CN114636492A - 一种任意曲面上分布式压力传感方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种任意曲面上分布式压力传感方法，其包括以下步骤：1)，利用静电纺丝技术制得聚合物纤维；2)，分布式压力传感器的制备；3)，表面接触力分布信息的收集。本发明采用了以静电纺丝方法将压电聚合物溶液制备成纤维层作为敏感材料，将这种敏感材料制备在具有任意曲面的金属构件表面，配合导电油墨电极即可实现构件对接触压力的分布感知，为柔性生产和智能服务提供能构件表面压力的实时分布信息。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种压力分布检测方法，具体涉及一种任意曲面上分布式压力传感方法，基于静电纺丝技术用于非平面零件或设备表面的压力分布检测，属于压力传感技术领域。
【背景技术】
在柔性制造、智能服务等需要应对复杂环境的过程中，有必要使零件或者机器人具有对外界感知的能力。其中，对外界压力分布的检测功能尤为重要。然而，在生产或服务过程中，留给传感模块的空间往往十分有限，而且传感模块安装的基体也并非平面，这些都对分布感知的实现带来了挑战。
因此，为解决上述问题，确有必要提供一种创新的基于静电纺丝技术的任意曲面上分布式压力传感方法，以克服现有技术中的所述缺陷。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种占用空间小，成本低，可靠性强的任意曲面上分布式压力传感方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种任意曲面上分布式压力传感方法，其包括以下步骤：
1)，利用静电纺丝技术制得聚合物纤维；
2)，分布式压力传感器的制备；
3)，表面接触力分布信息的收集。
本发明的任意曲面上分布式压力传感方法进一步为：所述步骤1)的具体过程如下：静电纺丝前，将任意曲面的金属基底接地，导线通正电压，在金属基底及导线之间将形成电场；用注射器将压电聚合物溶液注射至吸头内，后将吸头固定至导线处；压电聚合物溶液具有导电性，在电场作用下，压电聚合物溶液被逐渐吸引至金属基底表面，溶液凝固后，在金属基底表面形成聚合物纤维层。
本发明的任意曲面上分布式压力传感方法进一步为：所述压电聚合物溶液采用DMF做溶剂，PVP做溶质，溶质质量含量为20％。
本发明的任意曲面上分布式压力传感方法进一步为：所述步骤2)的具体过程如下：运用步骤1)的静电纺丝技术在金属基底某一特定区域形成的聚合物纤维层作为敏感材料；再利用丝网印刷技术在金属基底表面印上数个电极；最后，再在整块板表面涂覆一层防潮漆用来对内部传感器进行保护。
本发明的任意曲面上分布式压力传感方法进一步为：所述电极的规格，排布预先设计；通过在各电极处施加不同的压力来检验传感器压阻性能。
本发明的任意曲面上分布式压力传感方法进一步为：所述步骤3)具体为：将步骤2)制得的压力传感器安装至金属零件表面，当金属零件与其他物体接触时，即受到力反馈时，提取金属零件表面接触力分布信息，并在计算机上显示出来，第一时间得知接触位置等信息。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的基于静电纺丝技术的任意曲面上分布式压力传感方法无需在结构表面上安装传感器，仅利用静电纺丝技术形成的聚合物纤维层即可完成压力传感，且该纤维层可布置于任意形状的曲面上，打破了以往传感器大多只能置于平面的限制条件。
2.本发明采用任意曲面的金属基底+压电聚合物溶液作为压力传感器，一方面能够测得基底所受压力，另一方面占用空间较小，对于金属基底的力学性能影响不大，而且可用于任意表面为基底的金属材料，打破了表面为单一平面的限制，因此该检测具有较高的实用性及可靠性。
【附图说明】
图1是本发明步骤1)的静电纺丝的原理示意图。
图2是本发明步骤2)的压力传感器的制备示意图。
图3是本发明步骤3)中将压力传感器安装至机械手的示意图。
图4是本发明步骤3)中在计算机显示接触位置的示意图。
【具体实施方式】
