CN106872360A - 一种用于监测功能涂层失效的传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感器技术，用于实时检测功能涂层是否失效。其技术方案是通过一种应力传感器检测功能涂层和基体之间的应力，从而判断功能涂层是否脱落。它在基体表面制备绝缘层、导电层和传感器层，传感器层用于检测应力，导电层用于将传感器信号传导出去。它用于解决功能涂层的服役问题，实现功能涂层的实时检测。它可以提高基体结构的服役周期，缩短基体结构的检修时间。当功能涂层在外力作用下产生剥离倾向时，传感器即可产生信号，该信号被系统收集并定位放大，存储在特定的存储器内，当进行回顾式检测时，即可早期发现功能涂层缺陷，以便采取措施。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种将用于实时监测功能涂层状态的传感器及其制备方法。
背景技术
功能涂层材料在飞机、桥梁、船舶、汽车、铁路等相关的应用领域发挥着重要的作用。例如各种表面防腐蚀功能涂层、各种表面装饰功能涂层以及各种电磁屏蔽功能涂层。这些功能涂层关系着服役结构在服役环境中的生存能力，如果功能涂层在基体结构上发生失效，将会导致结构破坏，造成严重的经济损失。同时，大面积的功能涂层检修工作繁重，检修维护费用很高。因此需要一项技术能够实时检测功能涂层和基体是否结合牢固。
发明内容
本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提出一种用于监测功能涂层失效的传感器，其在功能涂层和基体间集成传感器，用以功能涂层的情况。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述传感器由绝缘层、导电层和传感器层组成；所述绝缘层由绝缘材料组成；所述导电层由电阻率较基体材料低的材料制备而成，通过喷涂、沉积或者丝网印刷工艺基体区域内制备成阵列；所述传感器层由柔性压电材料和粘结剂组成；其制备方法是在需监测的区域上制备上绝缘层和导电层，然后在上面喷涂上与基体所需涂覆的功能层具有相容性的带压电材料的传感层，并完成固化，然后外表面制备所需监测功能涂层，完成传感器的埋入，最后将导电层传导出来的电信号接入信号采集系统和数据处理系统。
上述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的导电材料包括至少一种铜及其合金、金及其合金、银及其合金、铝及其合金、铁及其合金、导电碳纳米管和导电塑料及上述各材料的混合体，导电材料的电导率须低于基体本身的电导率。
上述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的基体导电层制备技术可以采用电镀、丝网印刷、喷涂和气相沉积技术；导电层按监测区域的要求组成阵列。
上述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的传感器层的材料为含压电材料的树脂涂料；树脂涂料的作用是联结导电层和外层的功能涂层同时起到传感的作用。所述树脂包括氯磺化聚乙烯(CSM)、聚氨酯(PU)和环氧树脂(EP)。
上述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的传感器层的所含压电材料为PVDF、PA11等有机压电材料、压电陶瓷以及有机压电材料和压电陶瓷的任意组合形式。
上述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的信号采集系统的前端电路是针对压电传感器适用的电压放大电路或者电荷放大电路，末端电路是模数转换电路。
上述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的数据处理系统的功能是将采集到的处理进行分析判断，确定出功能涂层区域是否都正常，哪个区域的功能涂层存在异常。
制备方法：
一种用于监测功能涂层失效的传感器的集成方法是在需监测的区域上制备上导电层，然后在上面喷涂上与基体所需涂覆的功能层具有相容性的带压电材料的传感层，并完成固化，然后按照功能层的制备工艺完成传感器的埋入，最后将导电层传导出来的电信号接入信号采集系统和数据处理系统。
有益效果：
