專利名稱：柵型碳纖維應(yīng)變傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柵型碳纖維應(yīng)變傳感器。
背景技術(shù)：
碳纖維是一種具有導(dǎo)電特性的高彈高強(qiáng)纖維材料，連續(xù)碳纖維束在軸向受載時(shí)其 電阻率可隨著載荷大小而改變，即表現(xiàn)出力阻效應(yīng)。但是，由于連續(xù)碳纖維束本身電阻率非 常低，而這種軸向力阻效應(yīng)中電阻率的變化量又非常小，使得對(duì)測(cè)試儀器的要求很高。因 此，基于連續(xù)碳纖維軸向力阻效應(yīng)的應(yīng)變傳感器具有局限性。為使連續(xù)碳纖維具有一定阻值又不至于太長(zhǎng)，同時(shí)限制碳纖維束僅在軸向受載， 形成單向應(yīng)變傳感，將連續(xù)碳纖維束按柵型幾何形式成型于樹脂基體中，形成碳纖維敏感 柵(簡(jiǎn)稱碳纖維柵)。這種結(jié)構(gòu)形式與直段連續(xù)碳纖維相比，一方面提升了連續(xù)碳纖維的阻 值，使得其電阻可以準(zhǔn)確測(cè)量，另一方面其傳感敏感性得到大幅度提高，同時(shí)，由于采用樹 脂作為基體，材料特性的穩(wěn)定性也得到了保證。因此，柵型碳纖維應(yīng)變傳感器是一種既具有 較高的靈敏性，又具有較高的穩(wěn)定性的傳感器。專利內(nèi)容本發(fā)明在于提供一種柵型碳纖維應(yīng)變傳感器，該傳感器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、 覆蓋面積大等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是—種柵型碳纖維應(yīng)變傳感器，其特征在于它包括樹脂基柵型碳纖維束，導(dǎo)電膠， 電極，墊板，防護(hù)層；所述的樹脂基柵型碳纖維束由一束連續(xù)碳纖維以柵型幾何形式成型于 樹脂基體中構(gòu)成，在所述的樹脂基柵型碳纖維束的兩端表面涂有導(dǎo)電膠，導(dǎo)電膠上面粘有 電極，所述的樹脂基柵型碳纖維束碳纖維、樹脂基體、導(dǎo)電膠和電極均被固定在墊板上形成 一體，在上述的結(jié)構(gòu)外表涂有防護(hù)層，形成一個(gè)完整的柵型碳纖維應(yīng)變傳感器。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的電極的個(gè)數(shù)為2、4或多于4的偶數(shù)。電極為金屬導(dǎo) 電絲。所述的柵型結(jié)構(gòu)為直柵型或斜柵型。所述的柵型碳纖維應(yīng)變傳感器中，所述的樹脂為環(huán)氧類樹脂或不飽和樹脂。所述的導(dǎo)電膠為銀膠材料；所述的防護(hù)層為防紫外線的樹脂材料。本發(fā)明的一種柵型碳纖維應(yīng)變傳感器的制作工藝，其特征包括如下步驟1)裁剪一束連續(xù)碳纖維；2)在所裁剪碳纖維束的兩端涂覆導(dǎo)電膠，并粘貼導(dǎo)電電極；3)在墊板上將碳纖維束鋪設(shè)成柵的形狀，采用樹脂浸潤(rùn)，使之在墊板上整體成型， 所述樹脂為環(huán)氧樹脂，并加入固化劑低分子650聚酰胺樹脂，或?yàn)椴伙柡蜆渲?，并加入促進(jìn) 劑環(huán)烷酸鈷和固化劑過氧化甲乙酮；所述的墊板為薄膜墊板；4)涂覆防護(hù)層，并保證表面平整；
5)常溫下進(jìn)行固化處理；對(duì)于特殊需耐溫度的傳感器所采用的樹脂，依據(jù)樹脂體 系要求的固化溫度和時(shí)間下進(jìn)行固化處理。本發(fā)明的有益效果是1、通過碳纖維束按柵型結(jié)構(gòu)的鋪設(shè)，形成樹脂基碳纖維敏感柵。該敏感柵受力產(chǎn) 生變形而導(dǎo)致電阻產(chǎn)生變化，通過設(shè)置在碳纖維上的電極，采集這種電阻的變化，從而實(shí)現(xiàn) 變形傳感的功能，這種結(jié)構(gòu)形式與軸向受載的連續(xù)碳纖維相比，其傳感靈敏度得到大幅度提尚。2、這種樹脂基碳纖維柵可直接與碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)粘接，由于兩者的材料性能 相近，因此這類碳纖維柵是碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的本征傳感器，其應(yīng)變可較方便地測(cè)量出 結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。


