[發明專利]多通道柔性陣列式傳感器及其制法和監測曲面金屬件受力方法

在審

• 申請號: 202110677253.2
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113375843A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 孟慶實;王彥龍;王向明;張業偉;王朔;周志強;王英波;劉建邦;馮媛媛;劉代強;韓森森
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L5/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種多通道柔性陣列式傳感器及其制法和監測曲面金屬件受力方法，屬于陣列式傳感器及其結構健康監測領域。該多通道柔性陣列式傳感器，包括多個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元、PU薄膜和導線，每個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元由導電銀漿固化連接有兩條導線，將多個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元按矩形矩陣排列，并由PU薄膜固定。將多通道柔性陣列式傳感器貼合在曲面金屬件上，并將多通道柔性陣列式傳感器和數據采集器連接，根據每個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元輸出的電阻曲線變化，監測曲面金屬件的受力變化。該方法制備的石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器孔結構均勻、孔徑和孔隙率可控，傳感器響應明顯且迅速。

技術領域

本發明涉及陣列式傳感器及其結構健康監測技術領域，具體涉及一種多通道柔性陣列式傳感器及其制法和監測曲面金屬件受力方法。

背景技術

柔性傳感器柔韌性好、響應迅速、具有良好的生物相容性，在健康監測、智能機器人、可穿戴電子設備、電子皮膚等領域具有巨大的潛在應用，其無論是用于生物體體表的貼合還是用于器械的結構健康監測，都受到了廣泛關注和研究。但是現階段對于平面結構件的健康監測技術已經十分成熟，并廣泛應用于飛機典型部位達到良好控制的目的。隨著科學技術的發展和人們對柔性材料的開發，飛機金屬薄壁圓筒件的受力監測問題越來越受到重視。此外，由于單一柔性傳感器的監測范圍小，誤差大、失效率高以及可優化空間小等局限性，導致其并不能滿足人們的使用要求，而基于復合材料的多通道陣列柔性傳感器越來越受到人們的關注。

飛機機身中含有大量各式各樣的金屬結構件，如蒙皮、起落架和隔框等。對這些金屬薄壁結構進行場范圍監測一直是人們研究的重點課題之一，特別是這些結構在受力過程中，其受力監測分析，目前采用的傳感器還有監測范圍受限、靜電干擾且單一傳感器失效率高等問題。

發明內容

基于上述傳感器的結構健康監測問題，本發明提出了一種多通道柔性陣列式傳感器及其制法和監測曲面金屬件受力方法，該多通道柔性陣列式傳感器是基于石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器的六通道陣列傳感器，將其用于飛機曲面金屬件受力方面的監測，并進行了其響應測試。其總體上包括通過機械共混-酸浸腐蝕法制備得到的石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器和通過導電銀漿和PU(聚氨酯)薄膜將導線和六個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元相結合兩個部分，并且分析了對其用于曲面金屬件結構受力監測的響應。

為實現上述目的，其技術方案如下：

本發明的一種多通道柔性陣列式傳感器，包括多個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元、PU薄膜和導線，每個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元由導電銀漿固化連接有兩條導線，將多個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元按矩形矩陣排列，并由PU薄膜固定。

進一步的，多個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元至少為六個，每個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元為(20～30)mm×(20～30)mm的矩形，厚度為1～1.5mm。

矩形矩陣中，相鄰兩個石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元的間距為10～30mm。

所述的石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元由導電銀漿固化連接有兩條導線，優選為石墨烯/PDMS多孔柔性傳感器單元的相對邊。

所述的多通道柔性陣列式傳感器能夠實現在0.4～0.8s內其電阻變化率為61.2％～127.7％的明顯又快速響應，其孔隙率≥50％，孔徑≤100μm。

一種多通道柔性陣列式傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：

將石墨烯和PDMS混合均勻，得到混合試劑A；

步驟2：