一种预制传感器膜层、缠绕气瓶健康监测系统及制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种预制传感器膜层、缠绕气瓶健康监测系统及制备方法，属于智能复合材料压力容器制造技术领域，解决了现有技术中传感器应用于缠绕气瓶健康监测时会引入缺陷，影响气瓶力学性能、长期监测可靠性差的问题。一种预制传感器膜层，包括依次设置的离型纸、传感层和绝缘层；传感层包括压电树脂传感器、导电树脂导线和绝缘树脂；压电树脂传感器与导电树脂导线连接；传感层未设置压电树脂传感器和导电树脂导线的区域由绝缘树脂填充。本发明专利技术提高了缠绕气瓶健康监测可靠性。了缠绕气瓶健康监测可靠性。了缠绕气瓶健康监测可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种预制传感器膜层、缠绕气瓶健康监测系统及制备方法


[0001]本专利技术属于智能复合材料压力容器制造
，特别涉及一种预制传感器膜层、缠绕气瓶健康监测系统及制备方法。

技术介绍

[0002]我国现有储氢瓶，主要为35Mpa三型瓶。金属氢脆效应随储氢压力升高更显著，直接沿用现有三型瓶技术路线升级空间受到限制。采用塑料内胆复合材料缠绕70Mpa四型瓶，具有耐腐蚀、重量轻、强度高度的特点，具有良好的发展前景。但其复杂的结构使其自身在制造和服役过程中存在更多、更复杂的损伤机理。
[0003]缠绕层在工作过程中需要经历循环压力变化，结合长期工作过程中可能遭遇的局部冲击等因素，可能引起缠绕层内部出现微裂纹。微裂纹往往是缠绕气瓶结构破坏的早期症状，通过监控缠绕层微裂纹情况可以预防缠绕气瓶爆炸等重大事故的发生，为气瓶安全使用寿命评估提供依据。
[0004]目前对于缠绕气瓶健康监测方案，传感器主要采用埋入或粘贴方案。但是传感器在埋入缠绕层后，相当于在缠绕层中引入了人为缺陷，从而会对缠绕气瓶整体力学性能造成一定的影响，粘贴方案由于材料物性差异，长期使用对传感器的保护和与气瓶粘贴的可靠性都存在隐患。

