專利名稱：碳纖維搭接式應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，具體涉及一種碳纖維搭接式應變傳感器。
背景技術(shù)：
碳纖維是一種具有導電特性的高彈高強纖維材料，連續(xù)碳纖維的電阻率可隨著碳纖維 的受力大小而改變，但這種改變率很小，即其傳感的敏感性很小。因此將連續(xù)碳纖維作為 傳感器具有局限性。
將碳纖維均勻彌散在水泥基體內(nèi)組成水泥基碳纖維增強機敏材料，該材料的電阻率能 夠?qū)κ芰ψ冃味a(chǎn)生較大的改變率，也就是說其傳感的敏感性較大。伹是由于水泥基體是 一種長期水化作用的產(chǎn)物，且易受到環(huán)境的影響，因此導致該材料的電阻率穩(wěn)定性較差。 因此水泥基碳纖維增強機敏材料也不易制作傳感器。
將連續(xù)碳纖維切成一定長度的纖維，采用搭接技術(shù)，使得兩束碳纖維間部分搭接；依 靠這種搭接技術(shù)所形成的粘接界面，當受力變形時，這種結(jié)構(gòu)形式與連續(xù)碳纖維相比，其 傳感敏感性得到大幅度提高；由于采用樹脂作為基體，材料特性的穩(wěn)定性也得到了提高。 因此，碳纖維搭接式應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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維搭接式應變傳感器，該傳感器具有靈敏度高、穩(wěn)定 性好、覆蓋面積大等特點。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種碳纖維搭接式應變傳感器，其特征在于它由兩束或兩束以上的定長度碳纖維， 采用搭接而成，任意兩束之間的碳纖維形成部分搭接層，搭接層由樹脂固定，在未搭接部分 的碳纖維表面涂有導電膠，導電膠上面粘有電極，所述的碳纖維、樹脂、導電膠和電極均 被固定在墊板上，以形成一個完整的碳纖維搭接式傳感器。
上述的碳纖維搭接式應變傳感器結(jié)構(gòu)外表涂有防護層。
所述的搭接層的搭接界面處為兩束纖維層合結(jié)構(gòu)，或多束纖維層合結(jié)構(gòu)，在多束纖維 層合結(jié)構(gòu)的未搭接段的纖維束界面間設(shè)有絕緣層。
所述的電極的個數(shù)為2、 4或多個電極，用于激勵和采集。
所述的任意兩束碳纖維之間的部分搭接層為兩束碳纖維直接搭接，或者在搭接界面處 存在夾層，夾層材料選用定長連續(xù)碳纖維、短切碳纖維氈、或碳纖維織物，或碳黑等其他 導電物質(zhì)。
所述的碳纖維搭接式應變傳感器中，所述的樹脂為環(huán)氧類樹脂以及不飽和樹脂。
所述的導電膠為銀膠材料
所述的防護層為防紫外線的樹脂材料。本發(fā)明的碳纖維搭接式應變傳感器的制作工藝，其特征在于，它包括如下步驟-
1) 裁剪兩束碳纖維；
2) 在所裁剪碳纖維束的一端涂覆導電膠，并粘貼導電電極；
3) 然后將兩束碳纖維以搭接的方式鋪設(shè)于墊板上，用樹脂浸潤碳纖維，使之在墊板上 整體成型；
4) 涂覆防護層，并保證表面平整；
5) 采用在常溫下進行固化處理；對于特殊需耐溫度的傳感器所采用的樹脂，依據(jù)樹脂 體系要求在其指定溫度和時間下進行固化。
本發(fā)明的有益效果是
1、 通過兩束或兩束以上的定長度碳纖維之間的搭接，形成一種樹脂基碳纖維搭接層； 該搭接層受力產(chǎn)生變形而導致電阻產(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，從而實現(xiàn)變形傳感的功能，這種結(jié)構(gòu)形式與連續(xù)碳纖維相比，其傳感敏感性得到 大幅度提高。
2、 由于采用樹脂作為基體，材料特性的穩(wěn)定性也得到了提高。
3、 這種樹脂基碳纖維層結(jié)構(gòu)被固定在墊板上，并未對其大小作限制，因此，相對一般 應變片而言，其傳感的覆蓋面較大。


圖1為本發(fā)明的碳纖維搭接式應變傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為多層搭接傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為夾層傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
圖4為多區(qū)域搭接傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
圖5為電極示意圖。
圖中標識含義l-樹脂基定長碳纖維；2-碳纖維搭接層；3-導電膠；4-電極；5-墊板；
6-防護層；7-絕緣層；8-夾層。
具體實施方式
實施例1:
如圖1所示， 一種碳纖維搭接式傳感器包括樹脂基定長碳纖維l、碳纖維搭接層2， 導電膠3，電極4，墊板5，碳纖維表面涂有導電膠3、導電膠上面粘有電極4，所述的碳 纖維、樹脂、導電膠和電極被固定在墊板5上，形成一個完整的碳纖維搭接式傳感器，整 個傳感器表面涂覆有防護層6。其中樹脂為環(huán)氧類樹脂或不飽和樹脂；導電膠為銀膠材 料；防護層為防紫外線的樹脂材料。
該碳纖維搭接式應變傳感器中，樹脂作為基體和粘接劑，將兩束端部搭接的連續(xù)碳纖
維，成型固化于墊板上；在碳纖維未搭接的一端，通過導電膠設(shè)置電極，整個傳感器表面 涂覆有防護層。在該傳感器中，纖維搭接的界面具有顯著的應變敏感性，具體表現(xiàn)為在碳纖維搭接層依隨墊板變形的過程中，碳纖維搭接界面受力產(chǎn)生變形而導致電阻產(chǎn)生變化， 可以在碳纖維上設(shè)置兩個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，通過采集兩內(nèi)側(cè)電極間的電壓來間接得到電阻變化。碳纖維搭接式傳 感器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、覆蓋面積大等特點。
