CN111487326A - 一种可修复式压电传感器柔性夹层 - Google Patents
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Abstract
本申请属于结构健康监测技术领域，特别涉及一种可修复式压电传感器柔性夹层，其内部设置有多个压电传感器，每个压电传感器在一个夹层区，该夹层区包括：底部的绝缘防护层，其中心位置设有压电传感器安装槽；隔离板，在绝缘防护层上表面形成传感器安装区；压电传感器，设置在压电传感器安装槽内；柔性基体层，设置在绝缘防护层上表面除隔离板之外的区域；夹层区域表面电极，设置在外部夹层区与隔离板连接处；传感器区表面电极，设置在传感器安装区与隔离板连接处；传输导线，蚀刻在柔性基体层下表面。本申请的可修复式压电传感器柔性夹层，可进行任何位置、任意数量的失效传感器的替换，实现整体柔性夹层修复，无需更换整体柔性夹层，经济性好。
Description
技术领域
本申请属于结构健康监测技术领域，特别涉及一种可修复式压电传感器柔性夹层。
背景技术
基于导波损伤监测的压电传感器因其灵敏度高、可靠性高以及成本低廉，被广泛应用于结构健康监测中。对于大面积复杂结构的监测，需布置压电传感网络，为避免因逐个粘贴而引起的走线不规范以及附加重量，通常将压电传感器及导线一体化封装于固定的柔性夹层中。
然而在安装及使用过程中由于一些原因(如极化、电学性能退化等)导致个别压电传感器失效的问题，造成其附近区域传感器监测信号失真，使整个压电传感器夹层失效。但是，目前的一体化封装无法对失效传感器进行修复，个别压电传感器失效后需要更换整个夹层，因此需付出较大的人力、物力成本，严重影响结构健康监测工作的实施。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种可修复式压电传感器柔性夹层。
本申请公开了一种可修复式压电传感器柔性夹层，所述可修复式压电传感器柔性夹层内并联且均匀分布有多个压电传感器，每个所述压电传感器所在区为一个夹层区，每个所述夹层区包括：
绝缘防护层，位于所述夹层区的最底部，并且，在所述绝缘防护层中心位置处开设有压电传感器安装槽；
隔离板，竖直设置在所述绝缘防护层的上表面，并围绕所述压电传感器安装槽形成传感器安装区；
压电传感器，固定设置在所述传感器安装区内的压电传感器安装槽内；
柔性基体层，固定铺设在所述绝缘防护层上表面除所述隔离板之外的区域；
夹层区域表面电极，设置在所述隔离板外部的夹层区与所述隔离板的连接处，并通过过渡导线引至所述柔性基体层下表面；
传感器区表面电极，设置在所述传感器安装区与所述隔离板的连接处，并通过过渡导线引至所述柔性基体层下表面；
传输导线，蚀刻在所述柔性基体层下表面，用于传输压电信号。
根据本申请的至少一个实施方式，所述柔性基体层采用的是聚酰亚胺基体。
根据本申请的至少一个实施方式，所述绝缘防护层由二氧化硅材料制成。
根据本申请的至少一个实施方式，所述柔性基体层与压电传感器之间通过粘接剂进行粘接。
根据本申请的至少一个实施方式，所述柔性基体层与绝缘防护层之间通过粘接剂进行粘接。
根据本申请的至少一个实施方式，所述传输导线分为信号线和公共地线。
根据本申请的至少一个实施方式，所述可修复式压电传感器柔性夹层内的多个压电传感器共用一个信号输出端。
本申请至少存在以下有益技术效果：
1)将整体柔性夹层设计与传感器夹层设计相结合，可在整体柔性夹层加工完成后根据需要进行感器夹层的加工生产，灵活性好；
2)可进行任何位置、任意数量的失效传感器的替换，实现整体柔性夹层修复，无需更换整体柔性夹层，经济性好；
3)修复过程操作简单、便捷迅速，并且可以实现同一位置的多次修复；
4)传感器夹层通用性和适用性好，可实现针对不同健康监测试验件的各种形状柔性夹层的修复。
附图说明
图1是本申请可修复式压电传感器柔性夹层的一优选实施例的实施效果图；
图2是本申请可修复式压电传感器柔性夹层的一优选实施例的内部电路图；
图3是本申请可修复式压电传感器柔性夹层划分的其中一个柔性夹层区域；
图4是图3所示区域的正视图；
图5是图3所示区域的剖视图；
图6是图3所示区域的侧视图；
图7是本申请可修复式压电传感器柔性夹层中传感器夹层部分的正视图；
图8是本申请可修复式压电传感器柔性夹层中传感器夹层部分的剖视图；
图9是本申请可修复式压电传感器柔性夹层中损坏传感器切除后局部效果图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
需要理解的是，在本申请的描述中可能涉及到的术语，例如“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1-图9对本申请的可修复式压电传感器柔性夹层做进一步详细说明。
本申请公开了一种可修复式压电传感器柔性夹层，该可修复式压电传感器柔性夹层内并联且均匀分布有多个压电传感器6，多个压电传感器6共用一个信号输出端；另外，每个压电传感器6所在区为一个夹层区1，每个夹层区1可以包括绝缘防护层9、隔离板3、压电传感器6、柔性基体层8、夹层区域表面电极5、传感器区表面电极12以及传输导线4。
