[发明专利]利用多轴/场域碳纤维应变传感器进行应变测量的方法

说明书

本发明涉及一种利用多轴/场域碳纤维应变传感器进行应变测量的方法，包括基底，基底上表面固定有由四条碳纤维纱线组成的外围矩形框，外围矩形框内沿经向、纬向和斜向均匀铺设有碳纤维纱线，经向和纬向的碳纤维纱线形成了多个大小相等的矩形网格，斜向的碳纤维纱线将每个矩形网格分为了两个三角形单元，碳纤维交叉处相互接触形成节点，在外围矩形框上选取若干个节点粘贴铜丝以形成电极，封装后加压成型。本发明利用连续碳纤维的力阻功能效应研发了一种具有场域监测功能的应变传感器，通过在结构表面的大面积敷设，该传感器可实现结构表面所有应变分量的场域测量，并具有成本低廉、布线简单、测量仪器要求低和耐久性好的优点。

技术领域

本发明涉及于应变测量领域，具体涉及一种利用多轴/场域碳纤维应变传感器进行应变测量的方法。

背景技术

应变测量是工程结构健康监测的重要方面。工程中常用的应变传感器是电阻应变片，但应变片尺寸有限，只能测量结构局部点的应变值，即使在大量布置应变片的情况下，也容易出现对危险部位变形的漏检。此外，粘贴在结构表面的应变片容易发生脱落，不适用于长期监测。

分布式光纤传感技术能够实现大范围应变场中分布信息的提取，但光纤造价高昂，对测试系统要求较高，因而其应用也受到限制。

采用短切碳纤维制作的碳纤维智能层可以连续覆盖在结构表面并全面地捕捉结构表面的变形信息，其测量结果通过电阻率分布云图给出，这种云图可以定性的反映结构表面的变形分布，但是，由于电阻率是标量，应变是2阶张量，现有的碳纤维智能层技术仍无法定量给出结构表面线应变ε_x,ε_y,及剪应变γ_xy的数值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用多轴/场域碳纤维应变传感器进行应变测量的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

多轴/场域碳纤维应变传感器，包括基底，所述基底上表面固定有由四条碳纤维纱线组成的外围矩形框，所述外围矩形框内沿经向、纬向和斜向三个方向均匀铺设有碳纤维纱线，经向和纬向的碳纤维纱线形成了多个大小相等的矩形网格，斜向的碳纤维纱线将每个矩形网格分为了两个三角形单元，碳纤维交叉处相互接触形成节点，在外围矩形框上选取若干个节点粘贴铜丝以形成电极，封装后加压成型。

进一步的，所述电极的粘接剂为导电银胶。

进一步的，所述电极均匀分布在外围矩形框上。

进一步的，所述基底采用树脂或树脂基玻璃纤维复合材料制成。

进一步的，采用环氧树脂封装，并使碳纤维在树脂中浸润。

一种利用上述的多轴/场域碳纤维应变传感器进行应变测量的方法，包括以下步骤：

步骤1、结构变形前，采用恒直流电源依次在相邻电极间供电，每次供电时采集传感器所有电极的电位，设电极总数为n个，则一共激励n次；具体激励与采集方法为：任意选取一个电极作为1号电极，1号电极电位设为0，从1号电极开始对电极按逆时针或顺时针方向依次编号，依次为1号电极，2号电极，3号电极……n号电极；

第1次激励：1号、2号电极间供电，采集边界所有电极的电位，记为：

第2次激励：2号、3号电极间供电，采集边界所有电极(4)的电位，记为：

……；

第k次激励：k号、k+1号电极间供电，采集边界所有电极的电位，记为：

……；

第n次激励：n号、1号电极间供电，采集边界所有电极的电位，记为：