应变传感器及其制备方法、纤维金属层压板技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种应变传感器及其制备方法、纤维金属层压板。应变传感器包括基底、薄膜电阻和电极组件，其中薄膜电阻和电极组件位于基底上，薄膜电阻和电极组件电连接；薄膜电阻的材质为镍碳薄膜，镍碳薄膜中镍原子百分比为0.1～0.8。上述应变传感器能够实时在线检测纤维金属层压板使用过程中内部结构应变状态。使用过程中内部结构应变状态。使用过程中内部结构应变状态。

【技术实现步骤摘要】
应变传感器及其制备方法、纤维金属层压板


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体而言，涉及一种应变传感器及其制备方法、纤维金属层压板。

技术介绍

[0002]在汽车、高铁，尤其是航天航空等工业领域中，为了零部件(如飞机蒙皮)的加固减重，人们开发了热塑性复合板材料，即纤维增强金属层压板(GLARE)，其通常由铝、钛及其它们的合金和纤维/环氧树脂的交替粘合层组成。由于使用了金属和纤维等复合材料的混合物，具有良好的耐疲劳性和高损伤耐受性，并且重量低于纯金属。纤维金属层压板的疲劳是一个复杂过程，在制造或使用过程中，如何实时掌握其性能状态便显得尤为重要，尤其是检测其内部结构的性能更为关键。
[0003]纤维金属层压板常用的无损探伤检测方法可以检测层板的裂纹扩展和损伤情况。比如，电子显微镜扫描可检测GLARE层板在载荷作用表层的变形、纤维层损伤和层间分层等，但是无法检测层板内部损伤情况；C超声波扫描可检测到GLARE层板各铺层分层和纤维损伤面积的叠加，但金属层会而阻碍超声波对中间各层的检测，导致检测效果不佳；红外热成像技术可以通过记录温度来分辨GLARE层板内部损伤情况。但是以上无损检测方法都是离线、静态的，无法对GLARE层板服役过程中进行有效检测，当其出现故障时难以及时排查。而且上述检测方法通常只能对成品进行检测，无法检测GLARE层板制备过程中物理机械属性，出现不合格成品将造成经济损失。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种能够实时在线检测纤维金属层压板使用过程中内部结构应变状态的应变传感器及其制备方法、纤维金属层压板。
[0005]本专利技术一方面，提供一种应变传感器，其包括基底、薄膜电阻和电极组件，所述薄膜电阻和所述电极组件位于所述基底上，所述薄膜电阻和所述电极组件电连接，所述薄膜电阻的材质为镍碳薄膜，所述镍碳薄膜中镍原子百分比为0.1～0.8。
[0006]在其中一个实施例中，所述薄膜电阻包括第一薄膜电阻栅、第二薄膜电阻栅和第三薄膜电阻栅，所述第一薄膜电阻栅、所述第二薄膜电阻栅和所述第三薄膜电阻栅形成应变花结构；
[0007]所述电极组件包括第一电极结构、第二电极结构、第三电极结构和第四电极结构，所述第一薄膜电阻栅串联于所述第一电极结构和所述第二电极结构之间，所述第二薄膜电阻栅串联于所述第二电极结构和所述第三电极结构之间，所述第三薄膜电阻栅串联于所述第三电极结构和所述第四电极结构之间。
[0008]在其中一个实施例中，在所述应变花结构中，所述第一薄膜电阻栅和所述第二薄膜电阻栅之间的夹角及所述第二薄膜电阻栅和所述第三薄膜电阻栅之间的夹角为45
°
、60
°
或120
°
。
[0009]在其中一个实施例中，所述薄膜电阻包括第一薄膜电阻栅、第二薄膜电阻栅、第三薄膜电阻栅和第四薄膜电阻栅，所述第一薄膜电阻栅、所述第二薄膜电阻栅、所述第三薄膜电阻栅和所述第四薄膜电阻栅形成惠斯通半桥电路；
[0010]所述电极组件包括第一电极结构、第二电极结构、第三电极结构和第四电极结构，所述第一薄膜电阻栅串联于所述第一电极结构和所述第二电极结构之间，所述第二薄膜电阻栅串联于所述第二电极结构和所述第三电极结构之间，所述第三薄膜电阻栅串联于所述第一电极结构和所述第四电极结构之间，所述第四薄膜电阻栅串联于所述第三电极结构和所述第四电极结构之间。
[0011]在其中一个实施例中，所述基底的材质为绝缘聚合物材料；
[0012]可选地，所述绝缘聚合物材料选自聚酰亚胺、聚乙丙烯、聚酯及聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。
[0013]在其中一个实施例中，所述应变传感器还包括绝缘层，所述绝缘层用于覆盖所述薄膜电阻和所述电极组件。
[0014]在其中一个实施例中，所述绝缘层包括第一金属氧化物绝缘层、第二金属氧化物绝缘层及位于所述第一金属氧化物绝缘层和所述第二金属氧化物绝缘层之间的非金属化合物绝缘层；
[0015]可选地，所述第一金属氧化物绝缘层和所述第二金属氧化物绝缘层的材质分别独立地选自Al2O3或ZrO2；
