CN203287244U - 一种测量柔性织物应力作用的应变传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量柔性织物应力作用的应变传感器，包括从内至外依次设置的内核、尼龙布条、弧形衬底和应变片，尼龙布条的两端通过内核和弧形衬底之间的缝隙引出，应变片粘在弧形衬底的外表面。本实用新型的应变传感器可用于测量柔性织物的拉伸应力，尤其是降落伞伞衣在开伞过程中所受到的动态应力变化。本实用新型相比于传统的Omega传感器，在织物上部署方法简便可靠；完全克服了Omega传感器在从标定织物上向测量织物上转移过程中工序繁琐、容易造成传感器破损的主要缺点。

Description

一种测量柔性织物应力作用的应变传感器

技术领域

本实用新型属于传感器领域，涉及一种测量柔性织物应变的应变传感器。  

背景技术

降落伞在军事、民用、航空航天等领域具有非常重要的地位。降落伞的伞衣应力测量一直是空投试验测量中的空白和难点，准确的受力情况能为新型降落伞的研制和改进提供重要的数据支撑，具有显著的科学和军事意义。降落伞开伞过程是一个瞬态的高速变化的动态过程，在这一过程中材料受力后形状急剧变化，受力状态及材料强度、伸长率与静态情况下性能有较大差异，目前还没有完备的理论可以准确计算这一过程，只能依靠试验来进行分析验证。然而，伞衣本身是柔性材料，加之表面积大，且在工作过程中环境恶劣，同时又相对于试验模型有持续相对运动，所以对测量工作是一项极大的挑战。 

自80 年代初，国际上各研究机构围绕降落伞的伞衣应力测量进行了多项实验，然而所有的实验中，惟有Omega传感器（Journal of Aircraft, 1978, 15, 534-539）取得了成功。Omega传感器的构造如图8所示。 

应变片（1）粘在弧形衬底（2）上；两条尼龙布条（4）的一端翘起，分别粘附在弧形衬底的内壁上，两个布条的另一端则同时粘附固定在伞衣（6）上。Omega传感器的测量原理基于：伞衣受力后，会导致伞衣伸长，这一变化会通过尼龙布条传递到弧形衬底上，使弧形衬底的弯曲度产生形变，该形变会被应变片感知，反映为电流信号的变化，从而建立了一个伞衣应力和应变片电流信号间的对应关系，实现对降落伞伞衣的应力测量。 

Omega传感器在具体实施过程中，需要先粘附固定在一个伞衣布料上进行标定，即利用拉力机对伞衣布料施加精确的拉力，测得伞衣应力--应变片电流信号的标准曲线；然后将该Omega传感器从伞衣布料上取下，再粘附固定到空投试验中的降落伞伞衣上；空投试验中，利用传感器数据采集，获得随时间变化的动态应变片电流信号数据，参照前面标定的伞衣应力--应变片电流信号标准曲线，最终测得随时间变化的动态伞衣应力情况。 

然而，Omega传感器存在一个明显的缺点：因为Omega传感器是粘附固定在尼龙布条上的，所以将Omega传感器从标定织物上向待测量织物上转移的过程中，需要非常精细的工作去解除Omega传感器非常牢固的粘附状态,同时要刮掉传感器上残留的固化后的粘附剂，然后涂上新的粘附剂，再固定在新的尼龙布条上。这一工序非常繁琐，而且非常容易造成传感器的破损，影响伞衣应力--应变片电流信号标准曲线的准确度和可靠性。 

这一技术缺陷极大地影响了Omega传感器的检测精度和其在测量降落伞伞衣应力领域的广泛应用。 

发明内容

技术问题：本实用新型的目的在于克服传统Omega传感器在从标定织物上向测量织物上转移过程中工序繁琐、且容易造成传感器破损的主要缺点，提供一类新型应变传感器以及其在测量柔性织物，如降落伞伞衣的应力上的用途。       

