[发明专利]一种用于测量柔性织物应力作用的应变传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器领域，涉及一种测量柔性织物应变的应变传感器。 

背景技术

降落伞在军事、民用、航空航天等领域具有非常重要的地位。降落伞的伞衣应力测量一直是空投试验测量中的空白和难点，准确的受力情况能为新型降落伞的研制和改进提供重要的数据支撑，具有显著的科学和军事意义。降落伞开伞过程是一个瞬态的高速变化的动态过程，在这一过程中材料受力后形状急剧变化，受力状态及材料强度、伸长率与静态情况下性能有较大差异，目前还没有完备的理论可以准确计算这一过程，只能依靠试验来进行分析验证。然而，伞衣本身是柔性材料，加之表面积大，且在工作过程中环境恶劣，同时又相对于试验模型有持续相对运动，所以对测量工作是一项极大的挑战。

自80 年代初，国际上各研究机构围绕降落伞的伞衣应力测量进行了多项实验，然而所有的实验中，惟有Omega传感器（Journal of Aircraft, 1978, 15, 534-539）取得了成功。Omega传感器的构造如图8所示。

应变片（1）粘在弧形衬底（2）上；两条尼龙布条（4）的一端翘起，分别粘附在弧形衬底的内壁上，两个布条的另一端则同时粘附固定在伞衣（6）上。Omega传感器的测量原理基于：伞衣受力后，会导致伞衣伸长，这一变化会通过尼龙布条传递到弧形衬底上，使弧形衬底的弯曲度产生形变，该形变会被应变片感知，反映为电流信号的变化，从而建立了一个伞衣应力和应变片电流信号间的对应关系，实现对降落伞伞衣的应力测量。

Omega传感器在具体实施过程中，需要先粘附固定在一个伞衣布料上进行标定，即利用拉力机对伞衣布料施加精确的拉力，测得伞衣应力--应变片电流信号的标准曲线；然后将该Omega传感器从伞衣布料上取下，再粘附固定到空投试验中的降落伞伞衣上；空投试验中，利用传感器数据采集，获得随时间变化的动态应变片电流信号数据，参照前面标定的伞衣应力--应变片电流信号标准曲线，最终测得随时间变化的动态伞衣应力情况。

然而，Omega传感器存在一个明显的缺点：因为Omega传感器是粘附固定在尼龙布条上的，所以将Omega传感器从标定织物上向待测量织物上转移的过程中，需要非常精细的工作去解除Omega传感器非常牢固的粘附状态,同时要刮掉传感器上残留的固化后的粘附剂，然后涂上新的粘附剂，再固定在新的尼龙布条上。这一工序非常繁琐，而且非常容易造成传感器的破损，影响伞衣应力--应变片电流信号标准曲线的准确度和可靠性。

这一技术缺陷极大地影响了Omega传感器的检测精度和其在测量降落伞伞衣应力领域的广泛应用。 

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服传统Omega传感器在从标定织物上向测量织物上转移过程中工序繁琐、且容易造成传感器破损的主要缺点，提供一类新型应变传感器以及其在测量柔性织物，如降落伞伞衣的应力上的用途。       

技术方案：本发明是一种用于测量柔性织物应力作用的应变传感器，包括从内至外依次设置的内核、尼龙布条、弧形衬底和应变片，尼龙布条的两端通过内核和弧形衬底之间的缝隙引出，应变片粘在弧形衬底的外表面。

本发明中，内核包括圆柱体和位于圆柱形两端的凸缘，圆柱体的长度与弧形衬底的长度相同，直径略小于弧形衬底的内径，凸缘的直径与弧形衬底的外径相同。

本发明中，弧形衬底的材质为不锈钢、弹簧钢、康铜或硬质塑料。

内核的材质为不锈钢、弹簧钢、康铜或硬质塑料。

内核与弧形衬底间的缝隙恰好可以塞入尼龙布条；内核的一端设置可拆卸的螺帽，用于拆卸内核，螺帽与其他部件并无连接，如图5所示。

本发明装置的组合方法为：将应变片粘在弧形衬底上；内核插入弧形衬底，其后卡紧螺帽；尼龙布条通过弧形衬底和内核之间的缝隙，引出布条的两端，从而可以粘附固定在柔性织物上。

本发明传感器最核心的正是设计了内核，利用此内核，尼龙布条可以直接卡入弧形衬底，而无需像Omega传感器那样粘附固定在弧形衬底内壁；此外，在标定织物上完成伞衣应力--应变片电流信号标准曲线的测量后，可以通过拆卸内核的螺帽，顺利取下传感器，而无需像Omega传感器那样采取刮除粘附剂等繁琐工序，从而方便快捷地转移传感器到待测量织物上。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：