柔性多功能传感网络及其制造方法技术

本发明专利技术提供适用于压力容器结构健康监测的柔性多功能传感网络及其制造方法，上述传感网络包括由多个岛状构件和多个可拉伸构件构成的网络状可拉伸柔性基底层、包括一个以上的柔性压电传感器的导波信号采集单元、包括一个以上的贴片式温度传感器的温度信号采集单元、以及用于分别与导波信号采集单元和温度信号采集单元电连接的多个接口，各柔性压电传感器和各贴片式温度传感器以分布状布置在岛状构件上，将所采集的导波信号及温度信号通过相应接口传送至计算机，基于温度信号修正波速并与导波信号结合进行压力容器的损伤监测和定位。传感网络具有较好的耦合性，考虑了导波信号受温度波动的影响，能够提高压力容器损伤在线诊断的精确度和可靠性。断的精确度和可靠性。断的精确度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
柔性多功能传感网络及其制造方法


[0001]本专利技术涉及导波信号采集和结构健康监测领域，特别涉及可用于对压力容器进行损伤监测和定位的柔性多功能传感网络及其制造方法。

技术介绍

[0002]在高压、高温、疲劳、震动等工况下工作的压力容器易受到恶劣工况带来的威胁而加剧过度变形、引起断裂失效。对在役压力容器进行在线监测，一方面能及时发现设备的损伤，消除安全隐患，降低失效发生可能性；另一方面通过实时获取这些缺陷的动态发展情况，为更近一步的离线检测方法提供指导，提升检测效率，减少盲目返修和报废带来的经济损失。
[0003]氢气作为新一代的清洁能源，在过去的几十年里吸引了许多国家的关注，在新能源汽车制造领域有着巨大的应用潜力。然而，氢能源的易燃易爆性给其制造、储存、运输和使用过程带来了很大的隐患。目前，高压容器在氢能源的产品生命周期中起着至关重要的作用，因此，必须对其状态进行实时监控。对于氢气压力容器，长时间工作情况下可能萌发疲劳裂纹而运输过程中可能面临碰撞冲击出现缺陷，并可能成为导致事故发生的安全隐患。
[0004]目前基于超声导波的结构健康监测技术被广泛应用于对压力容器进行损伤在线诊断和实时预警，例如现有技术中专利文献1(CN107490602A)提出了一种用于压力容器的损伤实时感知和预警系统，该方法采用压电陶瓷片对压力容器进行在线监测。然而压电陶瓷是一种刚性材料，与压力容器的耦合性较差，声阻抗高，使用过程易出现脆碎、脱胶等失效情景，这会对压力容器结构健康状态长期监测带来不利影响。与此同时，上述监测手段忽略了压力容器使用过程中温度变化会对导波引入波速扰动和幅值扰动等不利影响，这会降低压力容器损伤在线诊断的精确度和可靠性。
[0005]因此，要求一种可用于压力容器进行损伤定位监测的传感网络，具有与压力容器较好的耦合性以改善基于压电陶瓷换能器的易脆碎、高声阻抗的缺点，且考虑导波信号受温度波动影响的问题，提高压力容器损伤在线诊断的精确度和可靠性。

