新型振动传感器有助于检测建筑物和桥梁的缺陷

研究人员指出,该传感器可用于监测建筑物和桥梁结构健康状况,通过检测危险的振动,记录振动并及时发出疏散信号。同时,该传感器还可以用于航天器和安全系统,以便更好地控制受限制的领土或国家边界。

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  近日,俄罗斯研究人员研制了一种新型振动传感器,用于建筑物和桥梁状态诊断仪器以及航天器,研究成果发表在《Sensors》杂志上。  

  新型振动传感器是使用无铅铌酸锂晶体开发的,铌酸锂晶体比振动传感器制造商目前使用的锆—钛酸铅陶瓷稳定得多,而向新材料的过渡将使制造商能够遵守欧盟关于逐渐禁止铅的指令RoHS。

新型振动传感器有助于检测建筑物和桥梁的缺陷

  研究人员指出,该传感器可用于监测建筑物和桥梁结构健康状况,通过检测危险的振动,记录振动并及时发出疏散信号。同时,该传感器还可以用于航天器和安全系统,以便更好地控制受限制的领土或国家边界。

  新型振动传感器的工作原理是基于压电效应来检测振动。压电元件在施加振动时变形时,压电元件发出电信号,可以通过校准设备进行处理和分析。

  到目前为止,传感器制造商在使用锆钛酸铅(PZT)陶瓷基压电元件时遇到了许多问题,这种压电元件毒性极大并且在温度变化时失去灵敏度。研究人员认为,这个问题可以通过铌酸锂来解决,铌酸锂是一种单晶材料,不像锆钛酸铅(PZT)陶瓷含有细颗粒。此外,铌酸锂的性能在宽温度范围内都很稳定。  

  铌酸锂自20世纪中叶以来就已为人所知,并广泛用于激光光学,但很少有人尝试在振动传感器中使用它,因为它的压电性能相当弱(比钛酸铅(PZT)陶瓷大约弱10倍)。

  研究专家们能使高铌酸锂内部形成所谓的“双域结构”,从而能够提高其对外部振动的敏感性。

  研究人员解释说:“我们使用热处理来改变晶体的特性,使上板看起来像是下板的镜像。在施加外部振动后,两个域(称为铁电畴)产生的信号相加,显着提高了传感器的灵敏度”。

  新型振动传感器的进一步发展将使类似设备的加速度灵敏度降至10 -7g(万分之一的重力加速度),并且还显著扩大了工作温度的范围。

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