传感器及其制备方法、传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了传感器及其制备方法、传感装置。该传感器包括高分子基体和碳化层，其中，所述碳化层是通过对所述高分子基体的部分表面进行原位碳化形成的。由此，该碳化层可以感知应变或温度变化，进而产生电阻信号，通过对电阻信号进行处理即可对高分子材料的服役情况进行实时检测和监测。进行实时检测和监测。进行实时检测和监测。

【技术实现步骤摘要】
传感器及其制备方法、传感装置


[0001]本申请涉及传感器领域，具体地，涉及传感器及其制备方法、传感装置。

技术介绍

[0002]高分子材料(如碳纤维增强聚醚醚酮等)具有优良的机械性能、热稳定性、摩擦性能、耐化学腐蚀性、抗疲劳性能和抗辐射性能等，可以适应恶劣复杂的服役环境，因此，在军工、航空航天和载运工具(包括车辆、船舶、集装箱等)等诸多领域都有广泛的应用，已经呈现出取代传统金属材料成为飞机和汽车等大型机械设备关键零部件和支承结构主要材料的趋势。因此，如何对服役期的高分子材料部件的服役状况进行有效检测，及时发现并修复/更换损坏的高分子部件，对于维持大型机械设备的系统健康以及可持续运行具有重大意义。但目前尚未发现可实时检测和监测高分子材料部件的服役情况的有效案例。