请参阅说明书附图1至附图4所示，本发明为一种任意曲面上分布式压力传感方法，其包括以下步骤：
1)，利用静电纺丝技术制得聚合物纤维。
所述静电纺丝技术是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，聚合物液滴延展得到纤维细丝，以微小射流的形式喷射出去，运行一段距离后到达任意表面上，从而可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
本步骤的具体过程如下：静电纺丝前，将任意曲面的金属基底1接地，导线3通正电压，在金属基底1及导线3之间将形成电场5。用注射器将压电聚合物溶液2注射至吸头4内，后将吸头4固定至导线3处。所述压电聚合物溶液2具体采用DMF做溶剂，PVP做溶质，溶质质量含量为20％。压电聚合物溶液2具有导电性，在电场作用下，压电聚合物溶液2被逐渐吸引至金属基底1表面，溶液凝固后，在金属基底表面形成聚合物纤维层6。
2)，分布式压力传感器的制备。
本步骤的具体过程如下：运用步骤1)的静电纺丝技术在金属基底1某一特定区域形成的聚合物纤维层6作为敏感材料。再利用丝网印刷技术在金属基底1表面印上数个电极7，所述电极7的规格、排布预先设计。最后，再在整块板表面涂覆一层防潮漆8用来对内部传感器进行保护，通过在各电极7处施加不同的压力来检验传感器压阻性能。
3)，表面接触力分布信息的收集。
本步骤的具体过程如下：将步骤2)制得的压力传感器13安装至金属零件9表面。在本实施方式中，所述金属零件9具体为机械手9。
当金属零件9与其他物体10接触时，即受到力反馈时，提取金属零件9表面接触力分布信息，并在计算机11上显示出来，第一时间得知接触位置12等信息，从而达到快速发现故障，解决故障的目的。
综上所述，本发明采用了以静电纺丝方法将压电聚合物溶液制备成纤维层作为敏感材料，将这种敏感材料喷射在具有任意曲面的金属基底上，可作为压力传感器使用。金属基底上布置有若干电极，这些电极将被施加以不同的压力，以检验压电聚合物层的压力传感性能，为柔性生产和智能服务提供能构件表面压力的实时分布信息。
以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种任意曲面上分布式压力传感方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)，利用静电纺丝技术制得聚合物纤维；
2)，分布式压力传感器的制备；
3)，表面接触力分布信息的收集。
2.如权利要求1所述的任意曲面上分布式压力传感方法，其特征在于：所述步骤1)的具体过程如下：静电纺丝前，将任意曲面的金属基底接地，导线通正电压，在金属基底及导线之间将形成电场；用注射器将压电聚合物溶液注射至吸头内，后将吸头固定至导线处；压电聚合物溶液具有导电性，在电场作用下，压电聚合物溶液被逐渐吸引至金属基底表面，溶液凝固后，在金属基底表面形成聚合物纤维层。
3.如权利要求2所述的任意曲面上分布式压力传感方法，其特征在于：所述压电聚合物溶液采用DMF做溶剂，PVP做溶质，溶质质量含量为20％。
4.如权利要求1所述的任意曲面上分布式压力传感方法，其特征在于：所述步骤2)的具体过程如下：运用步骤1)的静电纺丝技术在金属基底某一特定区域形成的聚合物纤维层作为敏感材料；再利用丝网印刷技术在金属基底表面印上数个电极；最后，再在整块板表面涂覆一层防潮漆用来对内部传感器进行保护。
5.如权利要求4所述的任意曲面上分布式压力传感方法，其特征在于：所述电极的规格，排布预先设计；通过在各电极处施加不同的压力来检验传感器压阻性能。
6.如权利要求1所述的任意曲面上分布式压力传感方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：将步骤2)制得的压力传感器安装至金属零件表面，当金属零件与其他物体接触时，即受到力反馈时，提取金属零件表面接触力分布信息，并在计算机上显示出来，第一时间得知接触位置等信息。
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