CN114596694A - 用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置 - Google Patents
用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114596694A CN114596694A CN202210322032.8A CN202210322032A CN114596694A CN 114596694 A CN114596694 A CN 114596694A CN 202210322032 A CN202210322032 A CN 202210322032A CN 114596694 A CN114596694 A CN 114596694A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensing
- layer
- water
- sensing layer
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 122
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims abstract description 46
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims abstract description 46
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 46
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims abstract description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 24
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 19
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 claims description 16
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 13
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 13
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 13
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 claims description 9
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 9
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000007790 scraping Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 230000003938 response to stress Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003223 poly(pyromellitimide-1,4-diphenyl ether) Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
- G08B21/18—Status alarms
- G08B21/182—Level alarms, e.g. alarms responsive to variables exceeding a threshold
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B25/00—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems
- G08B25/01—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium
- G08B25/10—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium using wireless transmission systems
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，包括水分感知传感器、信号处理装置、无线信号发射装置；水分感知传感器包括依次设置的渗水膜布层、吸水材料层、压力传感层；压力传感层包括设置于吸水材料层上方的压阻传感层、设置于压阻传感层上的压电传感层；吸水材料层吸收渗水膜布层的水膨胀将信号传递给压阻传感层及压电传感层；压电传感层与压阻传感层分别与信号处理装置连接，信号处理装置与无线信号发射装置连接。本发明通过采用独特的PDMS封装方式使吸水材料层吸收水后产生的膨胀形变限制在一定区域内，从而放大渗漏水分的信号，并且通过传输的两种不同电信号分析判断渗水问题，从而对渗水做出迅速响应进行报警。
