[實用新型]一種電容式曲面壓力分布傳感裝置

有效

• 申請號: 201820274400.5
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN208887808U
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 程曉穎;周洪水;吳震宇;胡旭東
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 紹興市知衡專利代理事務所(普通合伙) 33277
• 代理人: 施春宜

本實用新型涉及一種電容式曲面壓力分布傳感裝置，其包括曲面基底、纖維增強復合材料以及多路數據處理模塊；其中，所述纖維增強復合材料貼合于曲面基底上，其由樹脂以及注塑于樹脂內的纖維織物組成；所述纖維織物由碳纖維和絕緣纖維三維機織而成；所述碳纖維的端部設有電極接口；所述電極接口通過導線連接至多路數據處理模塊。本實用新型采用樹脂基纖維增強復合材料作為敏感性材料，這種既有穩定性又有可塑性，能夠在傳統的壓力傳感器不能應運于曲面物體表面時，實現曲面物體表面的壓力分布測量；纖維織物中的每根碳纖維不相接觸，有利于電容測量，在纖維數總量不變的情況下，調整絕緣纖維與碳纖維的比例，實現調節壓力傳感器的空間分辨能力。

【技術領域】

本實用新型涉及一種力傳感裝置，具體涉及一種電容式曲面壓力分布傳感裝置，屬于傳感器技術領域。

【背景技術】

壓力傳感器是工業實踐中最為常見的一種傳感器，其廣泛運用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業；對普通規則物體表面進行壓力測試的壓力傳感裝置已經有著成熟的工業技術。而隨著時代、經濟、科技等方面的發展，適用于規則物體表面的壓力傳感裝置已經不能滿足人們的需求，對典型的不規則物體表面，如復雜曲面上進行的壓力分布測量的需求不斷增加。因此對復雜曲面的壓力傳感裝置的研究有著越來越重要的意義。

擴散硅壓力變送器(壓力傳感器)有著非常成熟的技術，具有抗過載和抗沖擊能力，過壓可達量程的數倍，甚至用硬物直接敲打測量元件也不致使其損壞，且對測量毫無影響。但以硅材料有著硬脆性這一特點，因此用它作為敏感材料制成曲面壓力傳感裝置就存在著不能適應復雜曲面問題。為滿足時代的發展的需求，采用合適的敏感性材料來代替硅制備曲面壓力傳感裝置是一個有效的研究方向。目前對柔順性材料和延展性材料進行研究的比較多。

在對以上兩者的研究中出現了一些不可避免的問題。在對柔順性敏感材料的研究中發現對于一些比較平緩的曲面是可以實現曲面壓力測量的，但在一些比較復雜的曲面中柔順性材料不能與被測表面完美的貼合。在延展性敏感材料制成的壓力傳感器中，一種電容式真空壓力傳感器已有產品出現。其中較為出名的要數Endress+Hauser公司的電容式壓力傳感器，它是由一塊基片和厚度為0.8～2.8mm的氧化鋁構成，其間用一個自熔焊接釬焊圓環在一起。它有著高阻抗、小功率、動態范圍大、動態響應較快、結構簡單、環境適應性好等特性；但氧化鋁作為延展性敏感材料本身的強度往往差，并且其結構與制造過程較為復雜，易發生損壞，長期工作穩定性不足。

為了綜合以上兩種材料的優點并摒棄它們缺點，樹脂基纖維增強復合材料可以作為敏感性材料來替代它們。它既有穩定性又有可塑性。其中碳纖維作為可導電性材料，而基體的樹脂則可以作為介電材料。在碳纖維復合材料發生變形時，兩根不相接觸的碳纖維在通電的情況下電容值將發生變化。因此在不需要其它的外加器材的情況下，可以通過測量碳纖維之間的電容變化來有效的判斷纖維復合材料的受力情況。此復合材料可以有效的運用于相對復雜的曲面之中。

因此，為解決上述問題，確有必要提供一種創新的電容式曲面壓力分布傳感裝置，以克服現有技術中的所述缺陷。

【實用新型內容】

為解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種電容式曲面壓力分布傳感裝置，其利用纖維增強復合材料的曲面適應性與自敏感特性，能夠在相對復雜曲面上長期穩定工作。

為實現上述第一目的，本實用新型采取的技術方案為：電容式曲面壓力分布傳感裝置，其包括曲面基底、纖維增強復合材料以及多路數據處理模塊；其中，所述纖維增強復合材料貼合于曲面基底上，其由樹脂以及注塑于樹脂內的纖維織物組成；所述纖維織物由碳纖維和絕緣纖維三維機織而成；所述碳纖維的端部設有電極接口；所述電極接口通過導線連接至多路數據處理模塊。

本實用新型的電容式曲面壓力分布傳感裝置進一步設置為：所述碳纖維包括徑向碳纖維和緯向碳纖維。

與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：