技术实现思路

[0006]本专利技术鉴于上述现有技术中存在的缺陷，目前在于提供一种适用于压力容器结构健康监测的柔性多功能传感网络，其具有与压力容器较好的耦合性、且考虑了导波信号受温度波动的影响并且能够提高压力容器损伤在线诊断的精确度和可靠性。
[0007]本专利技术的目的还在于提供柔性多功能传感网络的制造方法。
[0008]本专利技术包括以下技术方案。
[0009]〔1〕一种柔性多功能传感网络，包括可拉伸柔性基底层、导波信号采集单元、温度信号采集单元、以及用于分别与上述导波信号采集单元和上述温度信号采集单元电连接的多个接口，
[0010]上述可拉伸柔性基底层呈网络状，由网络节点处的多个岛状构件和连接上述岛状部分的多个可拉伸构件构成，
[0011]上述导波信号采集单元包括一个以上的柔性压电传感器，上述柔性压电传感器以分布状布置在上述岛状构件上，
[0012]上述温度信号采集单元包括一个以上的贴片式温度传感器，上述贴片式温度传感器以分布状布置在上述岛状构件上，
[0013]上述柔性压电传感器及上述贴片式温度传感器分别独立地承载在岛状构件上，
[0014]将由上述导波信号采集单元采集的导波信号及由上述温度信号采集单元采集的温度信号通过上述接口传送至计算机，基于上述温度信号修正波速，并与上述导波信号结合进行压力容器的损伤监测和定位。
[0015]〔2〕如上述〔1〕所述的柔性多功能传感网络，其中，上述可拉伸柔性基底层由厚度为0.1～0.5mm的双面镀铜聚酰亚胺膜制成，通过在常温下对上述双面镀铜聚酰亚胺膜进行激光雕刻制备出上述岛状构件和上述可拉伸构件。
[0016]〔3〕如上述〔2〕所述的柔性多功能传感网络，其中，通过蚀刻处理去除部分上述岛状构件和部分上述可拉伸构件表面的铜覆层；
[0017]表面保留有铜覆层的另一部分可拉伸构件表面作为可拉伸导体构件将上述导波信号采集单元和上述温度信号采集单元分别与相应的接口电连接，用于传送由各信号采集单元采集的信号。
[0018]〔4〕如上述〔1〕～〔3〕中任一项所述的柔性多功能传感网络，其中，上述可拉伸构件为蛇形构件。
[0019]〔5〕如上述〔1〕所述的柔性多功能传感网络，其中，上述导波信号采集单元为由2个以上的柔性压电传感器构成的压电传感器阵列，上述温度信号采集单元为由2个以上的贴片式温度传感器构成的温度传感器阵列。
[0020]〔6〕如上述〔1〕或〔5〕所述的柔性多功能传感网络，其中，上述柔性压电传感器为压电薄膜传感器，上述贴片式温度传感器为贴片式薄膜温度传感器。
[0021]〔7〕如上述〔6〕所述的柔性多功能传感网络，其中，上述柔性压电传感器为圆形聚偏氟乙烯压电薄膜换能器，上述贴片式温度传感器为方形铂贴片电阻式温度传感器。
[0022]〔8〕如上述〔1〕所述的柔性多功能传感网络，其中，
[0023]上述导波信号采集单元包括第一激发端子和第一信号接收端子，上述温度信号采集单元包括第二信号接收端子，
[0024]上述第一激发端子和第一信号接收端子、及上述第二信号接收端子分别电连接至对应的接口，并且各接口设置在用于固定上述柔性多功能传感网络的多个固定组件上。
[0025]〔9〕如上述〔8〕所述的柔性多功能传感网络，其中，上述第一激发端子和上述第一信号接收端子可以互换使用。
[0026]〔10〕一种柔性多功能传感网络的制造方法，包括以下步骤：
[0027]S1：将柔性双面镀铜聚酰亚胺膜平铺于工作台平面上，之后利用喷墨打印机打印预先设计的导电路径，然后静置待油墨固化，待固化完成后，利用氯化铁蚀刻液蚀刻去除不需要的铜覆层；
[0028]S2：接着，将所得的聚酰亚胺膜平铺在激光工作平台上，按照预先设计的程序和基
底图案对聚酰亚胺膜进行激光雕刻去除不需要的部分，形成由网络节点处的多个岛状构件和连接所述岛状部分的多个可拉伸构件构成的网络状可拉伸柔性基底，在部分岛状构件的特定位置进行激光加工以形成通孔；
[0029]S3：向所述通孔中灌注导电银浆并固化以形成导电通路；
[0030]在1个以上的岛状构件上安装柔性压电传感器的以形成导波信号采集单元，设置与该导波信号采集单元对应的接口，使导波信号采集单元的正负极通过表面具有铜覆层的可拉伸构件与相应的接口电连接，
[0031]在1个以上的岛状构件上安装贴片式温度传感器以形成温度信号采集单元，设置与该温度信号采集单元对应的接口，使温度信号采集单元通过表面具有铜覆层的可拉伸构件与相应的接口电连接。
[0032]有益效果
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0034](1)本专利技术设计了高度集成化的柔性多功能传感网络作为监测装置，通过拉伸网络可以有效的调节监测面积和监测区域，使得一款装置对不同形状尺寸的压力容器具备良好的普适性。
[0035](2)本专利技术相比于传统用于压力容器的基于导波的结构健本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性多功能传感网络，包括可拉伸柔性基底层、导波信号采集单元、温度信号采集单元、以及用于分别与所述导波信号采集单元和所述温度信号采集单元电连接的多个接口，所述可拉伸柔性基底层呈网络状，由网络节点处的多个岛状构件和连接所述岛状部分的多个可拉伸构件构成，所述导波信号采集单元包括一个以上的柔性压电传感器，所述柔性压电传感器以分布状布置在所述岛状构件上，所述温度信号采集单元包括一个以上的贴片式温度传感器，所述贴片式温度传感器以分布状布置在所述岛状构件上，所述柔性压电传感器及所述贴片式温度传感器分别独立地承载在岛状构件上，将由所述导波信号采集单元采集的导波信号及由所述温度信号采集单元采集的温度信号通过所述接口传送至计算机，基于所述温度信号修正波速，并与所述导波信号结合进行压力容器的损伤监测和定位。2.如权利要求1所述的柔性多功能传感网络，其特征在于，所述可拉伸柔性基底层由厚度为0.1～0.5mm的双面镀铜聚酰亚胺膜制成，通过在常温下对所述双面镀铜聚酰亚胺膜进行激光雕刻制备出所述岛状构件和所述可拉伸构件。3.如权利要求2所述的柔性多功能传感网络，其特征在于，通过蚀刻处理去除部分所述岛状构件和部分所述可拉伸构件表面的铜覆层；表面保留有铜覆层的另一部分可拉伸构件表面作为可拉伸导体构件将所述导波信号采集单元和所述温度信号采集单元分别与相应的接口电连接，用于传送由各信号采集单元采集的信号。4.如权利要求1～3中任一项所述的柔性多功能传感网络，其特征在于，所述可拉伸构件为蛇形构件。5.如权利要求1所述的柔性多功能传感网络，其特征在于，所述导波信号采集单元为由2个以上的柔性压电传感器构成的压电传感器阵列，所述温度信号采集单元为由2个以上的贴片式温度传感器构成的温度传感器阵列。6.如权利要求1或5所述的柔性多功能传感网络，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：轩福贞，高阳，肖彪，徐维普，李政霖，胡越，李琪，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：