Description
技术领域
本发明涉及一种渗水监测报警装置，具体涉及一种用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置。
背景技术
海底隧道是交通运输工程中重要一环，但海底隧道的建设过程因复杂的海底地质构造和严酷的海洋环境将面临诸多问题，如高烈度地震区穿越密集断层破碎带、海域高水压、海洋环境侵蚀等等，这些问题将会给海底隧道的耐久性上带来诸多负面影响，渗水问题就是其中之一。除此之外，地下隧道、管道工程、地下换热站等基础设施也可能存在工艺上的渗水漏洞，或是在长期使用过程中建筑材料产生了形变、裂缝，使渗水问题无法避免。若无法及时检测到渗水病害的发生，设施不仅会加速劣化、缩短使用年限，严重时还会导致危害性极大的灾害。
目前在漏水监测报警领域，管网检漏系统大多通过传感器感知泄露的振动或声音信号对供水管网进行监测，例如专利CN 113432805 A公开的一种供水管道泄漏的无线监测装置及方法，通过压电加速度传感器固定在被监测供水管道外壁获取电信号，但因振动信号微弱，且外界干扰大，这类检漏系统的精准仪器造价较为昂贵；专利CN 215361766 U公开的一种无人船漏水检测装置，利用浮球推动触片接合电路，进行报警，但因结构限制，实际应用效果有待考究；专利CN 210666045 U公开了一种具有检测报警功能的水浸传感器，利用水的导电性，当水浸传感探头浸入水中，检测电路形成通路或是发生电流变化，发出报警，但要求一定浸水高度，故更适用于积水报警。
所以研发一种能在混凝土高碱性环境下耐久性好、界面结合良好、不影响混凝土结构强度的、成本低的水分渗漏检测报警装置，对于海底隧道工程和其他基础工程的建设具有重要的理论研究意义和工程应用价值。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能在混凝土高碱性环境下耐久性好、界面结合良好的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置。
技术方案：本发明的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，包括水分感知传感器、信号处理装置、无线信号发射装置；所述水分感知传感器包括依次设置的渗水膜布层、吸水材料层、压力传感层；所述压力传感层包括设置于吸水材料层上方的压阻传感层、设置于压阻传感层上的压电传感层；所述吸水材料层吸收渗水膜布层的水膨胀将信号传递给压阻传感层及压电传感层；所述压电传感层与压阻传感层分别与信号处理装置连接，所述信号处理装置与无线信号发射装置连接。
其中，所述压力传感层的上方和下方均设有第一疏水封装材料层，所述吸水材料层的上方设有第二疏水封装材料层；所述吸水材料层与压力传感层通过第一疏水封装材料层、第二疏水封装材料层粘结固定。
其中，渗水膜布层、吸水材料层与压力传感层利用PDMS高温固化进行粘结组装，其中吸水材料层同样由PDMS固定吸水材料，将膨胀形变限制在一定区域内。吸水材料层可以有效放大水分渗漏的信号，将不容易区分的微弱信号转换为可以直接被压力传感层检测到的信号。
其中，所述第一疏水封装材料层与第二疏水封装材料层的疏水材料相同；所述第一疏水封装材料层与第二疏水封装材料层的材料均为PDMS。
使用PDMS固定吸水材料层，既可以将膨胀形变限制在一定区域内，更多地向易形变的压力传感层方向膨胀，形变程度的提升使信号加强，也因本身的高柔性进一步保证了形变的自由度不受额外的影响。另外，PDMS作为疏水材料，将吸水树脂和渗水膜布层与压力传感层隔离，防止材料遇水影响使用效果，提高了该类装置的适用范围和使用寿命。PDMS作为粘结固定封装使用，可以无需额外复杂操作就能使压力传感层和吸水材料层紧密粘结，近乎成为一体，不会因遇水导致胶粘失效。
其中，所述的水分感知传感器设有两个电信号输出端，通过导线分别与信号处理模块连接，进行信号的转换处理。
其中，所述压电传感层与压阻传感层接触的一面沉积有不连续的电极材料，不连续的电机材料上分别设有压阻信号输出端；所述压电传感层远离压阻传感层的一面设有叉指电极，所述叉指电极的两个端口分别设有压电信号输出端；所述压阻信号输出端、压电信号输出端分别与信号处理装置连接。
其中，所述水分感知传感器由以下步骤制得：将压电传感层与压阻传感层使用PDMS封装；将吸水材料层放置于吸水膜布层上，并在吸水材料层表面刮涂PDMS，经加热进行半固化后，与封装后的压力传感层接触，继续加热固化，制得。
其中，所述压电传感层为压电聚合物薄膜，压电聚合物薄膜同时为压阻传感层双面结构的另一面基底；压电聚合物薄膜材料为PVDF和/或P(DVF-TrFE)或其他具有压电性的聚合物材料；所述压电聚合物薄膜制备方法包括刮涂法、旋涂法，可以使用商用砂纸作为微结构模板，制备有一定微观结构的压电聚合物薄膜。
其中，所述压阻传感层包括基体、喷涂于基体上的碳纳米管薄膜；所述基体为以砂纸为模板的PDMS薄膜；所述砂纸为180目、240目或400目的商用砂纸；压阻导电材料为碳纳米管薄膜；
压阻传感层制备碳纳米管薄膜的具体过程为：采用异丙醇和去离子水的混合溶液，将碳纳米管经超声和高速均质分散搅拌处理后获得分散液，将PDMS薄膜及其放置基板在加热板上加热至约80℃，喷涂1-2s，重复此步骤直至喷涂完所需的量。
