[實用新型]一種智能碳纖維復合材料傳感元件

有效

• 申請號: 201621444066.0
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN206638261U
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 劉榮桂;平舒;謝桂華;劉聃;李十泉;席宜超;唐永生;張翔宇
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01D5/18;C08K7/06;C08K3/04;C08K3/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種使用連續智能碳纖維復合材料傳感元件，適用于實時監測結構受到自身或外部溫度、荷載變化，屬于分析及控制測量技術領域。

背景技術

智能傳感器是一門涉及多種學科的綜合技術，是當今社會正在發展中的高新技術，被廣泛地應用于軍事、航天航空、科研、工業、農業、醫療、交通等領域和部門，具有十分廣闊的應用前景。隨著傳感器智能化概念的提出，人們對傳感器的要求也越來越高，尤其是需求量位居傳感器之首的溫度傳感器，高精度、智能化正成為溫度傳感器的發展方向。根據智能化理論，需要一種在長時間工作后，仍可精確測溫的智能溫度傳感器，解決某些特殊環境下使用的溫度傳感器安裝到位后就不能拆除下來進行標校的問題。

碳纖維增強復合材料Carbon fiber reinforced polymer/plastic，簡稱CFRP是一種高分子聚合物導電復合材料。它不僅綜合了無機填料的導電性和聚合物材料優良的柔韌和加工性能，還具有單組分所不具有的新的物性，充分體現了復合材料的優點。CFRP具有智能特性、結構特性和發熱特性。對于智能特性方面，CFRP具有力阻和溫阻兩種重要的智能傳感特性，即可通過電阻變化對自身或周邊外力、溫度響應：建立力阻效應關系方程，可用于結構的工作環境、承受載荷、結構響應和調節性能監測；結構損傷積累與演化過程及結構抗力衰減規律動態監測；評定結構的安全狀態，科學地對結構進行養護、維修和全壽命分析與設計。建立溫阻效應關系方程，可及時掌控大體積混凝土環境及澆筑溫度、溫度分布范圍與方式；實時監測極冷/熱地區建筑結構內外溫度變化，預防溫度應力產生；智能調節橋面溫度變化，主動抗冰融雪，減少傳統方法對橋面損傷；對于結構特性方面，由于具有輕質、高強、耐腐蝕的特點，可有效減輕結構自重、在承載構件中使用、耐久性性能優越；對于發熱特性方面，它是一種很好的熱敏元件材料。綜上，使用CFRP制作的傳感元件不僅可以實現一系列智能監測，未來還可以兼顧結構性能和發熱性能，切實可行地用于工程實際。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對上述問題提供一種智能碳纖維復合材料傳感元件，通過手工制作方法，用摻入二氧化硅、碳粉的環氧樹脂膠封裝連續PAN基碳纖維單絲，制作而成一種碳纖維智能傳感元件，其反復性能較好，可用于實時監測混凝土自身或外部溫度、荷載變化，將力、溫度等信號轉化為電信號，可用于智能結構全壽命周期監測系統中。

本實用新型的技術方案是：一種智能碳纖維復合材料傳感元件，包括環氧樹脂/碳纖維復合材料；

所述環氧樹脂/碳纖維復合材料包括八十根連續碳纖維單絲，每四根連續碳纖維單絲順直張拉、同向排列，外涂刷環氧樹脂膠，封裝成片狀，共二十層片狀環氧樹脂/碳纖維；環氧樹脂膠基體包括雙酚環氧樹脂、碳粉和二氧化硅粉末；

所述環氧樹脂/碳纖維復合材料的兩端分別設有導電電極和電極保護裝置；所述導電電極包括導電銀膠、銅片、手工錫焊焊點和導線；所述導電銀膠涂覆在環氧樹脂/碳纖維復合材料端部和銅片粘貼，所述導線的一端通過手工錫焊粘結于銅片表面的焊點處；所述電極保護裝置分別套在導電電極的兩端，且導線的另一端穿過電極保護裝置。

上述方案中，所述環氧樹脂膠基體中碳粉和二氧化硅粉末的混合物占總膠體質量的4％。

上述方案中，所述碳粉和二氧化硅的碳：硅＝1:0.6。

上述方案中，所述電極保護裝置為電極保護套。

上述方案中，所述連續碳纖維為連續PAN基碳纖維。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型創新性地用手工的方法，使用柔性碳纖維單絲制作傳感器，使制作出的傳感器更加方便、電阻阻值更加穩定，且反復性能較好，方便地運用于試驗或實際中使用。碳粉的加入使得碳纖維之間形成更多的導電通路；二氧化硅粉末的加入，使溫度、外力變化過程中導電通路變化更加活躍，電阻隨外力、溫度的變化也更加靈敏。

附圖說明

圖1是本實用新型一實施方式的連續碳纖維復合材料傳感元件結構示意圖。

圖中：1.環氧樹脂/碳纖維復合材料；2.導電銀膠；3.銅片；4.焊點；5.電極保護套；6.導線。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型的保護范圍并不限于此。

圖1所示為本實用新型所述智能碳纖維復合材料傳感元件的一種實施方式，所述智能碳纖維復合材料傳感元件，包括環氧樹脂/碳纖維復合材料1、導電電極和電極保護裝置三部分。