[实用新型]一体化集成式金属构件裂纹检测或监测传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于结构健康监控技术领域，涉及一种一体化集成式金属构件裂纹检测或监测传感器。

背景技术

金属构件在飞机、宇宙飞船、军舰、轮船、桥梁、高铁、矿山机械等大型装备高价值产品和设施上应用十分广泛，且多用于主承力结构。而金属构件在使用过程中由于疲劳载荷、磨损、环境腐蚀等自然及人为因素的作用极有可能产生裂纹直至破坏。然而，这些已有的裂纹检测技术，在应用于金属构件裂纹监测时，主要通过胶粘方式将传感器粘贴在构件表面，这就使得其在实际使用中容易脱落失效。同时，大型金属结构往往工作环境复杂，例如电磁干扰、振动、腐蚀和高低温等，已有的传感器的力学性能(强度、耐磨性)、化学性能(耐腐蚀性)以及热性能(耐高、低温性能)等方面存在不足，使其难以承受大型金属结构恶劣的实际工作环境，这些必然会影响到传感器的可靠性和有效性。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型提供一种一体化集成式金属构件裂纹检测或监测传感器，具有较好的力学性能、化学性能以及热性能，解决了现有技术中传感器通过胶粘方式粘贴在构件表面，降低可靠性，影响监测或监测结果准确性的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种一体化集成式金属构件裂纹检测或监测传感器，包括形状相同的金属表面绝缘层、铜质的薄膜电阻层和封装保护层，金属表面绝缘层设在铝合金制的金属构件的危险孔周围，金属表面绝缘层为钝化膜，金属表面绝缘层的上表面离子镀有薄膜电阻层，薄膜电阻层分别与USB2828数据采集卡、VICTOR86B数字多用表连接，薄膜电阻层的上表面涂覆有封装保护层；金属表面绝缘层、薄膜电阻层和封装保护层的厚度均为5μm-15μm；金属表面绝缘层、薄膜电阻层和封装保护层的形状均为币状、单圆环状或同心多环状中的一种。

本实用新型的特征还在于，进一步的，所述薄膜电阻层的形状为同心多环状，薄膜电阻层的电阻环宽度为1mm、间隔为1mm。

进一步的，所述薄膜电阻层的形状为同心多环状，环数为2。

进一步的，所述薄膜电阻层的形状为币状，宽度为5mm。

进一步的，所述薄膜电阻层的形状为单圆环状，薄膜电阻层的电阻环宽度为1mm。

进一步的，所述封装保护层为清漆保护层。

本实用新型的有益效果是：本实用新型根据薄膜电阻原理和功能梯度材料的性质，实现了金属构件与裂纹检测或监测传感器一体化集成，且二者具有良好的损伤一致性，使得金属构件自己就是裂纹检测或监测传感器，不会在使用中发生先于构件失效的问题，并在力学性能、化学性能以及热性能方面具有明显优势。本实用新型传感器包括金属表面绝缘层、铜质的薄膜电阻层和封装保护层，金属表面绝缘层设在铝合金制的金属构件的危险孔周围，金属表面绝缘层为钝化膜，金属表面绝缘层的上表面离子镀有薄膜电阻层，薄膜电阻层的上表面涂覆有封装保护层，各层厚度均达到微米级别；使得金属构件、金属表面绝缘层、薄膜电阻层和封装保护层彼此间形成梯度功能材料；提高金属构件和传感器的一体化程度，当金属构件的表面出现疲劳裂纹时，具有随附损伤特性的薄膜电阻层会出现相应的裂纹并与金属构件表面裂纹同步扩展，引起损伤区域内的电位场发生变化，从而能够通过监测分析薄膜电阻层的电阻(电位)数据变化获得裂纹的相关信息。

本实用新型还具有以下优点：

1.采用现代表面工程技术将裂纹监测传感器一体化集成在被监测的金属构件表面，克服了传统连接方法与基体相互分离所带来的耐久性差等问题。

2.通过功能梯度材料的设计理念，使三层一体化结构和金属基体具有良好的损伤一致性，从而大大增强了传感器的可靠性和准确性，克服了传统监测方法虚警率高的问题。

3.该传感器能够设为币状、单圆环状或同心多环状，能够根据金属结构各危险部位对监测裂纹形式和监测裂纹精度的不同要求，选择相适应的传感器形状。

4.直接通过监测传感器的电位信息来作为裂纹状态的判据，便于对信号进行采集分析，不需要复杂的算法，监测结果准确可靠。

5.制备方法简单，具有较高的成功率和可重复性，便于工程化应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。

图1是本实用新型实施例的结构示意图。