其中，所述的吸水材料层所使用的吸水材料为高吸水树脂，具有较优的吸水膨胀倍率，并采用PDMS进行固定和组装，起到限制形变区域、隔离水分的作用；高吸水树脂优选为微小颗粒状的高吸水树脂。
上述的水分感知传感器的制备方法，包括以下步骤：
(A)在压电传感层与压阻传感层接触的一面沉积有间断的电极材料，并在两侧以导线引出；
(B)在压电传感层的另一面溅射叉指电极，并在叉指电极两端口连接导线；
(C)将压阻传感层与压电传感层进行封装，得到压阻/压电双模式的压力传感层；
(D)将吸水材料层置于渗水膜布上，刮涂PDMS，加热，半固化后与步骤(C)的压力传感层粘结，继续加热固化，直至PDMS与压力传感层上的PDMS合为一体则组装完成，制得所述水分感知传感器。
步骤(A)中的压电传感层为压电聚合物薄膜，步骤(D)中的吸水材料为高吸水树脂。
所述的电极材料包括真空镀膜仪溅射的Pt、Au、Ag等金属颗粒的图案化电极或使用喷涂法、旋涂法、滴涂法制备的碳纳米管薄膜。在采用金属颗粒作为电极材料时，压电聚合物薄膜材料的微结构模板限制在400目以及更光滑的表面，以获得连续的导电通路。采用微结构基底上的碳纳米管薄膜为电极材料时，导线由上下两面碳纳米管薄膜不同的两端引出。
其中，所述信号处理装置、无线信号发射装置固定于疏水柔性衬底上。
工作原理：本发明的水分感知传感器中压阻/压电双模式压力传感层可以应对复杂的渗水状况。少量缓慢渗水时，吸水材料层的膨胀形变速度较慢，且形变结束会保持，压阻传感层可以对这种准静态地变化做出响应。当高频率漏水时，吸水材料层形变快、且水分渗漏本身可能会产生一定振动，这时压阻传感层可能无法对实际情况做出迅速响应，而压电传感层则适合测量脉冲信号，此时压电传感层则能弥补这样的缺陷。压阻/压电双模式压力传感层可以同时感知动态和静态两种情况的力学信息，从而帮助分析判断渗水问题的实际情况。
有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：1、双模式的压力传感可以应对复杂的渗水状况；少量缓慢渗水时，压阻传感层可以对这种准静态地变化做出响应，高频率漏水时，压电传感层则能做出迅速响应，本发明可以同时感知动态和静态两种情况的力学信息，从而帮助分析判断渗水问题的实际情况。2、柔性传感器件可以作为外置传感器在此和建筑界面良好结合，有检测灵敏度高的优点，且在能保持较长的工作寿命，能够对渗水做出迅速响应，在参数超过阈值时，进行报警，避免进一步扩大渗水病害带来的损失。3、该装置是一种相对成本较低的监测隧道渗水报警装置。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的水分感知传感器结构示意图；
图3为本发明的水分感知传感器工作原理示意图；
图4为以商用砂纸为模板的微结构压阻器件的应力响应情况；
图5为压力传感层为压电聚合物薄膜时在有无吸水材料层两种情况下对1ml水分的四次响应信号。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述。
如图1-3所示，本发明提供了一种用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，包括水分感知传感器1、疏水柔性衬底2、信号处理模块3、无线信号发射装置4，其中水分感知传感器1包括由上至下依次设置的压力传感层6、吸水材料层11、渗水膜布层5。压力传感层6包括基于微结构的压阻传感层10以及压电传感层8。
压电传感层8包括压电聚合物薄膜，压电聚合物薄膜上设有电极材料9，本实施例的电极材料9为溅射的间断的Pt金属电极材料，并在两侧以导线引出，为压阻信号输出端12；压电聚合物薄膜的另一面表面溅射有叉指电极7，叉指电极两端口连接有导线，为压电信号输出端13。压阻信号输出端12、压电信号输出端13分别与信号处理模块3连接，信号处理模块3与无线信号发射装置4连接。信号处理模块3与无线信号发射装置4粘结于疏水柔性衬底2上。
压阻传感层10包括以商用砂纸为模板制备的微结构PDMS基体，喷涂于微结构PDMS基体上的碳纳米管薄膜。
按结构顺序，渗水膜布层5、吸水树脂层11、压力传感层6利用PDMS高温固化进行粘结组装：在压电传感层的上表面刮涂有PDMS、压阻传感层的下表面刮涂有PDMS，从而将压力传感层利用PDMS封装固定。吸水树脂层11放置于渗水膜布层5中间区域，吸水树脂层11的表面刮涂一层PDMS，经加热半固化后，将经过PDMS固化后的压力传感层放置于半固化的吸水材料层表面，继续加热固化，组装完成后，制得水分感知传感器1。具体的，上述水分感知传感器1的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例混合异丙醇和去离子水，将碳纳米管一定比例分散到混合溶剂中，使用高速均质分散机和超声分散制备出保持悬浮状态、不团聚沉淀的碳纳米管分散液。将PDMS和固化剂按5：1～10：1的重量比机械搅拌均匀，通过超声去除气泡后，使用匀胶机在商业砂纸上旋涂一层薄膜，高温固化后获得有砂纸表面形貌的PDMS柔性基底。将合适量的碳纳米管分散液喷涂于所需尺寸的PDMS表面上获得复合MWCNTs/PDMS压阻薄膜材料10。喷涂法具体过程为：将PDMS薄膜及其放置的基板在加热板上加热至约80℃，喷涂1-2s，重复此步骤直至喷涂完所需的量，保证溶剂的迅速挥发以获得薄膜的均匀性。
