[發明專利]基于結構纖維的集成式超冗余觸覺傳感器網絡

有效

• 申請號: 201711038042.4
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN108007615B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: D·帕克
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L5/22
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升;張穎

公開了用于測量包括一體式傳感器網絡的復合結構中的應力的系統和方法。所述復合結構以層的方式形成，其中所述層中的每一層由平行纖維形成。所述層中的至少一個層包括被分布在平行纖維之間的多個纖維傳感器單元。每個所述纖維傳感器單元具有內纖維芯和形成在內纖維芯上面的非傳導層。控制器被電耦接到每個纖維傳感器單元并且被配置為基于每個纖維傳感器單元的所述內纖維芯中的電阻水平的改變來確定復合結構中的應力水平。所述纖維傳感器單元可以處于單個方向中或者可以處于第一組相對于第二組成非零角度布置的編織圖案中。

技術領域

本公開涉及超冗余觸覺傳感器網絡，并且涉及形成這種傳感器網絡的方法，并且更具體涉及基于可以被并入到基礎交通工具(諸如飛行器)的結構內的結構纖維的超冗余觸覺傳感器網絡。

背景技術

許多結構包含傳感器的分布式網絡以便成功地履行其功能。例如，結構健康監測(SHM)系統可以使用被分布在結構周圍的傳感器。SHM系統能夠提供檢測并解讀可以與其使用中的應力和/或永久損壞有關的結構的任何改變的能力。SHM系統可以使用被集成到結構內以針對這樣的改變連續地監測部件的無創檢測傳感器。

復合結構是由在各種各樣的應用中使用的通常具有一些給定順序的兩個或更多個部件組成的結構。例如，諸如飛行器、航天器等的空間交通工具可以使用復合結構以便利用可歸因于由復合材料提供的增加的強度重量比的益處。可以包括復合結構的其他應用包括其他類型的交通工具(諸如汽車、船舶、自行車等)以及其他各種各樣的結構(諸如建筑物、橋梁等)。通過適當地修改所使用的材料、結構本身、或被用來產生該結構的過程，也可以產生和使用具有包括改變的熱、電、聲或機械特性的額外功能的的復合結構。

復合結構可以以各種方式被制造，所述各種方式被設計為將預定的順序給予被分散在樹脂或其他通常連續的介質(例如聚合物、玻璃或膠合劑)中的多個元件。通常，復合結構包括被嵌入在樹脂基體中的多種結構纖維，諸如玻璃纖維或其他元件，包括碳纖維、金屬化碳纖維、金屬或聚合物薄片、碳或聚合物層、預浸漬復合片材、纖維編織布、隨機或有序的纖維席紋布、金屬或聚合物網。樹脂基體可以是許多熱塑性或熱固性聚合物的組合、粘合劑或其他粘結材料或膠合劑中的任何一個。一旦復合結構已經被鋪設，諸如以以便具有期望的形狀或編織為預定的二維或三維結構的方式一個在另一個上地放置多個復合層或將多個復合纖維束一個挨著另一個地鋪設，該復合結構在一個或多個處理步驟中可被固化、融化或粘接。

將SHM系統實施到復合結構內能夠提供關于其使用中的應力和/或永久損壞的立即反饋。然而，這樣的系統會增添重量并且減弱復合結構的結構完整性。例如，SHM系統可以使用被永久地安裝在感興趣區域中的各種傳感器(諸如應變計、熱電偶和光纖)。這些傳感器的數量和位置會由于所需的基礎結構而受到限制。當SHM系統在苛刻環境(諸如飛行器所經歷的極端溫度、沖擊、振動和g-負荷)中被操作時，這些影響會進一步加劇。

因此，存在對克服上面列舉的問題的結構健康監測系統和形成這種系統的方法的需要。

發明內容

在第一方面中，一種復合結構包括一體式傳感器網絡。所述復合結構以層的方式形成，其中所述層中的每一個由平行纖維形成。所述層中的至少一個包括被分布在所述平行纖維之間的多個纖維傳感器單元。所述纖維傳感器單元中的每一個具有內纖維芯和被形成在所述內纖維芯上面的非傳導層。

在一個進一步的示例中，所述多個纖維傳感器單元中的每一個沿平行于所述多個纖維傳感器單元中的每個其他纖維傳感器單元的單個方向被取向。進一步地，所述多個纖維傳感器單元中的每一個可以具有在其第一端處的第一連接端子和在其第二端處的第二連接端子，所述第一端被連接到對應內纖維芯的第一端，并且所述第二端被連接到對應內纖維芯的第二端。通過將所述第一連接端子中的每一個電連接到所述第一連接端子中的每個其他第一連接端子并將所述第二連接端子中的每一個電連接到所述第二連接端子中的每個其他第二連接端子，所有所述多個纖維傳感器單元都可以被并聯地電耦接。