技术实现思路

[0003]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
[0004]如前所述，目前还未发现可以实时检测和监测高分子材料部件的服役情况的有效案例，为了至少在一定程度上解决上述问题的至少之一，专利技术人通过大量研究发现，可以对高分子材料的部分表面进行原位碳化形成碳化层，而该碳化层可以感知高分子部件的应变或温度变化进而产生电阻信号，通过对该电阻信号进行处理可以了解高分子材料部件是否出现损伤，进而实现实时检测和监测高分子材料的服役情况的目的。
[0005]有鉴于此，在本专利技术的一方面，本专利技术提出了一种传感器，该传感器包括高分子基体和碳化层，其中，所述碳化层是通过对所述高分子基体的部分表面进行原位碳化形成的。由此，该碳化层可以感知应变或温度变化，进而产生电阻信号，通过对电阻信号进行处理即可对高分子材料的服役情况进行实时检测和监测。
[0006]根据本专利技术的实施例，所述碳化层包括至少一个子碳化层。
[0007]根据本专利技术的实施例，所述子碳化层的形状为矩形、圆形、椭圆形或菱形。由此，子碳化层可以有效感知应变或温度变化，并转化为电阻信号。
[0008]根据本专利技术的实施例，所述高分子基体的材质包括碳纤维增强聚醚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、酚醛树脂、聚苯乙烯、环氧树脂中的至少之一。由此，高分子基体具有优异的性能，并且能够通过原位碳化形成碳化层。
[0009]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种制备前面所述的传感器的方法，该方法包括：提供高分子基体；对所述高分子基体的部分表面进行原位碳化，形成碳化层。由此，可以通过简便的工艺形成碳化层，并且，形成的碳化层可以有效感知并反馈应变或温度变化，总的来说，利用该方法形成的传感器可以用于实时检测和监测高分子材料的服役情况。
[0010]根据本专利技术的实施例，在对所述高分子基体的所述部分表面进行原位碳化之前，进一步包括：在所述高分子基体的所述部分表面形成氧化石墨烯层或金属层。
[0011]根据本专利技术的实施例，所述原位碳化的方式为激光辐照或X射线辐照。
[0012]根据本专利技术的实施例，所述激光辐照的激光为紫外纳秒激光，功率为5W
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10W，重复频率为40kHz
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100kHz，扫描速度为20
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110mm/s，离焦量为2
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10mm。由此，在上述条件下，可以对高分子材料进行原位碳化，并形成能够感知应变或温度变化的碳化层。
[0013]根据本专利技术的实施例，所述X射线辐照的能量密度大于0.83J/mm2，由此，可以采用该能量密度范围的X射线能够在高分子材料的表面形成碳化层，有利于碳化层的形成。
[0014]在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种传感装置，该传感装置包括前面所述的传感器。由此，该传感装置具有前面所述的传感装置所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该传感装置可以感知应变或温度变化，实现对高分子材料部件服役情况的实时检测和监测。
[0015]根据本专利技术的实施例，所述传感装置进一步包括测量单元和中控设备，其中，所述传感器包括高分子基体和一个碳化层，所述碳化层通过第一导线与所述测量单元的正极连接，所述碳化层通过第二导线与所述测量单元的负极进行连接，所述测量单元通过USB连接器或网线与所述中控设备进行连接。由此，碳化层感知应变或温度变化，进而产生电阻信号，测量单元对电阻信号进行读取，并将电阻信号转化为电信号，之后，测量单元将电信号反馈给中控设备，中控设备对电信号进行处理并显示处理后的电信号数据或波形。
[0016]根据本专利技术的实施例，所述传感装置进一步包括多路复用器、测量单元和中控设备，其中，所述传感器包括高分子基体和碳化层，所述碳化层包括多个子碳化层，多个所述子碳化层均通过第一导线与所述多路复用器的正极进行连接，且多个所述子碳化层均通过第二导线与所述多路复用器的负极进行连接，所述多路复用器分别与所述测量单元的正极和负极进行连接，所述测量单元通过USB连接器或网线与所述中控设备进行连接。由此，多个子碳化层分别感知应变或温度变化，进而，多个子碳化层分别产生电阻信号，测量单元通过多路复用器对多个子碳化层的电阻信号依次进行读取，同时测量单元将多个子碳化层的电阻信号转化为多个子电信号，之后，测量单元将多个子电信号反馈给中控设备，中控设备对多个子电信号进行处理并显示每个处理后的子电信号数据或波形。
附图说明
[0017]本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0018]图1显示了本专利技术一个实施例的传感器的结构示意图；
[0019]图2显示了本专利技术另一个实施例的传感器的结构示意图；
[0020]图3显示了本专利技术一个实施例的传感装置的结构示意图；
[0021]图4显示了本专利技术另一个实施例的传感装置的结构示意图；
[0022]图5显示了本专利技术一个实施例中处理后的电信号随时间的变化曲线。
具体实施方式
[0023]下面详细描述本专利技术的实施例。需要说明的是，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0024]在本专利技术的一方面，本专利技术提出了一种传感器，参考图1和图2，传感器100包括高分子基体110和碳化层120。
[0025]根据本专利技术的实施例，高分子基体100的材质包括碳纤维增强聚醚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、酚醛树脂、聚苯乙烯、环氧树脂等中的至少之一，即高分子基体可以由上述材料中的一种或多种构成。上述高分子材料形成的高分子基体具有优良的机械性能、热稳定性、耐化学腐蚀性、抗疲劳性能和抗辐射性能等，可以适应恶劣复杂的服役环境，能够应用于军工、航空航天和载运工具等诸多领域，进而使得基于上述高分子基体的传感器也能够应用于上述诸多领域中大型机械设备的高分子部件服役情况的实时检测和监测。
[0026]根据本专利技术的实施例，碳化层12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种传感器，其特征在于，包括高分子基体和碳化层，其中，所述碳化层是通过对所述高分子基体的部分表面进行原位碳化形成的。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述碳化层包括至少一个子碳化层。3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述子碳化层的形状为矩形、圆形、椭圆形或菱形。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的传感器，其特征在于，所述高分子基体的材质包括碳纤维增强聚醚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、酚醛树脂、聚苯乙烯、环氧树脂中的至少之一。5.一种制备权利要求1
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4中任一项所述的传感器的方法，其特征在于，包括：提供高分子基体，对所述高分子基体的部分表面进行原位碳化，形成碳化层。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在对所述高分子基体的所述部分表面进行原位碳化之前，进一步包括：在所述高分子基体的所述部分表面形成氧化石墨烯层或金属层。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述原位碳化的方式为激光辐照或X射线辐照；优选的，所述激光辐照的激光为紫外纳秒激光，功率为5W
‑
10W，重复频率为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海燕，臧浠凝，胡行健，赵喆，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：