(2)将P(VDF-TrFE)粉末溶于溶剂中，通过匀胶机旋涂出厚度可控的薄膜，通过改变溶质含量和匀胶机旋涂参数，获得最佳制备参数，从而获得压电聚合物薄膜。在压电聚合物薄膜与压阻传感层接触的一面沉积一层有间断的Pt金属电极材料9，并在两侧以导线引出，为压阻信号输出端12；压电聚合物薄膜材料的另一面表面溅射叉指电极7，并在叉指电极两端口连接导线，为压电信号输出端13；
(3)将压阻传感层10与压电聚合物薄膜进行封装，得到压阻/压电双模式压力传感层；
(4)将高吸水树脂均匀置于渗水膜布5的中间部分区域上，薄薄刮涂一层PDMS，80℃加热板上加热5min,半固化后与压力传感层粘结，继续在加热板上高温固化后即获得吸水材料层11，组装完成后制得所述水分感知传感器1。
其中，步骤(3)中所采用的封装方法为PDMS封装，具体方法为：在玻璃片上刮涂一层PDMS，使用加热板80℃加热5min-6.5min后使其半固化，压电聚合物薄膜外侧置于其上，继续加热45-60min与PDMS粘合后揭下；再于另一玻璃片上刮涂一层PDMS，直接放置压阻传感层，半固化后将粘有压电聚合物薄膜的PDMS层面对面放置，继续加热直至彻底固化，适当剪裁后完成封装。
(5)将上述的水分感知传感器1的压阻信号输出端12和压电信号输出端13通过导线与信号处理模块3连接，进行信号的转换处理，并连接无线信号发送装置4。
将本发明装置按照合理的排布贴附于建筑表面，若出现渗水现象时，水分透过渗水膜布层5接触到吸水树脂，吸水树脂会因PDMS的限制，在固定区域内向柔性更高的压力传感层方向产生膨胀形变，并会与不同的水分渗漏的量和渗漏的频率相对应，而水分会被疏水的PDMS隔离在压力传感层之外，图2、3分别为本发明的水分感知传感器吸水前、后的结构示意图。压力传感层将因吸水材料的不同形变速率、形变程度等产生不同的电信号。
图4为采用此方法制备出的压阻传感层的应力响应情况，可以看出以商业砂纸为模版构筑的微结构能有效提升压阻传感层的性能，对压强变化表现出较为规律的响应，在小于800Pa的压强范围内灵敏度约为18.9kPa-1，最小响应阈值为37.5Pa。
图5为压力传感层为压电聚合物薄膜时，有无吸水材料层两种情况下，对1ml渗漏水分做出的压电响应电压信号，此信号为反映动态的信号，可看出当没有吸水材料层帮助放大信号时，压电传感层对于渗漏的水分基本没有响应，但能够检测出吸水树脂四次的遇水膨胀形变。当使用压阻/压电双模式压力传感层5时，除了出现压电响应电压外，压阻效应会导致响应电流的变化，此响应信号反映静态力学信息，从而更为准确地反映出吸水材料的形变状况。两种信号通过信号处理模块3，经过调节后通过无线信号发送装置4传输信号，并且在响应参数超过设定阈值时发送报警信号，从而实现对于海底隧道等建筑渗水病害的监测报警，并且结合分析两种信号也能够帮助分析判断渗水问题的实际情况，便于后续处理。
对比例：水分感知传感器1的具体制备方法中，与实施例的不同之处在于，在步骤(3)所采用的封装方法为胶带封装，即使用Kapton胶带将压电聚合物薄膜和压阻层薄膜的四周粘合，完成封装。
若采用对比例中的封装方法时，因胶带相较于压力传感层使用的薄膜材料柔性较差，且与PDMS粘合不紧密，限制了压力传感层本身的形变，影响实验结果一致性，出现异常信号增多。
Claims (10)
1.一种用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，其特征在于，包括水分感知传感器(1)、信号处理装置(3)、无线信号发射装置(4)；所述水分感知传感器(1)包括依次设置的渗水膜布层(5)、吸水材料层(11)、压力传感层(6)；所述压力传感层(6)包括设置于吸水材料层上方的压阻传感层(10)、设置于压阻传感层上的压电传感层(8)；所述吸水材料层吸收渗水膜布层的水膨胀将信号传递给压阻传感层及压电传感层；所述压电传感层与压阻传感层分别与信号处理装置连接，所述信号处理装置与无线信号发射装置连接。
2.根据权利要求1所述的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，其特征在于，所述压力传感层(6)的上方和下方均设有第一疏水封装材料层，所述吸水材料层(11)的上方设有第二疏水封装材料层；所述吸水材料层(11)与压力传感层(6)通过第一疏水封装材料层、第二疏水封装材料层粘结固定。
3.根据权利要求2所述的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，其特征在于，所述第一疏水封装材料层与第二疏水封装材料层的疏水材料相同。
4.根据权利要求2所述的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，其特征在于，所述第一疏水封装材料层与第二疏水封装材料层的材料均为PDMS。
5.根据权利要求1所述的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，其特征在于，所述压电传感层(8)与压阻传感层(10)接触的一面沉积有不连续的电极材料(9)，不连续的电机材料(9)上分别设有压阻信号输出端(12)；所述压电传感层(8)远离压阻传感层(10)的一面设有叉指电极(7)，所述叉指电极(7)的两个端口分别设有压电信号输出端(13)；所述压阻信号输出端(12)、压电信号输出端(13)分别与信号处理装置连接。
