一種裂紋監(jiān)測(cè)傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于一種結(jié)構(gòu)健康（損傷）的監(jiān)測(cè)傳感器，具體涉及一種裂紋監(jiān)測(cè)傳 感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)的監(jiān)測(cè)傳感器按照構(gòu)件的特征將信息智能涂層涂于結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位，智能 涂層包括設(shè)置于構(gòu)件基體上的傳感層，傳感層由導(dǎo)電粒子、改性劑組成，厚度為幾十納米到 幾十微米之間，在傳感層與構(gòu)件基體之間設(shè)置有驅(qū)動(dòng)層，驅(qū)動(dòng)層分為有機(jī)材料驅(qū)動(dòng)層，無(wú)機(jī) 材料驅(qū)動(dòng)層，無(wú)機(jī)材料驅(qū)動(dòng)層由無(wú)機(jī)非導(dǎo)電材料組成，有機(jī)材料驅(qū)動(dòng)層由有機(jī)非導(dǎo)電材料 組成，驅(qū)動(dòng)層與構(gòu)件基體和傳感層固化成一體，驅(qū)動(dòng)層的厚度為幾十微米到幾百微米之間， 在傳感層外設(shè)置有保護(hù)層，保護(hù)層由非導(dǎo)電材料組成。在實(shí)驗(yàn)室有足夠的時(shí)間和空間可以 實(shí)現(xiàn)，而在現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位涂上信息智能涂層受時(shí)間和空間條件限制很難實(shí)現(xiàn)，智 能涂層質(zhì)量難以保證，不可能在現(xiàn)有設(shè)備上廣泛應(yīng)用。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種裂紋監(jiān)測(cè)傳感器，通 過(guò)感知結(jié)構(gòu)表面裂紋長(zhǎng)度變化，并將其轉(zhuǎn)換為電阻變化量來(lái)測(cè)量被測(cè)物件表面裂紋的檢測(cè) 元件傳感器，是結(jié)構(gòu)裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息感知部件。
[0004] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：
[0005] -種裂紋監(jiān)測(cè)傳感器，其改進(jìn)之處在于：所述傳感器包括依次設(shè)置的信息傳感層， 信息采集層和保護(hù)層；
[0006] 所述信息采集層屬于電阻性元器件，包括焊點(diǎn)、至少一根導(dǎo)線和孔狀結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān) 測(cè)部位；所述導(dǎo)線環(huán)繞在孔狀結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)部位的外側(cè)且導(dǎo)線的兩端對(duì)稱豎直下垂，導(dǎo)線 的兩端均由電解銅箱包裹，所述焊點(diǎn)設(shè)置在導(dǎo)線的兩端電解銅箱中；在導(dǎo)線的環(huán)繞區(qū)域設(shè) 有所述傳感器的裂紋區(qū)；所述焊點(diǎn)通過(guò)引線與被監(jiān)測(cè)件連接。
[0007] 優(yōu)選的，所述信息傳感層由聚合物、導(dǎo)電粒子和膠粘劑組成，所述膠粘劑與被監(jiān)測(cè) 件的結(jié)構(gòu)表面固化融為一體，所述聚合物濺射在導(dǎo)電粒子的表面。
[0008] 優(yōu)選的，所述保護(hù)層由聚酰亞胺膜和AB膠或金屬構(gòu)件組成；所述保護(hù)層的聚酰亞 胺膜設(shè)置在所述傳感器的最外層，所述傳感器通過(guò)AB膠或金屬構(gòu)件進(jìn)行固定。
[0009] 本實(shí)用新型的有益效果為：
[0010] 1.將裂紋監(jiān)測(cè)傳感器粘接或固定在結(jié)構(gòu)件上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)件部位進(jìn)行實(shí)時(shí)裂紋 監(jiān)測(cè)；
[0011] 2.對(duì)封閉結(jié)構(gòu)零部件必須進(jìn)行裂紋損傷監(jiān)測(cè)時(shí)，可將裂紋監(jiān)測(cè)傳感器組裝在封閉 結(jié)構(gòu)裂紋件上后，再進(jìn)行部位安裝，解決了目前常規(guī)探傷手段不能檢查的問(wèn)題；
[0012] 3.檢測(cè)時(shí)無(wú)須分解結(jié)構(gòu)部位和密封部位，不用去除漆層，與傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)相比 檢測(cè)更方便快捷，工程適用性強(qiáng)；
[0013] 4.研發(fā)的粘接工藝可快速將裂紋監(jiān)測(cè)傳感器與結(jié)構(gòu)件進(jìn)行粘接，對(duì)施工環(huán)境無(wú)特 殊要求。裂紋監(jiān)測(cè)傳感器可按要求任意變形，能夠滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)需要；
