CN101672619A - 碳纤维搭接式应变传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感技术领域,具体涉及一种碳纤维搭接式应变传感器及其制作工艺。通过两束或两束以上的一定长度碳纤维之间的搭接,形成一种树脂基碳纤维搭接层;该搭接层受力产生变形而导致电阻产生变化;通过设置在碳纤维上的电极,采集这种电阻的变化,从而实现变形传感的功能。该碳纤维搭接式应变传感器具有灵敏度高、稳定性好、覆盖面积大等特点。
Description
技术领域
本发明属于传感技术领域,具体涉及一种碳纤维搭接式应变传感器。
背景技术
碳纤维是一种具有导电特性的高弹高强纤维材料,连续碳纤维的电阻率可随着碳纤维的受力大小而改变,但这种改变率很小,即其传感的敏感性很小。因此将连续碳纤维作为传感器具有局限性。
将碳纤维均匀弥散在水泥基体内组成水泥基碳纤维增强机敏材料,该材料的电阻率能够对受力变形而产生较大的改变率,也就是说其传感的敏感性较大。但是由于水泥基体是一种长期水化作用的产物,且易受到环境的影响,因此导致该材料的电阻率稳定性较差。因此水泥基碳纤维增强机敏材料也不易制作传感器。
将连续碳纤维切成一定长度的纤维,采用搭接技术,使得两束碳纤维间部分搭接;依靠这种搭接技术所形成的粘接界面,当受力变形时,这种结构形式与连续碳纤维相比,其传感敏感性得到大幅度提高;由于采用树脂作为基体,材料特性的稳定性也得到了提高。因此,碳纤维搭接式应变传感器是一种既具有较高的灵敏性,又具有较高的稳定性的传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维搭接式应变传感器,该传感器具有灵敏度高、稳定性好、覆盖面积大等特点。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种碳纤维搭接式应变传感器,其特征在于:它由两束或两束以上的定长度碳纤维,采用搭接而成,任意两束之间的碳纤维形成部分搭接层,搭接层由树脂固定,在未搭接部分的碳纤维表面涂有导电胶,导电胶上面粘有电极,所述的碳纤维、树脂、导电胶和电极均被固定在垫板上,以形成一个完整的碳纤维搭接式传感器。
上述的碳纤维搭接式应变传感器结构外表涂有防护层。
所述的搭接层的搭接界面处为两束纤维层合结构,或多束纤维层合结构,在多束纤维层合结构的未搭接段的纤维束界面间设有绝缘层。
所述的电极的个数为2、4或多个电极,用于激励和采集。
所述的任意两束碳纤维之间的部分搭接层为两束碳纤维直接搭接,或者在搭接界面处存在夹层,夹层材料选用定长连续碳纤维、短切碳纤维毡、或碳纤维织物,或碳黑等其他导电物质。
所述的碳纤维搭接式应变传感器中,所述的树脂为环氧类树脂以及不饱和树脂。
所述的导电胶为银胶材料
所述的防护层为防紫外线的树脂材料。
本发明的碳纤维搭接式应变传感器的制作工艺,其特征在于,它包括如下步骤:
1)裁剪两束碳纤维;
2)在所裁剪碳纤维束的一端涂覆导电胶,并粘贴导电电极;
3)然后将两束碳纤维以搭接的方式铺设于垫板上,用树脂浸润碳纤维,使之在垫板上整体成型;
4)涂覆防护层,并保证表面平整;
5)采用在常温下进行固化处理;对于特殊需耐温度的传感器所采用的树脂,依据树脂体系要求在其指定温度和时间下进行固化。
本发明的有益效果是:
1、通过两束或两束以上的定长度碳纤维之间的搭接,形成一种树脂基碳纤维搭接层;该搭接层受力产生变形而导致电阻产生变化;通过设置在碳纤维上的电极,采集这种电阻的变化,从而实现变形传感的功能,这种结构形式与连续碳纤维相比,其传感敏感性得到大幅度提高。
2、由于采用树脂作为基体,材料特性的稳定性也得到了提高。
3、这种树脂基碳纤维层结构被固定在垫板上,并未对其大小作限制,因此,相对一般应变片而言,其传感的覆盖面较大。
附图说明
图1为本发明的碳纤维搭接式应变传感器结构示意图
图2为多层搭接传感器结构示意图
图3为夹层传感器结构示意图
图4为多区域搭接传感器结构示意图
图5为电极示意图。
图中标识含义:1-树脂基定长碳纤维;2-碳纤维搭接层;3-导电胶;4-电极;5-垫板;6-防护层;7-绝缘层;8-夹层。
具体实施方式
实施例1:
如图1所示,一种碳纤维搭接式传感器包括:树脂基定长碳纤维1、碳纤维搭接层2,导电胶3,电极4,垫板5,碳纤维表面涂有导电胶3、导电胶上面粘有电极4,所述的碳纤维、树脂、导电胶和电极被固定在垫板5上,形成一个完整的碳纤维搭接式传感器,整个传感器表面涂覆有防护层6。其中:树脂为环氧类树脂或不饱和树脂;导电胶为银胶材料;防护层为防紫外线的树脂材料。