6.根据权利要求1所述的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，其特征在于，所述水分感知传感器由以下步骤制得：将压电传感层(8)与压阻传感层(10)使用PDMS封装；将吸水材料层(11)放置于吸水膜布层(5)上，并在吸水材料层(11)表面刮涂PDMS，经加热进行半固化后，与封装后的压力传感层(6)接触，继续加热固化，制得。
7.根据权利要求1所述的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，其特征在于，所述压电传感层(8)使用的压电材料为压电聚合物薄膜。
8.根据权利要求1所述的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，其特征在于，所述压阻传感层(10)包括以砂纸为模板的PDMS薄膜、喷涂于PDMS薄膜上的碳纳米管薄膜。
9.根据权利要求1所述的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，其特征在于，所述信号处理装置(3)、无线信号发射装置(4)固定于疏水柔性衬底(2)上。
10.根据权利要求1所述的用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置，其特征在于，所述吸水材料层(11)使用的吸水材料为高吸水树脂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210322032.8A CN114596694B (zh) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210322032.8A CN114596694B (zh) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114596694A true CN114596694A (zh) | 2022-06-07 |
| CN114596694B CN114596694B (zh) | 2023-11-03 |
Family
ID=81810059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210322032.8A Active CN114596694B (zh) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114596694B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116124376A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-05-16 | 宿迁市恒和电气有限公司 | 一种户外配电柜用渗水检测装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014062868A (ja) * | 2012-09-24 | 2014-04-10 | Sekisui Chem Co Ltd | 圧電型振動センサーおよび漏水検知方法 |
| CN106814912A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-06-09 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种压力触控传感器、显示装置及其驱动方法 |
| CN112137599A (zh) * | 2019-06-26 | 2020-12-29 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种脉搏检测装置及其制作方法 |
| CN113075726A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-07-06 | 联合微电子中心有限责任公司 | 水听器及其制造方法 |
| CN214063051U (zh) * | 2020-12-23 | 2021-08-27 | 成都地铁运营有限公司 | 一种隧道渗漏超前监测预警装置和隧道 |
| CN214273737U (zh) * | 2020-12-25 | 2021-09-24 | 长安大学 | 一种隧道围岩测水装置及隧道 |
-
2022
- 2022-03-30 CN CN202210322032.8A patent/CN114596694B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014062868A (ja) * | 2012-09-24 | 2014-04-10 | Sekisui Chem Co Ltd | 圧電型振動センサーおよび漏水検知方法 |
| CN106814912A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-06-09 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种压力触控传感器、显示装置及其驱动方法 |