上述碳纖維搭接式應變傳感器的制作工藝，它包括如下步驟
1) 裁剪兩束碳纖維；
2) 在所裁剪碳纖維束的一端涂覆導電膠，并粘貼導電電極；
3) 然后將兩束碳纖維以搭接的方式鋪設(shè)于墊板上，用樹脂浸潤碳纖維，使之在墊板上 整體成型；
4) 涂覆防護層，并保證表面平整；
5) 采用在常溫下進行固化處理；對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間下進行固化。
實施例2:如圖2所示，
與實施例l基本相同，不同之處在于實施例1的搭接界面處為兩束纖維層合結(jié)構(gòu)，而 實施例2的搭接界面處為多束纖維層合結(jié)構(gòu)，形成了多層纖維界面敏感層，并在未搭接段 的纖維束界面間有絕緣層7。
實施例3:如圖3所示，
與實施例l基本相同，不同之處在于實施例1為兩束碳纖維直接搭接，而實施例3的 搭接界面處存在夾層8，夾層材料選用定長連續(xù)碳纖維、短切碳纖維氈、或碳纖維織物， 或碳黑等其他導電物質(zhì)。
實施例4:如圖4所示，與實施例l基本相同，不同之處在于實施例1中為兩束碳纖
維搭接，形成單一敏感段，用于單區(qū)域的傳感，而實施例4中為多束碳纖維首尾搭接，并 在相鄰搭接段之間設(shè)置電極，形成多個敏感段串聯(lián)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了單個傳感器的多區(qū)域傳感。 如圖4中的電極A與電極B之間，電極B與電極C之間，電極C與電極D之間，電極D與 電極E之間可分別作為敏感段相互獨立地在各自區(qū)域內(nèi)同時進行傳感。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維搭接式應變傳感器，其特征在于它由兩束或兩束以上的定長度碳纖維，采用搭接而成，任意兩束之間的碳纖維形成部分搭接層(2)，搭接層由樹脂固定，在未搭接部分的碳纖維表面涂有導電膠(3)，導電膠上面粘有電極(4)，所述的碳纖維、樹脂、導電膠和電極均被固定在墊板(5)上，形成一個完整的碳纖維搭接式傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維搭接式應變傳感器，其特征在于所述的碳纖維搭接式應變傳感器結(jié)構(gòu)外表涂有防護層(6)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維搭接式應變傳感器，其特征在于所述的搭接層(2)的搭接界面處為兩束纖維層合結(jié)構(gòu)，或多束纖維層合結(jié)構(gòu)，在多束纖維 層合結(jié)構(gòu)的未搭接段的纖維束界面間設(shè)有絕緣層(7)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維搭接式應變傳感器，其特征在于所述的電極(4)的個數(shù)為2、 4或多個電極，用于激勵和采集。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維搭接式應變傳感器，其特征在于所述的任意兩束碳纖維之間的部分搭接層(2)為兩束碳纖維直接搭接，或者在搭接界面處 存在夾層(8)，夾層材料選用定長連續(xù)碳纖維、短切碳纖維氈、或碳纖維織物， 或碳黑導電物質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維搭接式應變傳感器，其特征在于所述的樹脂為環(huán)氧類樹脂以及不飽和樹脂。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維搭接式應變傳感器，其特征在于所述的導電膠為銀膠材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維搭接式應變傳感器，其特征在于所述的防 護層為防紫外線的樹脂材料。
9.權(quán)利要求1所述的碳纖維搭接式傳感器的制作工藝，其特征在于，它包括如下步驟1) 裁剪兩束碳纖維；2) 在所裁剪碳纖維束的一端涂覆導電膠，并粘貼導電電極；3) 然后將兩束碳纖維以搭接的方式鋪設(shè)于墊板上，用樹脂浸潤碳纖維，使之 在墊板上整體成型；4) 涂覆防護層，并保證表面平整；5) 采用在常溫下進行固化處理；對于需耐溫度的傳感器所采用的樹脂，依據(jù) 樹脂體系要求在其指定溫度和時間進行固化。
全文摘要
本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維搭接式應變傳感器及其制作工藝。通過兩束或兩束以上的一定長度碳纖維之間的搭接，形成一種樹脂基碳纖維搭接層；該搭接層受力產(chǎn)生變形而導致電阻產(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，從而實現(xiàn)變形傳感的功能。該碳纖維搭接式應變傳感器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、覆蓋面積大等特點。
文檔編號G01B7/16GK101672619SQ20091027232
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者朱四榮, 李卓球, 鄭華升 申請人:武漢理工大學