[發(fā)明專利]一種柔性全橋式電阻應(yīng)變片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611176264.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN106643463B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃永安;尹鋒;朱臣;胡威;肖琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/16
• 分類號(hào): G01B7/16
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

本發(fā)明屬于應(yīng)變片相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種柔性全橋式電阻應(yīng)變片，所述柔性全橋式電阻應(yīng)變片包括柔性基底、電阻應(yīng)變傳感單元、中間絕緣層及覆蓋層。所述電阻應(yīng)變傳感單元包括構(gòu)成惠斯通全橋電路的第一電阻應(yīng)變傳感單元、第二電阻應(yīng)變傳感單元、第三電阻應(yīng)變傳感單元及與第四電阻應(yīng)變傳感單元。所述第三電阻應(yīng)變傳感單元及所述第四電阻應(yīng)變傳感單元均貼附在所述柔性基底上；所述中間絕緣層覆蓋所述第三電阻應(yīng)變傳感單元及所述第四電阻應(yīng)變傳感單元；所述第一電阻應(yīng)變傳感單元及所述第二電阻應(yīng)變傳感單元貼附在所述中間絕緣層上；所述覆蓋層覆蓋所述第一電阻應(yīng)變傳感單元及所述第二電阻應(yīng)變傳感單元。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于應(yīng)變片制造相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種柔性全橋式電阻應(yīng)變片。

背景技術(shù)

電阻應(yīng)變片作為一種高精度測(cè)量元件，是利用與被測(cè)構(gòu)件一起變形來測(cè)量構(gòu)件的真實(shí)應(yīng)變。在不同的工況下，電阻應(yīng)變片的測(cè)量方法不同。對(duì)于幾何形狀規(guī)則的被測(cè)構(gòu)件，傳統(tǒng)測(cè)量方法通常是將四個(gè)單獨(dú)的電阻應(yīng)變片兩兩對(duì)稱粘貼在被測(cè)構(gòu)件的上下表面組成惠斯通全橋電路進(jìn)行測(cè)量，使用該方法能夠?qū)崿F(xiàn)電阻應(yīng)變片溫度補(bǔ)償，同時(shí)使輸出電壓的靈敏度最大。然而，此方法需要粘貼四次電阻應(yīng)變片，這將給測(cè)量結(jié)果帶來極大的誤差，同時(shí)也增加了人力成本，降低了測(cè)量的效率。當(dāng)被測(cè)構(gòu)件幾何形狀不規(guī)則時(shí)，傳統(tǒng)應(yīng)變片無法在被測(cè)構(gòu)件上形成有效的惠斯通全橋電路，只能采用單個(gè)電阻應(yīng)變片測(cè)量，但單臂測(cè)量存在溫度漂移誤差，將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)構(gòu)不準(zhǔn)確，且影響輸出電壓的靈敏度。

另外，在一些特殊工況中，通常需要對(duì)一些曲率變化較大的曲面或者結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的薄壁構(gòu)件進(jìn)行測(cè)量，這些零件發(fā)生變形時(shí)，不僅有拉伸應(yīng)變同時(shí)還有彎曲應(yīng)變，而目前市面上在售的電阻應(yīng)變片測(cè)量范圍太小且不適合由曲率變化導(dǎo)致的應(yīng)變測(cè)量的情形，無法滿足工業(yè)需求。針對(duì)上述問題，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員已經(jīng)做了一些研究，如專利CN104142118記載了在柔性基底上用碳納米管(CNT)纖維結(jié)構(gòu)的CNT薄膜作為敏感柵，使得電阻應(yīng)變片能夠檢測(cè)大于80％的應(yīng)變；又如專利CN104880206記載了采用橡膠作為柔性基底，具有微米或者納米間隙的金屬薄膜作為敏感柵，制備了可以測(cè)量最大200％的應(yīng)變的電阻應(yīng)變片。以上所述兩個(gè)專利都采用柔性材料作為基底材料，能夠使應(yīng)變片具有一定延展性，適合于大拉伸應(yīng)變的情形，但由于敏感柵的結(jié)構(gòu)中含有微米或者納米間隙，當(dāng)應(yīng)變片被彎曲時(shí)，應(yīng)變片的穩(wěn)定性和可靠性不確定，影響測(cè)量的精確性，而且也不適合曲率變化導(dǎo)致的曲面應(yīng)變。相應(yīng)地，本領(lǐng)域存在著發(fā)展一種能夠適用于曲面應(yīng)變測(cè)量的電阻應(yīng)變片。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種柔性全橋式電阻應(yīng)變片，其基于電阻應(yīng)變片的工作特點(diǎn)，針對(duì)柔性全橋式電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及部件之間的連接關(guān)系進(jìn)行了設(shè)計(jì)。所述柔性全橋式電阻應(yīng)變片自身構(gòu)造有惠斯通全橋電路，既實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變片溫度補(bǔ)償，又保證了輸出電壓的靈敏度，同時(shí)降低了成本，提高了測(cè)量效率。此外，中間絕緣層對(duì)應(yīng)第一電阻應(yīng)變傳感單元及第二電阻應(yīng)變傳感單元的區(qū)域分別形成有凸臺(tái)，使得所述柔性全橋式電阻應(yīng)變片僅受平面拉伸應(yīng)變時(shí)，也能夠保證所述柔性全橋式電阻應(yīng)變片全橋輸出。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種柔性全橋式電阻應(yīng)變片，其包括柔性基底、電阻應(yīng)變傳感單元、中間絕緣層及覆蓋層，其特征在于：

所述電阻應(yīng)變傳感單元包括第一電阻應(yīng)變傳感單元、與所述第一電阻應(yīng)變傳感單元間隔設(shè)置的第二電阻應(yīng)變傳感單元、與所述第二電阻應(yīng)變傳感單元間隔設(shè)置的第三電阻應(yīng)變傳感單元及與所述第三電阻應(yīng)變傳感單元間隔設(shè)置的第四電阻應(yīng)變傳感單元；

所述第三電阻應(yīng)變傳感單元及所述第四電阻應(yīng)變傳感單元均貼附在所述柔性基底上；所述中間絕緣層設(shè)置在所述柔性基底上且覆蓋所述第三電阻應(yīng)變傳感單元及所述第四電阻應(yīng)變傳感單元；所述第一電阻應(yīng)變傳感單元及所述第二電阻應(yīng)變傳感單元貼附在所述中間絕緣層上；所述覆蓋層設(shè)置在所述中間絕緣層上且覆蓋所述第一電阻應(yīng)變傳感單元及所述第二電阻應(yīng)變傳感單元；所述第一電阻應(yīng)變傳感單元、所述第二電阻應(yīng)變傳感單元、所述第三電阻應(yīng)變傳感單元及所述第四電阻應(yīng)變傳感單元構(gòu)成惠斯通全橋電路。