[0014] 5.選用電阻值變量作為結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)的表征參量，信號(hào)提取、采集、處理系統(tǒng)有效 可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型的裂紋監(jiān)測(cè)傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是本實(shí)用新型提供的裂紋監(jiān)測(cè)傳感器貼裝示意圖；
[0017] 圖3是本實(shí)用新型提供的傳感器監(jiān)測(cè)區(qū)域裂紋變化示意圖；
[0018] 圖4是本實(shí)用新型提供的單孔拉拉試樣的傳感器電阻隨疲勞循環(huán)周次的變化示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 以下描述和附圖充分地示出本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員 能夠?qū)嵺`它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過(guò)程的以及其他的改變。實(shí) 施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨(dú)的組件和功能是可選的，并且操作的順序 可以變化。一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。 本實(shí)用新型的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個(gè)范圍，以及權(quán)利要求書的所有可獲得 的等同物。在本文中，本實(shí)用新型的這些實(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語(yǔ)"實(shí)用新型" 來(lái)表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實(shí)上公開了超過(guò)一個(gè)的實(shí)用新型，不是要自動(dòng)地限 制該應(yīng)用的范圍為任何單個(gè)實(shí)用新型或?qū)嵱眯滦蜆?gòu)思。
[0021] 裂紋監(jiān)測(cè)傳感器是通過(guò)感知結(jié)構(gòu)表面裂紋長(zhǎng)度變化，并將其轉(zhuǎn)換為電阻變化量來(lái) 測(cè)量被測(cè)物件表面裂紋的檢測(cè)元件傳感器，是結(jié)構(gòu)裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息感知部件，由信 息傳感層，信息采集層和保護(hù)層組成；其剖面示意圖如圖1所示，信息采集層屬于電阻性元 器件，包括焊點(diǎn)、至少一根導(dǎo)線和孔狀結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)部位；所述導(dǎo)線環(huán)繞在孔狀結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān) 測(cè)部位的外側(cè)且導(dǎo)線的兩端對(duì)稱豎直下垂，導(dǎo)線的兩端均由電解銅箱包裹，所述焊點(diǎn)設(shè)置 在導(dǎo)線的兩端電解銅箱中；在導(dǎo)線的環(huán)繞區(qū)域設(shè)有所述傳感器的裂紋區(qū)；所述焊點(diǎn)通過(guò)引 線與被監(jiān)測(cè)件連接。信息傳感層由聚合物、導(dǎo)電粒子和膠粘劑組成，所述膠粘劑與被監(jiān)測(cè)件 的結(jié)構(gòu)表面固化融為一體，所述聚合物濺射在導(dǎo)電粒子的表面，通過(guò)膠粘劑與被監(jiān)測(cè)的結(jié) 構(gòu)表面固化融為一體，結(jié)構(gòu)表面受力變形或產(chǎn)生裂紋時(shí)，信息傳感層驅(qū)動(dòng)信息采集層一起 變形，采集層的電阻會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變量，為結(jié)構(gòu)裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供裂紋信息；保護(hù)層由聚 酰亞胺膜和AB膠或金屬構(gòu)件組成；所述保護(hù)層的聚酰亞胺膜設(shè)置在所述傳感器的最外層， 所述傳感器通過(guò)AB膠或金屬構(gòu)件進(jìn)行固定。根據(jù)不同的檢測(cè)環(huán)境保護(hù)要求確定。
[0022] 裂紋監(jiān)測(cè)傳感器的電阻與裂紋長(zhǎng)度呈函數(shù)關(guān)系，定量表達(dá)如下：
[0023] 將圖1中A區(qū)域放大，可以看做傳感器安裝在一個(gè)寬度為1，長(zhǎng)度為b的矩形監(jiān)測(cè) 區(qū)域（如圖2)，當(dāng)該區(qū)域出現(xiàn)裂紋并擴(kuò)展時(shí)，傳感器隨裂紋長(zhǎng)度a的電阻變化△R可表達(dá)為 公式（1):
[0024]
⑴