该碳纤维搭接式应变传感器中,树脂作为基体和粘接剂,将两束端部搭接的连续碳纤维,成型固化于垫板上;在碳纤维未搭接的一端,通过导电胶设置电极,整个传感器表面涂覆有防护层。在该传感器中,纤维搭接的界面具有显著的应变敏感性,具体表现为:在碳纤维搭接层依随垫板变形的过程中,碳纤维搭接界面受力产生变形而导致电阻产生变化,可以在碳纤维上设置两个电极直接采集这种电阻变化;或者是采用四电极法,即在两外侧电极上用电源激励,通过采集两内侧电极间的电压来间接得到电阻变化。碳纤维搭接式传感器具有灵敏度高、稳定性好、覆盖面积大等特点。
上述碳纤维搭接式应变传感器的制作工艺,它包括如下步骤:
1)裁剪两束碳纤维;
2)在所裁剪碳纤维束的一端涂覆导电胶,并粘贴导电电极;
3)然后将两束碳纤维以搭接的方式铺设于垫板上,用树脂浸润碳纤维,使之在垫板上整体成型;
4)涂覆防护层,并保证表面平整;
5)采用在常温下进行固化处理;对于特殊需耐一定温度的传感器所采用的树脂,可以依据树脂体系要求在其指定温度和时间下进行固化。
实施例2:如图2所示,
与实施例1基本相同,不同之处在于实施例1的搭接界面处为两束纤维层合结构,而实施例2的搭接界面处为多束纤维层合结构,形成了多层纤维界面敏感层,并在未搭接段的纤维束界面间有绝缘层7。
实施例3:如图3所示,
与实施例1基本相同,不同之处在于实施例1为两束碳纤维直接搭接,而实施例3的搭接界面处存在夹层8,夹层材料选用定长连续碳纤维、短切碳纤维毡、或碳纤维织物,或碳黑等其他导电物质。
实施例4:如图4所示,与实施例1基本相同,不同之处在于实施例1中为两束碳纤维搭接,形成单一敏感段,用于单区域的传感,而实施例4中为多束碳纤维首尾搭接,并在相邻搭接段之间设置电极,形成多个敏感段串联结构,实现了单个传感器的多区域传感。如图4中的电极A与电极B之间,电极B与电极C之间,电极C与电极D之间,电极D与电极E之间可分别作为敏感段相互独立地在各自区域内同时进行传感。
Claims (8)
1.一种碳纤维搭接式应变传感器,其特征在于:它由两束或两束以上的定长度碳纤维,采用搭接而成,任意两束之间的碳纤维形成部分搭接层(2),搭接层由树脂固定,在未搭接部分的碳纤维表面涂有导电胶(3),导电胶上面粘有电极(4),所述的碳纤维、树脂、导电胶和电极均被固定在垫板(5)上,形成一个完整的碳纤维搭接式传感器。
2.根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器,其特征在于:所述的碳纤维搭接式应变传感器结构外表涂有防护层(6)。
3.根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器,其特征在于:所述的搭接层(2)的搭接界面处为两束纤维层合结构,或多束纤维层合结构,在多束纤维层合结构的未搭接段的纤维束界面间设有绝缘层(7)。
4.根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器,其特征在于:所述的电极(4)的个数为2、4或多个电极,用于激励和采集。
5.根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器,其特征在于:所述的任意两束碳纤维之间的部分搭接层(2)为两束碳纤维直接搭接,或者在搭接界面处存在夹层(8),夹层材料选用定长连续碳纤维、短切碳纤维毡、或碳纤维织物,或碳黑导电物质。
6.根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器,其特征在于:所述的树脂为环氧类树脂以及不饱和树脂。
7.根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器,其特征在于:所述的导电胶为银胶材料。
8根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器,其特征在于:所述的防护层为防紫外线的树脂材料。
9权利要求1所述的碳纤维搭接式传感器的制作工艺,其特征在于,它包括如下步骤:
1)裁剪两束碳纤维;
2)在所裁剪碳纤维束的一端涂覆导电胶,并粘贴导电电极;
3)然后将两束碳纤维以搭接的方式铺设于垫板上,用树脂浸润碳纤维,使之在垫板上整体成型;
4)涂覆防护层,并保证表面平整;
5)采用在常温下进行固化处理;对于需耐温度的传感器所采用的树脂,依据树脂体系要求在其指定温度和时间进行固化。
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