CN205537494U - 一种用于结构健康监测的透明薄膜传感器 - Google Patents
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Abstract
一种用于结构健康监测的透明薄膜传感器，由氯化锂与丙烯酰胺为主要成分的离子凝胶电极利用自身的粘结性粘贴于硅橡胶薄膜上下表面，组成电容传感片，电容传感片通过RTV硅橡胶粘贴于被测结构表面；这种柔软可拉伸的透明电容传感片相当于平行板电容器，当其变形时，电容值发生相对改变；当电容传感片粘贴于被测结构表面，被测结构产生裂缝时，带动电容传感片产生应变，使得电容值产生突变。所以，用于结构健康监测的透明薄膜传感实质为：通过实时监测粘贴于被测结构表面的电容变化，来监测结构是否有裂纹发生。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种透明薄膜传感器，具体涉及一种用于结构健康监测的透明薄膜传感器。
背景技术
对结构的损伤进行及时的探测和定位是保证大型结构耐久性的必要条件。探测结构损伤一般分为无损检测技术和结构健康检测技术。相对于无损检测技术，结构健康检测技术的优势在于能够实时对结构进行监测，以免结构的坍塌造成人身伤亡和经济的巨大损失。
随着功能材料的发展，越来越多柔软的薄膜传感器应用于结构健康监测中。有压阻式、压电式、天线式、真空式和电容式等传感器。这些传感器贴附在被测结构表面可以及时探测结构裂缝的产生，但由于其制作材料的不透明性，使得被覆结构上发生裂缝后的情况无法观测，或无法通过光学等仪器测量裂缝的宽度。并且大部分这些薄膜传感器价格昂贵或者制作工艺繁琐无法进行大面积应用。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种用于结构健康检测的透明薄膜传感器，覆盖于被测结构时，不遮挡结构表面光线，不妨碍结构表面破坏后其它检测手段的应用，可实时监测裂缝的出现，并且价格低廉，制作简单，柔软，可大面积应用。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种用于结构健康监测的透明薄膜传感器，包括上凝胶电极8和下凝胶电极4利用自身的粘性粘贴于硅橡胶薄膜5上下表面组成的电容传感片，电容传感片通过RTV硅橡胶3粘贴于被测结构1表面；所述RTV硅橡胶3是绝缘层，下凝胶电极4与下铜片6相连接，上凝胶电极8与上铜片7相连接，下铜片6和上铜片7均与屏蔽线9焊接，屏蔽线9的夹层金属丝10接地，屏蔽线9与差动式直流充/放电电路11相连接，差动式直流充/放电电路11与信号处理12相连接；所述电容传感片的上凝胶电极8和下凝胶电极4采用主要含有氯化锂和丙烯酰胺的离子凝胶电极，具有高度的透明性和拉伸率，所述硅橡胶薄膜5为透明材料。
本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本薄膜传感具有高度的透明性，上凝胶电极8、下凝胶电极4和硅橡胶5均为透明材料，被粘覆于被测结构表面，产生裂缝后，可清楚观察被测表面任何情况，也可借助其他光学检测等方法测量裂缝的宽度。
2、本薄膜传感具有较高的灵敏性，可探测结构的微小裂缝。
3、本薄膜传感制作工艺简单，材料价格低廉，可针对大型结构大面积应用。
4、本薄膜传感具有高度的柔软性，不仅可以监测表面规则平整的结构，也可以监测具有曲面的结构。
5、本薄膜传感使用屏蔽线9接地，使得输出的信号更稳定，受外界干扰更小。
6、本薄膜传感具有很好的鲁棒性能，上凝胶电极8和下凝胶电极4由于具有较好的粘性和大的拉伸率，不易破损，即使破损仍可继续工作。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的电容传感片的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
如图1、2所示，本实用新型一种用于结构健康监测的透明薄膜传感器，氯化锂和丙烯酰胺为主要成分的上凝胶电极8和下凝胶电极4利用自身的粘性粘贴于硅橡胶薄膜5上下表面，组成电容传感片，电容传感片通过RTV硅橡胶3粘贴于被测结构1表面。粘贴前将被测结构1表面先用砂纸打磨。RTV硅橡胶3起到绝缘作用。下铜片6与下凝胶电极4相接，上铜片7与上凝胶电极8相接。下铜片6和上铜片7与屏蔽线9焊接，屏蔽线9的夹层金属丝10接地。屏蔽线9与差动式直流充/放电电路11连接，差动式直流充/放电电路11与信号处理12相连接。电容传感片粘贴于被测结构1表面时，稍稍将其拉伸，避免粘贴表面有气泡产生。
如图1所示，本实用新型的工作原理为：上凝胶电极8和下凝胶电极4利用自身的粘结性粘贴于硅橡胶薄膜5上下表面组成电容传感片，即平行板电容器。电容传感片具有可拉伸性，当电容传感片产生变形的时候，使得电容值的大小发生改变，电容传感片电容值的变化与其应变变化的关系为：
ΔC＝C0ε，
C0为未变形前的电容值，ε为传感片的应变变化。应变与电容传感片的电容变化成正比。所以，可通过测量传感片电容的变化得知其应变的大小。当电容传感片粘贴于被测结构1表面，被测结构1产生的裂缝2带动具有绝缘作用的RTV硅橡胶3变形，进而使得电容传感片产生应变，电容值发生改变。电容值的变化通过差动式直流充/放电电路11和信号处理12进行实时测量和监测。通过实验观察，当被测结构1表面产生裂缝2时，实时观测的电容值会有突变发生。故而，可通过实时监测电容值的变化来监测裂缝2的发生。
采用屏蔽线9与差动式直流充/放电电路11相连，并且屏蔽线9的夹层金属丝10接地的目的在于屏蔽外界信号的干扰。差动式直流充/放电电路11保证了微小电容变化的测量，达到监测微小裂缝发生的目的。
Claims (1)
1.一种用于结构健康监测的透明薄膜传感器，其特征在于：包括上凝胶电极(8)和下凝胶电极(4)利用自身的粘性粘贴于硅橡胶薄膜(5)上下表面组成的电容传感片，电容传感片通过RTV硅橡胶(3)粘贴于被测结构(1)表面；所述RTV硅橡胶(3)是绝缘层，下凝胶电极(4)与下铜片(6)相连接，上凝胶电极(8)与上铜片(7)相连接，下铜片(6)和上铜片(7)均与屏蔽线(9)焊接，屏蔽线(9)的夹层金属丝(10)接地，屏蔽线(9)与差动式直流充/放电电路(11)相连接，差动式直流充/放电电路(11)与信号处理(12)相连接；所述硅橡胶薄膜(5)为透明材料。
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| CN106768508A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-05-31 | 西安交通大学 | 一种测量足底压力及动态变化的凝胶电容式传感器及方法 |
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| CN112472033A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-03-12 | 西安建筑科技大学 | 多层离子皮肤手指关节运动角度测量系统和方法 |
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