技术方案：本实用新型是一种测量柔性织物应力作用的应变传感器，包括从内至外依次设置的内核、尼龙布条、弧形衬底和应变片，尼龙布条的两端通过内核和弧形衬底之间的缝隙引出，应变片粘在弧形衬底的外表面。

本实用新型中，内核包括圆柱体和位于圆柱形两端的凸缘，圆柱体的长度与弧形衬底的长度相同，直径略小于弧形衬底的内径，凸缘的直径与弧形衬底的外径相同。 

本实用新型中，弧形衬底的材质为不锈钢、弹簧钢、康铜或硬质塑料。 

内核的材质为不锈钢、弹簧钢、康铜或硬质塑料。 

内核与弧形衬底间的缝隙恰好可以塞入尼龙布条；内核的一端设置可拆卸的螺帽，用于拆卸内核，螺帽与其他部件并无连接，如图5所示。 

本实用新型装置的组合方法为：将应变片粘在弧形衬底上；内核插入弧形衬底，其后卡紧螺帽；尼龙布条通过弧形衬底和内核之间的缝隙，引出布条的两端，从而可以粘附固定在柔性织物上。 

本实用新型传感器最核心的正是设计了内核，利用此内核，尼龙布条可以直接卡入弧形衬底，而无需像Omega传感器那样粘附固定在弧形衬底内壁；此外，在标定织物上完成伞衣应力--应变片电流信号标准曲线的测量后，可以通过拆卸内核的螺帽，顺利取下传感器，而无需像Omega传感器那样采取刮除粘附剂等繁琐工序，从而方便快捷地转移传感器到待测量织物上。 

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：      

本实用新型设计一类可用于测量降落伞伞衣应力的应变传感器，相比于传统的Omega传感器，它增加了内核部分，使其在织物上部署方法简便可靠，它省去了Omega传感器在重复使用时，必须刮去原先粘合剂的步骤，可以很轻易的解除Omega传感器牢固的粘附状态，避免了在去除粘合剂过程中对传感器弧形衬底及应变片的损伤。因此，其最大的优势在于，它完全克服了传统Omega传感器在从标定织物上向测量织物上转移过程中工序繁琐、且容易造成传感器破损的主要缺点，从而提高了伞衣应力—应变片电流信号标准曲线的准确度和可靠性。 

附图说明

图1是应变片结构图。 

图2是弧形衬底结构图。 

图3是传感器内核的结构图。 

图4是尼龙布条结构图。 

图5是传感器内核的拆卸图。 

图6是传感器结构示意图。 

图7是本实用新型传感器的剖面图。 

图8是传统Omega传感器的装置图。 

图9是在8000m空投试验中，利用应变传感器测得伞身中部位置获得的一组动态应力数据图。 

图10是在8000m空投试验中，利用应变传感器测得伞身顶部位置获得的一组动态应力数据图。 

图11是在8000m空投试验中，利用应变传感器测得伞身边缘位置获得的一组动态应力数据图。 

图12是在10000m空投试验中，利用应变传感器测得伞身中部位置获得的一组动态应力数据图。 

图中有：应变片1、弧形衬底2、内核3、尼龙布条4、螺帽5、纬向条纹6、经向条纹7、伞衣8、经向带9。  

具体实施方式

下面结合说明书附图和实例对本实用新型做进一步具体说明。 

本实用新型的应变传感器，构造如图6所示，是一套含有从内至外依次设置的内核3、尼龙布条4、弧形衬底2和应变片1的组合件，尼龙布条4的两端通过内核3和弧形衬底2之间的缝隙引出，应变片1粘在弧形衬底2的外表面。 

本实用新型应变传感器的组合方法为：将应变片1粘在弧形衬底2上；将内核3上的螺帽5拧开，将尼龙布条4包裹住内核3表面，然后将内核3连同包裹着它的尼龙布条4插入弧形衬底2，其后卡紧螺帽5；这样，尼龙布条4就可以通过弧形衬底2和内核3之间的缝隙，其两端从弧形衬底2的开口处引出， 从而可以将其粘附固定在柔性织物或伞衣8上。 