[0025] 其中，C為系數(shù)，它與傳感層的厚度和電阻率有關(guān)。因此，裂紋長(zhǎng)度a可以表達(dá)為 公式⑵：
[0026]
[0027] 根據(jù)公式（2)可知，當(dāng)裂紋長(zhǎng)度a很小時(shí)，電阻變化△R也很小；當(dāng)裂紋長(zhǎng)度a越 接近傳感層臨界斷裂尺寸時(shí)，電阻變化AR越大。
[0028] 以高強(qiáng)度鋁合金標(biāo)準(zhǔn)試樣的疲勞試驗(yàn)為例，隨著疲勞載荷加載到一定階段，裂紋 由孔的邊緣產(chǎn)生并沿著垂直于主載荷方向擴(kuò)展，其所測(cè)量的電阻值的典型變化如圖3所 不。
[0029] 從圖3傳感器電阻隨加載周次的變化曲線可知：當(dāng)試驗(yàn)件在疲勞載荷的加載作用 下，基體在裂紋萌生和擴(kuò)展階段，傳感器的電阻值隨著裂紋的萌生和擴(kuò)展而增大。因此，傳 感器具有隨附損傷特性和疲勞響應(yīng)特性，可以用電阻值作為損傷電參量表征基體的裂紋損 傷程度。
[0030] 本實(shí)用新型不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本實(shí)用新型的啟示下都可得出 其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請(qǐng)相同或相 近似的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種裂紋監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于：所述傳感器包括依次設(shè)置的信息傳感層，信息 采集層和保護(hù)層； 所述信息采集層屬于電阻性元器件，包括焊點(diǎn)、至少一根導(dǎo)線和孔狀結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)部 位；所述導(dǎo)線環(huán)繞在孔狀結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)部位的外側(cè)且導(dǎo)線的兩端對(duì)稱豎直下垂，導(dǎo)線的兩 端均由電解銅箱包裹，所述焊點(diǎn)設(shè)置在導(dǎo)線的兩端電解銅箱中；在導(dǎo)線的環(huán)繞區(qū)域設(shè)有所 述傳感器的裂紋區(qū)；所述焊點(diǎn)通過(guò)引線與被監(jiān)測(cè)件連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裂紋監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于：所述信息傳感層由聚合 物、導(dǎo)電粒子和膠粘劑組成，所述膠粘劑與被監(jiān)測(cè)件的結(jié)構(gòu)表面固化融為一體，所述聚合物 派射在導(dǎo)電粒子的表面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裂紋監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于：所述保護(hù)層由聚酰亞胺 膜和AB膠或金屬構(gòu)件組成；所述保護(hù)層的聚酰亞胺膜設(shè)置在所述傳感器的最外層，所述傳 感器通過(guò)AB膠或金屬構(gòu)件進(jìn)行固定。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種裂紋監(jiān)測(cè)傳感器，包括依次設(shè)置的信息傳感層，信息采集層和保護(hù)層，信息采集層包括焊點(diǎn)、至少一根導(dǎo)線和孔狀結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)部位；導(dǎo)線環(huán)繞在孔狀結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)部位的外側(cè)且導(dǎo)線的兩端對(duì)稱豎直下垂，導(dǎo)線的兩端均由電解銅箔包裹，焊點(diǎn)設(shè)置在導(dǎo)線的兩端電解銅箔中；在導(dǎo)線的環(huán)繞區(qū)域設(shè)有所述傳感器的裂紋區(qū)；焊點(diǎn)通過(guò)引線與被監(jiān)測(cè)件連接；信息傳感層由聚合物、導(dǎo)電粒子和膠粘劑組成，膠粘劑與被監(jiān)測(cè)件的結(jié)構(gòu)表面固化融為一體，聚合物濺射在導(dǎo)電粒子的表面；保護(hù)層由聚酰亞胺膜和AB膠或金屬構(gòu)件組成。本實(shí)用新型通過(guò)感知結(jié)構(gòu)表面裂紋長(zhǎng)度變化，將其轉(zhuǎn)換為電阻變化量來(lái)測(cè)量被測(cè)物件表面裂紋的檢測(cè)元件傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)感知部件。
【IPC分類】G01N27/04
【公開號(hào)】CN205080083
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520857141
【發(fā)明人】李海鵬
【申請(qǐng)人】金翼安達(dá)航空科技（北京）有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日