圖1為直柵型碳纖維應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)主視圖；圖2為直柵型碳纖維應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)俯視圖；圖3為斜柵型碳纖維應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)主視圖；圖4為斜柵型碳纖維應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)俯視圖；圖中標(biāo)識(shí)含義1-樹脂基柵型碳纖維束；2-導(dǎo)電膠；3-電極；4-墊板；5-防護(hù)層。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 直柵型碳纖維應(yīng)變傳感器制作直柵型碳纖維應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，碳纖維按與變形測(cè)試一致的方向 鋪設(shè)，該傳感器包括樹脂基柵型碳纖維束1，導(dǎo)電膠2，電極3，墊板4，防護(hù)層5，所述的樹脂 基柵型碳纖維束由一束連續(xù)碳纖維以直柵型幾何形式成型于樹脂基體中構(gòu)成，樹脂基柵型 碳纖維束兩端表面涂有導(dǎo)電膠2，導(dǎo)電膠上面粘有電極3，所述的樹脂基柵型碳纖維束、樹 脂基體、導(dǎo)電膠和電極被固定在薄膜墊板5上，形成一個(gè)完整的柵型碳纖維應(yīng)變傳感器，整 個(gè)傳感器表面涂覆有防護(hù)層5。其中樹脂為環(huán)氧類樹脂或不飽和樹脂；導(dǎo)電膠為銀膠材 料；防護(hù)層為防紫外線的樹脂材料。該直柵型碳纖維應(yīng)變傳感器中，樹脂作為基體和粘接劑，將柵型結(jié)構(gòu)的連續(xù)碳纖 維束，成型固化于墊板上；在碳纖維的兩端，通過導(dǎo)電膠設(shè)置電極，整個(gè)傳感器表面涂覆有 防護(hù)層。在該傳感器中，柵型結(jié)構(gòu)顯著地提高了碳纖維的應(yīng)變敏感性，具體表現(xiàn)為在碳纖 維柵依隨墊板變形的過程中，其電阻將產(chǎn)生變化，可以在碳纖維上設(shè)置兩個(gè)電極直接采集 這種電阻變化；或者是采用四電極法，即在兩外側(cè)電極上用電源激勵(lì)，通過采集兩內(nèi)側(cè)電極 間的電壓來間接得到電阻變化。柵型碳纖維應(yīng)變傳感器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、覆蓋面積 大等特點(diǎn)。上述柵型碳纖維應(yīng)變傳感器的制作工藝，它包括如下步驟1)裁剪一束碳纖維；2)在所裁剪碳纖維束的兩端涂覆導(dǎo)電膠，并粘貼導(dǎo)電電極；3)然后將碳纖維束以直柵型結(jié)構(gòu)形式鋪設(shè)于墊板上，采用樹脂浸潤(rùn)，使之在墊板上整體成型，所述樹脂為環(huán)氧樹脂，并加入固化劑低分子650聚酰胺樹脂，或?yàn)椴伙柡蜆?脂，并加入促進(jìn)劑環(huán)烷酸鈷和固化劑過氧化甲乙酮；4)涂覆防護(hù)層，并保證表面平整；5)常溫下進(jìn)行固化處理；對(duì)于特殊需耐一定溫度的傳感器所采用的樹脂，可以依 據(jù)樹脂體系要求在其指定溫度和時(shí)間下進(jìn)行固化處理。實(shí)施例2斜柵型碳纖維應(yīng)變傳感器制作斜柵型碳纖維應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。其制作與實(shí)施例1基本相同，不 同之處在于實(shí)施例1的碳纖維柵為直柵，即碳纖維按與變形測(cè)試一致的方向鋪設(shè)，而本實(shí) 施例的碳纖維柵為斜柵，即碳纖維按與變形測(cè)試方向呈一定角度鋪設(shè)。