| CN112137599A (zh) * | 2019-06-26 | 2020-12-29 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种脉搏检测装置及其制作方法 |
| CN214063051U (zh) * | 2020-12-23 | 2021-08-27 | 成都地铁运营有限公司 | 一种隧道渗漏超前监测预警装置和隧道 |
| CN214273737U (zh) * | 2020-12-25 | 2021-09-24 | 长安大学 | 一种隧道围岩测水装置及隧道 |
| CN113075726A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-07-06 | 联合微电子中心有限责任公司 | 水听器及其制造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116124376A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-05-16 | 宿迁市恒和电气有限公司 | 一种户外配电柜用渗水检测装置 |
| CN116124376B (zh) * | 2023-04-12 | 2023-06-16 | 宿迁市恒和电气有限公司 | 一种户外配电柜用渗水检测装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114596694B (zh) | 2023-11-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8384398B2 (en) | Structural health monitoring system and method using soft capacitive sensing materials | |
| CN103388378B (zh) | 基于压电陶瓷晶体的智能钢筋及其制作方法 | |
| Shen et al. | Direct-write piezoelectric ultrasonic transducers for non-destructive testing of metal plates | |
| CN114596694B (zh) | 用于感知隧道渗水的双模式压力传感监测报警装置 | |
| RU2007130123A (ru) | Система диагностики для определения разрыва или утончения диафрагм | |
| CN108387611B (zh) | 一种监测钢筋锈蚀的环形传感器及其制备方法 | |
| CN109855782B (zh) | 传感器用柔性导电复合膜及其制备方法以及柔性传感器 | |
| CN110906858A (zh) | 一种无纺复合材料、结构应变传感器、分布式监测系统及方法 | |
| CN106932488A (zh) | 一种可拉伸超声换能器阵列 | |
| CN1892248B (zh) | 拖曳线列阵用小型耐静压力水听器 | |
| CN114323365A (zh) | 静动态三维微裂纹扩展传感器制备方法、传感器及设备 | |
| Lin et al. | Investigation of acoustic emission source localization performance on the plate structure using piezoelectric fiber composites | |
| CN113884224A (zh) | 一种柔性电容式压力传感器 | |
| CN111175352B (zh) | 一种结合柔性电路的微纳米传感器结构健康监测方法 | |
| CN111458281A (zh) | 一种基于压电阻抗技术的混凝土劣化监测传感器及系统 | |
| CN103759866B (zh) | 同面小电极型柔软压敏探头及其研制方法 | |
| CN103928533B (zh) | 石墨烯在运动液滴能量转换中的应用及能量收集和运动传感方法 | |
| CN205138629U (zh) | 深水高灵敏度圆管水听器 | |
| CN103512950B (zh) | 一种利用水吸收甲醛的声表面波甲醛气体传感器 | |
| CN2919209Y (zh) | 压电谐振膜片式传感器 | |
| CN208432577U (zh) | 一种声发射检测装置 | |
| Varadan et al. | Integration of interdigital transducers, MEMS, and antennas for smart structures | |
| Windisch et al. | Hydrogel sensors for process monitoring | |
| CN103143495B (zh) | 一种2-2型水泥基压电曲型换能器 | |
| Jeyaseelan et al. | Smart piezo-ceramic coating for multifunctional applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |