專利名稱：界面壓力分布測試傳感元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試傳感元件，尤其是一種界面壓力分布測試傳感元件。
背景技術(shù)：
在巖土力學(xué)與工程基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，現(xiàn)場原位試驗(yàn)和室內(nèi)模型試驗(yàn)中均需要進(jìn)行界面應(yīng)力(壓力)物理量的量測。原位測試主要包括巖體原位應(yīng)力、地下工程結(jié)構(gòu)(如立井井壁、巷道支護(hù)、隧道襯砌)內(nèi)力、支護(hù)體與圍巖的界面壓力等；模型試驗(yàn)測試主要包括巖土體壓力、支護(hù)體壓力等。傳統(tǒng)界面壓力量測主要采用液壓枕、鋼弦壓力盒、電阻應(yīng)變式壓力盒等，兩類傳感器大多僅具有單點(diǎn)測試功能。長期試驗(yàn)研究與工程實(shí)踐表明，目前采用的壓力傳感器普遍存在以下兩個關(guān)鍵問題(1)單個傳感器一般只能測得單點(diǎn)信息，無法獲得場量特征；(2)現(xiàn)有測試傳感器無法量測界面壓力分布及變化。因此，現(xiàn)有傳感技術(shù)已不適應(yīng)巖土/結(jié)構(gòu)界面壓力分布的量測。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠測試多點(diǎn)信息的界面壓力分布測試傳感元件。技術(shù)方案本發(fā)明的界面壓力分布測試傳感元件，包括傳感薄膜，傳感薄膜的周圍均勻布有若干與導(dǎo)線相連接的電極，在傳感薄膜上下表面及電極連接處分別噴涂有絕緣密封的絕緣漆層。所述的傳感薄膜由導(dǎo)電高分子復(fù)合材料制作而成；所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料為炭黑或碳納米管填充的橡膠基復(fù)合材料。有益效果由導(dǎo)電高分子復(fù)合材料制作而成的傳感薄膜、均勻間隔布置在傳感薄膜四周的電極、與電極連接的導(dǎo)線及上下噴涂的絕緣層。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料基體選用橡膠，所使用的導(dǎo)電相可以是導(dǎo)電炭黑、碳納米管或碳納米纖維等。由導(dǎo)電高分子復(fù)合材料制作的傳感薄膜具有壓阻特性，當(dāng)外界壓力作用于傳感薄膜上時，其電阻率將產(chǎn)生變化，壓力大小不同，電阻率的變化也不同，便可通過測試電阻率的大小來判斷外界壓力的大小。四周布置的電極及導(dǎo)線用來量測傳感薄膜的電阻率變化信息。絕緣層的作用是防止外界接觸物對傳感薄膜的電性能影響，起到絕緣、密封及保護(hù)作用。傳感元件使用時，將導(dǎo)線與測試儀器連接，當(dāng)不同大小的外力作用于傳感元件平面不同位置處時，傳感薄膜相應(yīng)位置的電阻率將產(chǎn)生不同的變化，便可通過已有文獻(xiàn)中公開的電阻抗成像技術(shù)對這種變化進(jìn)行采集測試及進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，得到各位置處的電阻率變化以反推出各位置處外力的大小，得到巖土介質(zhì)/結(jié)構(gòu)界面壓力分布。利用具有壓阻敏感特性的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料制作傳感薄膜，電極與導(dǎo)線用于輸出傳感薄膜不同位置處電阻率信息。測試時，將導(dǎo)線與測試儀器連接，利用電阻抗成像技術(shù)進(jìn)行采集測試及計(jì)算，獲得傳感薄膜不同位置處的電阻率分布，再通過傳感薄膜壓力大小與電阻率大小之間的關(guān)系得到壓力大小分布?？梢詫?shí)現(xiàn)對界面壓力分布及變化的測量，并具有結(jié)構(gòu)簡單、超薄、柔順性強(qiáng)、分辨率與精度高、量程大及成本低的特點(diǎn)。主要優(yōu)點(diǎn)有
1、傳感元件使用的傳感薄膜，具有結(jié)構(gòu)薄、力敏精度高、大量程及成本低的特點(diǎn)；
2、傳感薄膜可以實(shí)現(xiàn)較高的柔順性，可以貼附在任意形狀的界面間進(jìn)行壓力分布的測
量；
3、可以通過密布電極實(shí)現(xiàn)較高的分辨率，理論上，四周間隔布置的電極越多，通過電阻抗成像技術(shù)計(jì)算出的精度和分辨率越高；
4、可實(shí)現(xiàn)大面積界面壓力分別的測量。理論上，傳感元件的面積可以根據(jù)需要做成任意大小，實(shí)現(xiàn)大面積壓力分布的測量。


圖1為本發(fā)明的傳感元件實(shí)施例1的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的傳感元件實(shí)施例2的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1和圖2的A-A剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述
實(shí)施例1、如圖1圖3所示，界面壓力分布測試傳感元件為正方形，它包括傳感薄膜1、 均勻間隔布置在傳感薄膜1四周的電極2、電極2上均連接有導(dǎo)線3，在傳感薄膜1上下表面及電極2連接處分別噴涂一層絕緣密封的絕緣漆層4。傳感薄膜1采用炭黑填充的橡膠基導(dǎo)電復(fù)合材料制作而成，厚度為50 μ m,正方形的傳感元件邊長為200mm，32個電極每邊均勻間隔布置8個，電極采用0. Imm厚的銅片，尺寸為5mmX 10mm,每個電極2上均連接有導(dǎo)線。電極2與傳感薄膜1使用導(dǎo)電膠粘接，導(dǎo)線3與電極2焊接。實(shí)施例2、如圖2圖3所示，界面壓力分布測試傳感元件為圓形，它包括傳感薄膜 1、均勻間隔布置在傳感薄膜1周圍的電極2、電極2上均連接有導(dǎo)線3，在傳感薄膜上下表面及電極連接處分別噴涂一層絕緣密封的絕緣漆層4。傳感薄膜1使用碳納米管填充的橡膠基導(dǎo)電復(fù)合材料制作而成，厚度為ΙΟΟμπι，傳感薄膜1的形狀為直徑為150mm的圓形，16 個電極均勻間隔布置于圓周，電極采用0. Imm厚的銅片，尺寸為5mmX 5mm，每個電極上連接有導(dǎo)線。電極與傳感薄膜使用導(dǎo)電膠粘接，導(dǎo)線與電極焊接。傳感薄膜1的形狀可以根據(jù)測試需要而定，可以為矩形、圓形或其他特殊形狀；電極2數(shù)量根據(jù)測試精度而定，測試精度越高所布置的電極數(shù)量就越多。
權(quán)利要求
1.一種界面壓力分布測試傳感元件，其特征在于傳感元件包括傳感薄膜(1)，傳感薄膜(1)的周圍均勻布有若干與導(dǎo)線(3)相連接的電極(2)，在傳感薄膜(1)上下表面及電極 (2)連接處分別噴涂有絕緣密封的絕緣漆層(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面壓力分布測試傳感元件，其特征在于所述的傳感薄膜 (1)由導(dǎo)電高分子復(fù)合材料制作而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的界面壓力分布測試傳感元件，其特征在于所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料為炭黑或碳納米管填充的橡膠基復(fù)合材料。
全文摘要
一種界面壓力分布測試傳感元件，包括傳感薄膜、傳感薄膜四周間隔均勻布置的電極、與電極連接的導(dǎo)線及上下絕緣漆層。利用具有壓阻敏感特性的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料制作傳感薄膜，電極與導(dǎo)線用于輸出傳感薄膜不同位置處電阻率信息。測試時，將導(dǎo)線與測試儀器連接，利用電阻抗成像技術(shù)進(jìn)行采集測試及計(jì)算，獲得傳感薄膜不同位置處的電阻率分布，再通過傳感薄膜壓力大小與電阻率大小之間的關(guān)系得到壓力大小分布。可以實(shí)現(xiàn)對界面壓力分布及變化的測量，并具有結(jié)構(gòu)簡單、超薄、柔順性強(qiáng)、分辨率與精度高、量程大及成本低的特點(diǎn)。
文檔編號G01L1/18GK102410894SQ20111021885
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者周國慶, 廖波, 王義江, 王建州, 趙光思, 趙曉東 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)