權(quán)利要求
1.一種柵型碳纖維應(yīng)變傳感器，其特征在于它包括樹脂基柵型碳纖維束(1)，導(dǎo)電膠 O)，電極(3)，墊板G)，防護(hù)層(5)；所述的樹脂基柵型碳纖維束(1)由一束連續(xù)碳纖維以 柵型幾何形式成型于樹脂基體中構(gòu)成，在所述的樹脂基柵型碳纖維束(1)的兩端表面涂有 導(dǎo)電膠0)，導(dǎo)電膠( 上面粘有電極(3)，所述的樹脂基柵型碳纖維束、樹脂基體、導(dǎo)電膠 和電極均被固定在墊板(4)上形成一體，在上述的結(jié)構(gòu)外表涂有防護(hù)層(5)，形成一個(gè)完整 的柵型碳纖維應(yīng)變傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵型碳纖維應(yīng)變傳感器，其特征在于電極的個(gè)數(shù)為2、4或 多于4的偶數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵型碳纖維應(yīng)變傳感器，其特征在于所述的柵型結(jié)構(gòu)為直 柵型或斜柵型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵型碳纖維應(yīng)變傳感器，其特征在于所述的柵型碳纖維應(yīng) 變傳感器中，所述的樹脂為環(huán)氧類樹脂或不飽和樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵型碳纖維應(yīng)變傳感器，其特征在于所述的導(dǎo)電膠為銀膠 材料；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵型碳纖維應(yīng)變傳感器，其特征在于所述的防護(hù)層為防紫 外線的樹脂材料。
7.一種柵型碳纖維應(yīng)變傳感器的制作工藝，其特征包括如下步驟1)裁剪一束連續(xù)碳纖維；2)在所裁剪碳纖維束的兩端涂覆導(dǎo)電膠，并粘貼導(dǎo)電電極；3)在墊板上將碳纖維束鋪設(shè)成柵的形狀，用樹脂浸潤(rùn)碳纖維，使之在墊板上整體成型； 所述的墊板為薄膜墊板4)涂覆防護(hù)層，并保證表面平整；5)采用在常溫下進(jìn)行固化處理；對(duì)于特殊需耐溫度的傳感器所采用的樹脂，依據(jù)樹脂 體系要求的固化溫度和時(shí)間下進(jìn)行固化處理。
全文摘要
一種柵型碳纖維應(yīng)變傳感器，它包括樹脂基柵型碳纖維束，導(dǎo)電膠，電極，墊板，防護(hù)層；所述的樹脂基柵型碳纖維束由一束連續(xù)碳纖維以柵型幾何形式成型于樹脂基體中構(gòu)成，所述的樹脂基柵型碳纖維束的兩端表面涂有導(dǎo)電膠，導(dǎo)電膠上面粘有電極，所述的樹脂基柵型碳纖維束、樹脂、導(dǎo)電膠和電極均被固定在墊板上形成一體，在上述的結(jié)構(gòu)外表涂有防護(hù)層，形成一個(gè)完整的柵型碳纖維應(yīng)變傳感器。該柵型碳纖維應(yīng)變傳感器受力產(chǎn)生碳纖維變形而導(dǎo)致電阻產(chǎn)生變化，通過設(shè)置在碳纖維上的電極，采集這種電阻的變化，從而實(shí)現(xiàn)變形傳感的功能。柵型碳纖維應(yīng)變傳感器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好，尤其在碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中應(yīng)用具有本征傳感的特性。
文檔編號(hào)G01B7/16GK102095362SQ20101055300
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月20日
發(fā)明者尹春根, 朱四榮, 李卓球, 鄭華升 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)