[發明專利]一種溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器及測量方法

有效

• 申請號: 202011413930.1
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112539850B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 李振明;桂林;劉偉;張攀;楊艷芳;陳盼盼
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網有限公司;中國科學院理化技術研究所;國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G01K7/22
• 分類號: G01K7/22;G01B7/16
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 李宏德

1.一種溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器，其特征在于，包括：

柔性基體 (1)，

共面布置在柔性基體(1)上電極第一流道(3)和電極第二流道(4)；

呈間隔設置的電極第一流道(3)和電極第二流道(4)上覆蓋柔性薄膜(2)形成對應的微流道結構，微流道結構內灌注液態金屬；

所述電極第一流道(3)的兩端設置液態金屬進出端口且作為電極測量點；

所述電極第二流道(4)的兩端設置液態金屬進出端口且作為電極測量點；

電極第一流道(3)和電極第二流道(4)灌注液態金屬形成的獨立的柔性微電極，柔性微電極中的任意一個作為液態金屬感應微電極電阻，通過測量液態金屬感應微電極電阻的電阻值變化來測量被測物體的溫度；

兩個柔性微電極與其之間的柔性基體(1)構建形成一個柔性微電容器，通過測量柔性微電容器的電容數值的變化來測量被測物體的應變；

當被測對象的監測物理量為溫度和應變，即傳感器所處的物理空間為溫度場和應變場耦合疊加時；溫度測量和應變測量則按照以下公式得出：

R＝R₀×(1+α₁(T-T₀))×(1+κ(ε-ε₀))；

C＝C₀×(1+β₁(ε-ε₀))×(1+μ(T-T₀))；

其中，T、T₀分別代表被測物體的溫度和初始溫度；ε和ε₀分別代表被測物體的應變和初始應變；R和R₀分別是上述柔性微電極在溫度T和應變ε、溫度T₀和應變ε₀下的電阻值；C和C₀分別是上述柔性微電極在應變ε和溫度T、應變ε₀下和溫度T₀的電容值；其中α₁、β₁、κ、μ是雙參量并行傳感器本身有關的物理常數。

2.根據權利要求1所述的溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器，其特征在于，所述的電極第一流道(3)和電極第二流道(4)交叉且等間距設置，其間距距離為微米級。

3.根據權利要求1或2所述的溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器，其特征在于，電極第一流道(3)和電極第二流道(4)分別呈梳齒結構或蛇形彎曲排布。

4.根據權利要求1或2所述的溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器，其特征在于，所述的電極第一流道(3)與電極第二流道(4)之間的間距介于100μm-200μm之間。

5.根據權利要求1所述的溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器，其特征在于，所述的柔性薄膜(2)為彈性薄膜，其厚度為5μm-100μm。

6.根據權利要求1或5所述的溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器，其特征在于，柔性薄膜(2)采用聚二甲基硅氧烷、Ecoflex、Drogan Skin、共聚酯樹脂材料和硅橡膠中的至少一種制成。

7.根據權利要求1所述的溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器，其特征在于，所述液態金屬為室溫條件下液態的汞、鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鉍、銦、錫、鉍銦合金和鉍銦錫合金中的至少一種或至少兩種的混合物。

8.根據權利要求1所述的溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器，其特征在于，所述的柔性基體(1)采用聚二甲基硅氧烷、硅膠或Ecoflex中的至少一種制成。

9.根據權利要求1所述的溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器，其特征在于，所述的柔性基體(1)的厚度介于500μm-2000μm之間；所述的電極第一流道(3)和電極第二流道(4)的深度介于30-140μm之間。