智能功能涂层传感器集成在基体和功能涂层之间，这些传感器可以感知功能涂层和基体之间结合力，从而能够检测基体表面功能涂层的完整性，能够使飞行员和功能涂层维护检修人员能够快速判断功能涂层的服役情况，使飞行员自主判断是否已经暴露在对方的探测设备之下，为更合理的做出后续的飞行决策提供参考，提高武器装备的生存能力。使功能涂层维护检修人员能够快速确定功能涂层是否受损，受损的部位在哪里，提高功能涂层维护检修和效果，降低功能涂层的检修时间。
附图说明
图1是本发明专利的监测功能涂层失效的传感器示意图。
图2是实施例一的导电层布置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述，并非对其保护范围的限制：
实施例一
一种用于监测功能涂层失效的传感器的实施例1，见图2。本实施例的应用对象为机翼表面的表面防护功能涂层，所述传感器13由绝缘层131、导电层132和传感器层133组成。在本实施例中，基体11为碳纤维增强树脂基复合材料；绝缘层131为环氧树脂功能涂层，通过空气喷涂方法制备；导电层132为铝合金，采用热喷涂的方法在基体11表面制备，导电层132的形状为阵列块布置，布置图见图2，通过设置导电层的大小和数量来控制传感器监测的面积和传感器监测的精度。传感器层133的树脂为环氧树脂，将PVDF压电材料混合在环氧树脂，并溶解在乙醇中得到树脂涂料，将树脂涂料通过空气喷涂的方法涂覆机翼表面，经80摄氏度固化后取出。然后在该表面上制备以环氧树脂为粘结剂的表面防护功能涂层12。最后将各导电层区域的采集到信号传递到信号采集系统和数据处理系统。
实施例二
一种用于监测表面功能涂层失效的传感器的实施例2。本实施例的应用对象为轮船表面的表面防护功能涂层。所述传感器13由绝缘层131、导电层132和传感器层133组成。在本实施例中，基体11为特种船舶钢921A；绝缘层131为聚氨酯绝缘功能涂层，导电层132为纯铜，采用粘结的方法在基体11表面制备，导电层132的形状为阵列块布置。传感器层133的树脂为聚氨酯，将PA11压电材料混合在聚氨酯，并溶解在去离子水中得到树脂涂料，将树脂涂料通过空气喷涂的方法涂覆在船舶表面，经自然风干。然后在该表面上制备以聚氨酯为粘结剂的表面防护功能涂层12。最后将各导电层区域的采集到信号传递到信号采集系统和数据处理系统。
所述实施例只是上述技术方案的组合之一，实际运用过程中，不同的基体、不同的传感器单元、不同形式的导电层，不同的树脂和不同的功能涂层等不同的组合，均在本专利的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述传感器由绝缘层、导电层和传感器层组成；所述绝缘层由绝缘材料组成；所述导电层由电阻率较基体材料低的材料制备而成，通过喷涂、沉积或者丝网印刷工艺基体区域内制备成阵列；所述传感器层由柔性压电材料和粘结剂组成；其制备方法是在需监测的区域上制备上绝缘层和导电层，然后在上面喷涂上与基体所需涂覆的功能层具有相容性的带压电材料的传感层，并完成固化，然后外表面制备所需监测功能涂层，完成传感器的埋入，最后将导电层传导出来的电信号接入信号采集系统和数据处理系统。
2.根据权利要求1所述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的导电材料包括至少一种铜及其合金、金及其合金、银及其合金、铝及其合金、铁及其合金、导电碳纳米管和导电塑料及上述各材料的混合体，导电材料的电导率须低于基体本身的电导率。
3.根据权利要求1所述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的基体导电层制备技术可以采用电镀、丝网印刷、喷涂和气相沉积技术；导电层按区域组成阵列。
4.根据权利要求1所述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的传感器层的材料为含压电材料的树脂涂料；树脂涂料的作用是联结导电层和外层的功能涂层同时起到传感的作用；所述树脂包括氯磺化聚乙烯、环氧树脂、酚醛树脂和聚氨酯；所述压电材料为有机压电材料、压电陶瓷以及有机压电材料与压电陶瓷的任意组成形式。
5.根据权利要求1所述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的数据采集系统，前端电路是针对压电传感器适用的电压放大电路或者电荷放大电路，末端电路是模数转换电路。
6.根据权利要求1所述的一种用于监测功能涂层失效的传感器，其特征在于所述的数据处理系统的功能是将采集到的处理进行分析判断，确定出功能涂层区域是否都正常，哪个区域的功能涂层存在异常。
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