技术实现思路

[0005]鉴于以上分析，本专利技术旨在提供一种预制传感器膜层、缠绕气瓶健康监测系统及制备方法，用以解决现有技术中传感器应用于缠绕气瓶健康监测时会引入缺陷，影响气瓶力学性能、长期监测可靠性差等问题。
[0006]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种预制传感器膜层，包括依次设置的离型纸、传感层和绝缘层；
[0008]所述传感层包括压电树脂传感器、导电树脂导线和绝缘树脂；
[0009]所述压电树脂传感器与导电树脂导线连接；所述传感层未设置压电树脂传感器和导电树脂导线的区域由绝缘树脂填充，形成绝缘树脂隔离区。
[0010]进一步的，所述压电树脂传感器、导电树脂导线、绝缘树脂和绝缘层的基体树脂均与气瓶的缠绕层的基体树脂相同。
[0011]进一步的，所述绝缘层上设置有开口，暴露出部分导电树脂导线形成触点。
[0012]进一步的，所述传感层厚度为20
‑
200um。
[0013]另一方面，本专利技术还提供了一种预制传感器膜层的制备方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1.配制压电树脂、导电树脂和绝缘树脂；
[0015]步骤2.分别采用所述压电树脂、导电树脂和绝缘树脂在离型纸上打印压电树脂传感器、导电树脂导线和绝缘树脂隔离区，形成传感层；
[0016]步骤3.采用绝缘树脂在所述传感层上打印绝缘层，形成触点，完成预制传感器膜层的制备。
[0017]进一步的，所述压电树脂通过在基体树脂中添加压电填料制得。
[0018]进一步的，所述导电树脂通过在基体树脂中添加导电填料制得；
[0019]所述基体树脂为热塑树脂。
[0020]另一方面，本专利技术还提供了一种缠绕气瓶健康监测系统，包括预制传感器膜层、控制系统和电源；
[0021]所述预制传感器膜层设置在气瓶的缠绕层外；
[0022]所述预制传感器膜层与控制系统连接，所述控制系统与电源连接。
[0023]另一方面，本专利技术还提供了一种缠绕气瓶，包括内胆、缠绕在内胆外的缠绕层和缠绕气瓶健康监测系统。
[0024]另一方面，本专利技术还提供了一种缠绕气瓶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0025]步骤1.将预制传感器膜层的离型纸去除后铺覆在所述缠绕层上，所述传感层与缠绕层接触；
[0026]步骤2.将缠绕层和预制传感器膜层一起进行固化；
[0027]步骤3.采用柔性电路将传感层与控制系统进行连接，将控制系统与电源进行连接，完成缠绕气瓶的制备。
[0028]另一方面，本专利技术还提供了一种气瓶健康监测方法，包括以下步骤：
[0029]步骤1.电源为控制系统供电；
[0030]步骤2.控制系统对压电传感器进行阻抗特性测试；
[0031]步骤3.通过监控气瓶充满后各压电传感器响应的差异和压电传感器每次充气过程的响应差异，根据事先建立的数据模型，判断气瓶结构是否损伤。
[0032]与现有技术相比，本专利技术至少能实现以下技术效果之一：
[0033]1)本专利技术采用热塑树脂通过打印技术制备预制传感器膜层，便于批量生产；且可提前进行制备，使用时将预制传感器膜层铺覆在缠绕气瓶表面即可。预制传感器膜层生产和应用都极其便利，可提高具备健康监测系统的缠绕气瓶的制备效率。
[0034]2)由于传感层和绝缘层的基体树脂与气瓶缠绕层的基体树脂一致，传感层和绝缘层与气瓶缠绕层一起固化后融合为一体，形成复合材料结构。从功能分解角度讲，复合材料结构承担了气瓶安全监测的功能，对复合材料结构损伤进行监测，减少了测量传递流程，不会对气瓶造成结构破坏，具有良好的可靠性。
[0035]3)本专利技术电源为基于温差发电的自供给能源模块，在充气阶段利用气瓶内部压力迅速升高发热产生的能量，由温差发电的自供给能源模块转化为电能为控制系统供电。本专利技术充分利用气瓶充气过程产生的升温为控制系统提供能量，通过对气瓶充气过程的结构应力变化动态过程和差异测量气瓶结构安全，既保证了测量的覆盖性，同时降低了长期监测的系统开销和复杂性。
[0036]4)在自供给能源模块的冷端设置热管，可进一步的降低自供给能源模块冷端的温度，提高自供给能源模块两端的温差。
[0037]5)考虑到缠绕气瓶工作时不同部位的受力不同，将传感层的压电树脂传感器分为
重点受力区传感器和普通受力区传感器。既可对重点受力区实现重点监测，又可将普通受力区全面覆盖，监测效果更可靠。
[0038]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0039]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
[0040]图1为缠绕气瓶示意图；
[0041]图2为预制传感器膜层侧视示意图；
[0042]图3为预制传感器膜层俯视示意图；
[0043]图4为缠绕气瓶健康监测系统示意图。
[0044]附图标记：
[0045]1‑
预制传感器膜层；101
‑
离型纸；102
‑
传感层；1021
‑
压电树脂传感器；1022
‑
导电树脂导线；1023
‑
绝缘树脂隔离区；103
‑
绝缘层；104
‑
触点；2
‑
柔性电路转接线；3
‑
缠绕层；4
‑
测控模块；5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预制传感器膜层，其特征在于，包括依次设置的离型纸、传感层和绝缘层；所述传感层包括压电树脂传感器、导电树脂导线和绝缘树脂；所述压电树脂传感器与导电树脂导线连接；所述传感层未设置压电树脂传感器和导电树脂导线的区域由绝缘树脂填充，形成绝缘树脂隔离区。2.根据权利要求1所述的预制传感器膜层，其特征在于，所述绝缘层上设置有开口，暴露出部分导电树脂导线形成触点。3.根据权利要求1所述的预制传感器膜层，其特征在于，所述传感层厚度为20
‑
200um。4.一种权利要求1
‑
3所述的预制传感器膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.配制压电树脂、导电树脂和绝缘树脂；步骤2.分别采用所述压电树脂、导电树脂和绝缘树脂在离型纸上打印压电树脂传感器、导电树脂导线和绝缘树脂隔离区，形成传感层；步骤3.采用绝缘树脂在所述传感层上打印绝缘层，形成触点，完成预制传感器膜层的制备。5.根据权利要求4所述的预制传感器膜层的制备方法，其特征在于，所述压电树脂通过在基体树脂中添加压电填料制得。6.根据权利要求4所述的预制传感器膜层的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰，赵利可，周小兵，李楠，刘岩，
申请(专利权)人：新启时代北京材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：