其中，内核3拧上螺帽5后为两端凸缘为圆形的部件，其直径与弧形衬底2的外径相同；该部件中部呈圆柱形，长度与弧形衬底2的长度相同，直径则略小于弧形衬底2的内径，两者间的缝隙恰好可以容下尼龙布条4的厚度；该部件的一端是可拆卸的螺帽5，便于传感器多次使用！ 

将该传感器粘附固定在降落伞伞衣8上，测量伞衣8在开伞过程中所受到的动态应力变化。

实施例1：利用应变传感器进行伞衣8的应力-电压响应静态试验。 

将传感器两端的尼龙布条4涂抹液态硅胶，然后粘附固定在一种544锦丝绸伞衣8上。降落伞下挂20公斤重物，利用传感器测得电压响应数据。在布条没有挂重物时，传感器测得的初始电压为12.50 mV；当布条下挂20公斤重物后，传感器测得的电压变化为29.45 mV。 

实施例2：利用传感器测量降落伞伞身中部在开伞过程中所受到的动态应力变化。 

将传感器两端的尼龙布条4涂抹液态硅胶，然后粘附固定在一个圆形降落伞的伞身中部。降落伞下挂50公斤重物，从8000米高空投放开伞。利用传感器测得降落伞伞身中部在开伞后1.3秒内的动态应力变化数据，见图9。  

实施例3：利用传感器测量降落伞顶部在开伞过程中所受到的动态应力变化。

将传感器两端的尼龙布条4涂抹液态硅胶，然后粘附固定在一个圆形降落伞伞顶部。降落伞下挂50公斤重物，从8000米高空投放开伞。利用传感器测得降落伞顶部在开伞后1.3秒内的动态应力变化数据，见图10。 

实施例4：利用传感器测量降落伞边缘部位在开伞过程中所受到的动态应力变化。 

将传感器两端的尼龙布条4涂抹液态硅胶，然后粘附固定在一个圆形降落伞伞身边缘。降落伞下挂50公斤重物，从8000米高空投放开伞。利用传感器测得降落伞伞衣8在开伞后1.3秒内的动态应力变化数据，见图11。 

实施例5：利用传感器测量降落伞伞身中部在开伞过程中所受到的动态应力变化。 

将传感器两端的尼龙布条4涂抹液态硅胶，然后粘附固定在一个圆形降落伞伞衣8上。降落伞下挂50公斤重物，从10000米高空投放开伞。利用传感器测得降落伞伞衣8在开伞后1.3秒内的动态应力变化数据，见图12。 

Claims (4)

1.一种测量柔性织物应力作用的应变传感器，其特征在于，该传感器包括从内至外依次设置的内核（3）、尼龙布条（4）、弧形衬底（2）和应变片（1），所述尼龙布条（4）的两端通过内核（3）和弧形衬底（2）之间的缝隙引出，所述应变片（1）粘在弧形衬底（2）的外表面。

2.根据权利要求1所述的测量柔性织物应力作用的应变传感器，其特征在于，所述内核（3）包括圆柱体和位于所述圆柱形两端的凸缘，所述圆柱体的长度与弧形衬底（2）的长度相同，直径略小于弧形衬底（2）的内径，所述凸缘的直径与弧形衬底（2）的外径相同。

3.根据权利要求1或2所述的测量柔性织物应力作用的应变传感器，其特征在于，所述弧形衬底（2）的材质为不锈钢、弹簧钢、康铜或硬质塑料。

4.根据权利要求1或2所述的测量柔性织物应力作用的应变传感器，其特征在于，所述内核（3）的材质为不锈钢、弹簧钢、康铜或硬质塑料。

Images