[發(fā)明專利]一種監(jiān)測飛機壁板狀態(tài)的柔性傳感器及其制備方法

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• 申請日: 2023-05-29
• 公開（公告）號: CN116625220A
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 孟慶實;池騰飛;王向明;劉建邦;韓森森;趙健凱;陸豪杰;王朔;王英波;姬書得;張業(yè)偉
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01M7/08;G01N3/06;G01N3/30
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種監(jiān)測飛機壁板狀態(tài)的柔性傳感器的制備方法，包括以下步驟：步驟1：裁剪PI薄膜貼于鋁合金基板上；步驟2：激光誘導PI薄膜得到石墨烯敏感層；步驟3：用PI單面膠帶對有石墨烯敏感層一側(cè)進行封裝，并在兩端連接導線；步驟4：將柔性傳感器貼合于鋁合金結(jié)構(gòu)件，對鋁合金結(jié)構(gòu)件分別進行沖擊損傷、持續(xù)加載穩(wěn)定性、彎曲變形實時監(jiān)測；將多個柔性傳感器在碳纖維飛機壁板上做矩形陣列布控，對碳纖維壁板進行多通道沖擊損傷實時監(jiān)測。一種監(jiān)測飛機壁板狀態(tài)的柔性傳感器，包括石墨烯敏感層，石墨烯敏感層兩端設置有電極，電極分別與對應的導線連接，在裸露的石墨烯敏感層一側(cè)用PI單面膠帶封裝。采用激光誘導PI薄膜制備石墨烯敏感層，操作簡單，成本低。

技術領域

本發(fā)明屬于飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術領域，其中涉及激光誘導石墨烯技術，特別涉及了一種監(jiān)測飛機壁板狀態(tài)的柔性傳感器及其制備方法。

背景技術

柔性應變傳感器是一種靈活的電子元件，可以測量物體表面的應變或變形。這種傳感器通常由柔性材料制成，如聚合物或彈性體。當物體發(fā)生形變時，柔性傳感器會產(chǎn)生電信號，這些信號可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸?shù)接嬎銠C或其他設備上進行處理和分析。柔性應變傳感器的優(yōu)點是具有較高的靈敏度和精度，可以測量非常小的應變或變形。此外，由于其柔性材料的特性，它們可以適應不同形狀和曲率的物體表面，并且可以進行大范圍的應變測量。因此，它們被廣泛應用于機器人技術、醫(yī)療設備、智能交通系統(tǒng)、智能家居、電子游戲等領域。柔性應變傳感器的制造方法也非常多樣，包括印刷、噴墨和紡織等技術。這些制造方法使得柔性應變傳感器的成本相對較低，同時也使得它們可以在大規(guī)模生產(chǎn)中得到廣泛應用。

激光誘導石墨烯技術(LIG)是一種新型的制備石墨烯的方法，它通過激光輻射碳源材料，在表面產(chǎn)生電荷，從而在表面形成石墨烯薄膜。與傳統(tǒng)的化學氣相沉積(CVD)方法相比，LIG方法具有成本低、制備周期短、操作簡單等優(yōu)點，因此受到了廣泛的關注。LIG技術的優(yōu)點包括：制備過程簡單、快速、低成本；可以在各種基礎材料上進行制備，包括聚合物、紙張、織物等；石墨烯薄膜與基礎材料結(jié)合緊密，有較好的機械強度和柔韌性，可用于制備柔性電子元件等。

目前，柔性應變傳感器主要應用于人體醫(yī)療保健，監(jiān)測人體的生命體征等，但應用在飛機壁板類結(jié)構(gòu)件健康監(jiān)測鮮有報道。飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測可以幫助識別潛在的結(jié)構(gòu)缺陷或故障，從而預防事故發(fā)生。例如，如果檢測到飛機壁板的損傷，可以及時進行維修，防止飛機在飛行中失效。通過監(jiān)測飛機結(jié)構(gòu)的健康狀況，可以及早測飛機結(jié)構(gòu)的健康狀況，并進行及時的維修和保養(yǎng)，可以延長飛機的使用壽命。飛機結(jié)構(gòu)健康發(fā)現(xiàn)問題并進行維修，避免更嚴重的損壞，從而提高飛機的可靠性和減少維修成本。通過定期監(jiān)監(jiān)測是確保適航性的重要手段之一。柔性傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)與飛機結(jié)構(gòu)件的集成一體化，并且通過激光誘導石墨烯能夠?qū)崿F(xiàn)柔性傳感器標準化制備，可以應用到飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領域。

傳統(tǒng)的石墨烯制備方法過程復雜，成本較高。傳統(tǒng)應變片、光纖光柵覆蓋區(qū)域小。對于弧形面、異形表面、垂直面，傳統(tǒng)應變片和光纖光柵無法布置。因此將柔性傳感器應用于飛機壁板等大型結(jié)構(gòu)件并實現(xiàn)標準化制備是十分迫切的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的不足，本文提出了一種監(jiān)測飛機壁板狀態(tài)的柔性傳感器及其制備方法，采用CO₂激光機激光誘導PI薄膜制備石墨烯敏感層，操作簡單，成本低；采用柔性應變傳感器覆蓋面積大，監(jiān)測范圍更廣；對于弧形面、異形表面、垂直面，采用柔性應變傳感器可以解決光纖布置問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種監(jiān)測飛機壁板狀態(tài)的柔性傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：裁膜

裁剪所需要尺寸的PI薄膜貼于鋁合金基板上，鋁合金基板提前用無水乙醇擦除雜質(zhì)和灰塵；

步驟2：激光誘導石墨烯