面。

进一步地，所述PVDF基压电传感器的制备方法，包括以下步骤：