界面压力分布测试传感元件
阅读：1004发布：2020-07-05
专利汇可以提供界面压力分布测试传感元件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种界面压 力 分布测试传感元件，包括传感 薄膜 、传感薄膜四周间隔均匀布置的 电极 、与电极连接的 导线 及上下绝缘漆层。利用具有压阻敏感特性的导电高分子 复合材料 制作传感薄膜，电极与导线用于输出传感薄膜不同 位置 处 电阻 率 信息。测试时，将导线与测试仪器连接，利用 电阻抗成像 技术进行采集测试及计算，获得传感薄膜不同位置处的电阻率分布，再通过传感薄膜压力大小与电阻率大小之间的关系得到压力大小分布。可以实现对界面压力分布及变化的测量，并具有结构简单、超薄、柔顺性强、 分辨率 与 精度 高、量程大及成本低的特点。，下面是界面压力分布测试传感元件专利的具体信息内容。
界面压力分布测试传感元件
技术领域
[0001] 本发明涉及一种测试传感元件，尤其是一种界面压力分布测试传感元件。
背景技术
[0002] 在岩土力学与工程基础研究领域，现场原位试验和室内模型试验中均需要进行界面应力（压力）物理量的量测。原位测试主要包括岩体原位应力、地下工程结构（如立井井壁、巷道支护、隧道衬砌）内力、支护体与围岩的界面压力等；模型试验测试主要包括岩土体压力、支护体压力等。传统界面压力量测主要采用液压枕、钢弦压力盒、电阻应变式压力盒等，两类传感器大多仅具有单点测试功能。
[0003] 长期试验研究与工程实践表明，目前采用的压力传感器普遍存在以下两个关键问题：(1)单个传感器一般只能测得单点信息，无法获得场量特征；(2) 现有测试传感器无法量测界面压力分布及变化。因此，现有传感技术已不适应岩土/结构界面压力分布的量测。
发明内容
[0004] 技术问题：本发明的目的是为克服已有技术的不足，提供一种结构简单、能够测试多点信息的界面压力分布测试传感元件。
[0007] 有益效果：由导电高分子复合材料制作而成的传感薄膜、均匀间隔布置在传感薄膜四周的电极、与电极连接的导线及上下喷涂的绝缘层。导电高分子复合材料基体选用橡胶，所使用的导电相可以是导电炭黑、碳纳米管或碳纳米纤维等。由导电高分子复合材料制作的传感薄膜具有压阻特性，当外界压力作用于传感薄膜上时，其电阻率将产生变化，压力大小不同，电阻率的变化也不同，便可通过测试电阻率的大小来判断外界压力的大小。四周布置的电极及导线用来量测传感薄膜的电阻率变化信息。绝缘层的作用是防止外界接触物对传感薄膜的电性能影响，起到绝缘、密封及保护作用。传感元件使用时，将导线与测试仪器连接，当不同大小的外力作用于传感元件平面不同位置处时，传感薄膜相应位置的电阻率将产生不同的变化，便可通过已有文献中公开的电阻抗成像技术对这种变化进行采集测试及进行相关的计算，得到各位置处的电阻率变化以反推出各位置处外力的大小，得到岩土介质/结构界面压力分布。利用具有压阻敏感特性的导电高分子复合材料制作传感薄膜，电极与导线用于输出传感薄膜不同位置处电阻率信息。测试时，将导线与测试仪器连接，利用电阻抗成像技术进行采集测试及计算，获得传感薄膜不同位置处的电阻率分布，再通过传感薄膜压力大小与电阻率大小之间的关系得到压力大小分布。可以实现对界面压力分布及变化的测量，并具有结构简单、超薄、柔顺性强、分辨率与精度高、量程大及成本低的特点。主要优点有：1、传感元件使用的传感薄膜，具有结构薄、力敏精度高、大量程及成本低的特点；
2、传感薄膜可以实现较高的柔顺性，可以贴附在任意形状的界面间进行压力分布的测量；
3、可以通过密布电极实现较高的分辨率，理论上，四周间隔布置的电极越多，通过电阻抗成像技术计算出的精度和分辨率越高；
4、可实现大面积界面压力分别的测量。理论上，传感元件的面积可以根据需要做成任意大小，实现大面积压力分布的测量。
附图说明
2、传感薄膜可以实现较高的柔顺性，可以贴附在任意形状的界面间进行压力分布的测量；
3、可以通过密布电极实现较高的分辨率，理论上，四周间隔布置的电极越多，通过电阻抗成像技术计算出的精度和分辨率越高；
4、可实现大面积界面压力分别的测量。理论上，传感元件的面积可以根据需要做成任意大小，实现大面积压力分布的测量。
附图说明
[0008] 图1为本发明的传感元件实施例1的平面结构示意图。
[0009] 图2为本发明的传感元件实施例2的平面结构示意图。
[0010] 图3为图1和图2的A-A剖面图。
具体实施方式
[0011] 下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：实施例1、如图1图3所示，界面压力分布测试传感元件为正方形，它包括传感薄膜1、均匀间隔布置在传感薄膜1四周的电极2、电极2上均连接有导线3，在传感薄膜1上下表面及电极2连接处分别喷涂一层绝缘密封的绝缘漆层4。传感薄膜1采用炭黑填充的橡胶基导电复合材料制作而成，厚度为50μm，正方形的传感元件边长为200mm，32个电极每边均匀间隔布置8个，电极采用0.1mm厚的铜片，尺寸为5mm×10mm，每个电极2上均连接有导线。电极2与传感薄膜1使用导电胶粘接，导线3与电极2焊接。
[0012] 实施例2、如图2图3所示，界面压力分布测试传感元件为圆形，它包括传感薄膜1、均匀间隔布置在传感薄膜1周围的电极2、电极2上均连接有导线3，在传感薄膜上下表面及电极连接处分别喷涂一层绝缘密封的绝缘漆层4。传感薄膜1使用碳纳米管填充的橡胶基导电复合材料制作而成，厚度为100μm，传感薄膜1的形状为直径为150mm的圆形，16个电极均匀间隔布置于圆周，电极采用0.1mm厚的铜片，尺寸为5mm×5mm，每个电极上连接有导线。电极与传感薄膜使用导电胶粘接，导线与电极焊接。
[0013] 传感薄膜1的形状可以根据测试需要而定，可以为矩形、圆形或其他特殊形状；电极2数量根据测试精度而定，测试精度越高所布置的电极数量就越多。
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