[0016]可选地，所述非金属化合物绝缘层的材质选自Si3N4、SiO2或SiC。
[0017]本专利技术另一方面，进一步提供一种如上述所述的应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0018]提供所述基底；以及
[0019]在所述基底上形成镍碳层和导电层，刻蚀所述镍碳层形成所述薄膜电阻，刻蚀所述导电层形成所述电极组件，所述镍碳层中镍原子百分比为0.1～0.8。
[0020]本专利技术再一方面，提供一种纤维金属层压板，其包括第一金属层、第二金属层、纤维织物层及上述所述的应变传感器，所述纤维织物层和所述应变传感器位于所述第一金属层和所述第二金属层之间。
[0021]在其中一个实施例中，所述纤维织物层为玻璃纤维和/或碳纤维增强环氧树脂层。
[0022]通过调控上述应变传感器中薄膜电阻中镍原子百分比，可以使应变传感器满足不同使用条件，如高电阻应变系数或低电阻温度系数下的使用，而且可以在减小温变导致应变传感器出现检测误差的基础上，提升其检测灵敏度。
[0023]而且传统薄膜形式的电阻件往往通过胶粘的形式固定在基底上，在应变传感器经过多次弯曲拉压后，胶体可能老化失效，从而造成应变迟滞蠕变等问题。另外，局部粘接电阻应变片使得可检测范围小，而粘贴多个电阻应变片，难以确保胶体的厚度均匀性，易造成电阻件的形变不均匀，进而导致测量误差。上述应变传感器直接在基底表面形成薄膜电阻，通过将包括基底在内的传感器作为夹层嵌入纤维金属层压板中，薄膜电阻可以随着纤维金属层压板受力而发生形变，减少了胶粘导致的局部应力过大现象的发生，从而降低了应变传感器应变迟滞、蠕变、不均匀的现象，薄膜电阻的形变一致性较好，大大降低了测量误差。而且在基底上直接形成薄膜电阻，使得应变传感器的面积和厚度均较小，几乎不会对纤维
金属层压板的性能造成影响。
[0024]此外，将应变传感器直接嵌入到纤维金属层压板内部，可以实时检测纤维金属层压板热压过程中结合面的应变，同时也能够实时在线检测纤维金属层压板在服役使用过程中内部结构的应变状态，如发生裂纹的早期以及结合层之间的松动等状态均可被及时检测。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术中应变传感器的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术一实施例中薄膜电阻和电极组件的结构关系示意图；
[0028]图3为本专利技术另一实施例中薄膜电阻和电极组件的结构关系示意图；
[0029]图4为本专利技术中纤维金属层压板的结构示意图；
[0030]图5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应变传感器，其特征在于，包括基底、薄膜电阻和电极组件，所述薄膜电阻和所述电极组件位于所述基底上，所述薄膜电阻和所述电极组件电连接；所述薄膜电阻的材质为镍碳薄膜，所述镍碳薄膜中镍原子百分比为0.1～0.8。2.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述薄膜电阻包括第一薄膜电阻栅、第二薄膜电阻栅和第三薄膜电阻栅，所述第一薄膜电阻栅、所述第二薄膜电阻栅和所述第三薄膜电阻栅形成应变花结构；所述电极组件包括第一电极结构、第二电极结构、第三电极结构和第四电极结构，所述第一薄膜电阻栅串联于所述第一电极结构和所述第二电极结构之间，所述第二薄膜电阻栅串联于所述第二电极结构和所述第三电极结构之间，所述第三薄膜电阻栅串联于所述第三电极结构和所述第四电极结构之间。3.根据权利要求2所述的应变传感器，其特征在于，在所述应变花结构中，所述第一薄膜电阻栅和所述第二薄膜电阻栅之间的夹角及所述第二薄膜电阻栅和所述第三薄膜电阻栅之间的夹角为45
°
、60
°
或120
°
。4.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述薄膜电阻包括第一薄膜电阻栅、第二薄膜电阻栅、第三薄膜电阻栅和第四薄膜电阻栅，所述第一薄膜电阻栅、所述第二薄膜电阻栅、所述第三薄膜电阻栅和所述第四薄膜电阻栅形成惠斯通半桥电路；所述电极组件包括第一电极结构、第二电极结构、第三电极结构和第四电极结构，所述第一薄膜电阻栅串联于所述第一电极结构和所述第二电极结构之间，所述第二薄膜电阻栅串联于所述第二电极结构和所述第三电极结...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学瑞，李炯利，王刚，罗圭纳，王旭东，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：