具体的，绝缘防护层9位于夹层区1的最底部，起绝缘防护作用；并且，在绝缘防护层9中心位置处开设有压电传感器安装槽。其中，绝缘防护层9可以采用多种适合的绝缘材料，本实施例中，优选绝缘防护层9由二氧化硅材料制成。
隔离板3竖直设置在绝缘防护层9的上表面，并围绕压电传感器安装槽形成传感器安装区2；隔离板3主要用于分离夹层区和传感器区，以便于进行传感器替换操作。
压电传感器6固定设置在传感器安装区2内的压电传感器安装槽内，用于激发和接收压电信号。
柔性基体层8固定铺设在绝缘防护层9上表面除隔离板3之外的区域，作为整个柔性夹层与各部件的连接载体。同样，柔性基体层8可以采用多种适合的材料，本实施例中，优选柔性基体层8采用的是聚酰亚胺基体。
进一步，柔性基体层8与绝缘防护层9以及压电传感器6之间可以采用多种适合的方式进行固定，本实施例中，优选柔性基体层8与绝缘防护层9之间以及与压电传感器6之间通过粘接剂10进行粘接。
夹层区域表面电极5设置在隔离板3外部的夹层区与隔离板3的连接处，具体位置可以根据需要进行适合的选择，并通过过渡导线11引至柔性基体层8下表面。
传感器区表面电极12设置在传感器安装区2与隔离板3的连接处，具体位置可以根据需要进行适合的选择，并通过过渡导线11引至柔性基体层8下表面。
传输导线4蚀刻在柔性基体层8下表面，用于传输压电信号，其中，传输导线4根据需要又进一步分为信号线和公共地线。
进一步，下面将以4行×4列压电传感器网络为例对本申请的可修复式压电传感器柔性夹层的使用、修复方法作进一步说明。
本申请最终产品为包含压电传感器网络的柔性夹层，使用时只需将夹层粘贴于被监测实验件表面即可进行监测，其应用效果如图1所示，夹层内部电路图如图2所示。整体压电传感器网络柔性夹层(以下简称整体柔性夹层)加工的同时，单独加工备用传感器区域夹层(以下简称传感器夹层)，如图7、图8所示。使用过程中，对失效的传感器部分进行切除，并粘贴传感器夹层，以完成整体柔性夹层的修复。
具体修复步骤如下：
1)在整体柔性夹层中找出失效压电传感器；
2)用刀具沿隔离板外缘将失效传感器区进行割离，并用铲刀铲掉，如图9所示；
3)将新的压电传感器夹层整齐粘贴于隔离板的方框内；
4)将夹层区表面电极与传感器区表面电极进行焊接，表面涂防护剂；
5)完成修复。
综上所述，本申请的可修复式压电传感器柔性夹层至少存在如下优点：
1)将整体柔性夹层设计与传感器夹层设计相结合，可在整体柔性夹层加工完成后根据需要进行感器夹层的加工生产，灵活性好；
2)可进行任何位置、任意数量的失效传感器的替换，实现整体柔性夹层修复，无需更换整体柔性夹层，经济性好；
3)修复过程操作简单、便捷迅速，并且可以实现同一位置的多次修复；
4)传感器夹层通用性和适用性好，可实现针对不同健康监测试验件的各种形状柔性夹层的修复。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种可修复式压电传感器柔性夹层，其特征在于，所述可修复式压电传感器柔性夹层内并联且均匀分布有多个压电传感器(6)，每个所述压电传感器(6)所在区为一个夹层区(1)，每个所述夹层区(1)包括：
绝缘防护层(9)，位于所述夹层区(1)的最底部，并且，在所述绝缘防护层(9)中心位置处开设有压电传感器安装槽；
隔离板(3)，竖直设置在所述绝缘防护层(9)的上表面，并围绕所述压电传感器安装槽形成传感器安装区(2)；
压电传感器(6)，固定设置在所述传感器安装区(2)内的压电传感器安装槽内；
柔性基体层(8)，固定铺设在所述绝缘防护层(9)上表面除所述隔离板(3)之外的区域；
夹层区域表面电极(5)，设置在所述隔离板(3)外部的夹层区与所述隔离板(3)的连接处，并通过过渡导线(11)引至所述柔性基体层(8)下表面；
传感器区表面电极(12)，设置在所述传感器安装区(2)与所述隔离板(3)的连接处，并通过过渡导线(11)引至所述柔性基体层(8)下表面；
传输导线(4)，蚀刻在所述柔性基体层(8)下表面，用于传输压电信号。
2.根据权利要求1所述的可修复式压电传感器柔性夹层，其特征在于，所述柔性基体层(8)采用的是聚酰亚胺基体。
3.根据权利要求1所述的可修复式压电传感器柔性夹层，其特征在于，所述绝缘防护层(9)由二氧化硅材料制成。
4.根据权利要求1所述的可修复式压电传感器柔性夹层，其特征在于，所述柔性基体层(8)与压电传感器(6)之间通过粘接剂(10)进行粘接。
5.根据权利要求1所述的可修复式压电传感器柔性夹层，其特征在于，所述柔性基体层(8)与绝缘防护层(9)之间通过粘接剂(10)进行粘接。
6.根据权利要求1所述的可修复式压电传感器柔性夹层，其特征在于，所述传输导线(4)分为信号线和公共地线。
7.根据权利要求1所述的可修复式压电传感器柔性夹层，其特征在于，所述可修复式压电传感器柔性夹层内的多个压电传感器(6)共用一个信号输出端。
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