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。