[发明专利]一种基于柔性薄膜传感器弯曲力补偿的压力测量方法

说明书

本发明公开了一种基于柔性薄膜传感器弯曲力补偿的压力测量方法，对弯曲状态下柔性薄膜传感器进行建模，并根据传感器长度的不同，做不同的建模计算，较为精确的计算出柔性薄膜传感器自身形变所引起的压力变化，因此应用本发明能够较好地补偿柔性薄膜传感器实际测量时的误差。本发明计算所需数据量小且无需迭代，计算流程清晰可靠性高，对操作者的要求也较低。

技术领域

本发明涉及弯曲应力补偿的领域，具体来说，涉及一种基于柔性薄膜传感器弯曲力补偿的压力测量方法。

背景技术

柔性薄膜传感器是目前的第三代传感器，由于柔性薄膜压力传感器采用了物理气相沉积的方法制备，它可弯曲、可折叠、延展性好，能够满足高温、湿热、腐蚀、震动等恶劣的使用环境。柔性薄膜压力传感器由于其优异的稳定性和与恶劣环境的适应性，在航空、航天领域、石油工业以及汽车等领域得到了广泛应用。但也正是因为柔性薄膜压力传感器采用的是高灵敏度的应变材料来提升它的性能，在复杂环境中处于弯曲或拉伸态下测量压力时自身的形变将不可避免地产生机械应力，包括拉伸应力、弯曲应力、压应力等，会对压力的测量结果产生较大的影响。

目前已有研究表明，将柔性薄膜压力传感器包裹于配网电缆表面，即曲率半径为21mm时，在电缆表面安装冷缩中间接头压力值达到0.3MPa时，柔性薄膜压力传感器自身的形变产生的压力值达到了0.0271MPa，误差接近10％，这对其后的分析与研究造成了非常大的影响。

发明内容

发明目的：本发明提出一种基于柔性薄膜传感器弯曲力补偿的压力测量方法，消除了传感器自身所引起的压力误差。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种基于柔性薄膜传感器弯曲力补偿的压力测量方法，包括以下步骤：

1)获取柔性薄膜传感器的材料，并测量其尺寸；

2)根据步骤1)中柔性薄膜传感器的材料和尺寸计算弯曲状态下柔性薄膜传感器的上表面弧长、下表面弧长、上表面弧对应的弦长、下表面弧对应的弦长，并确定弹性模量大小；

3)基于步骤2)所得参数计算薄膜传感器形变所产生的压力值。

所述步骤1)中所述柔性薄膜传感器的尺寸包括面积、厚度、边界位置上下表面的间距、上表面曲率半径、下表面曲率半径和中心角。

所述步骤2)中当柔性薄膜传感器长度小于待测物曲率半径1％时，下式视为成立：

C₁＝L₀

其中C₁为下表面弧长，L₀为柔性薄膜传感器原始长度；

下表面弧对应的弦长L₁由下式计算：

其中r为下表面曲率半径，再根据下式计算上表面弧对应的弦长L₂：

D为上下表面的间距、R为上表面曲率半径，柔性薄膜传感器的长度变化量ΔL：

ΔL＝L₂-L₀

上式中L₀为柔性薄膜传感器的原始长度，而拉伸应变量ε根据下式计算：

ε＝ΔL/L₀。

所述步骤2)中当柔性薄膜传感器长度大于待测物曲率半径1％，但小于待测物体半圆弧长时，

C₁＝L₀和依然成立，根据下式计算上表面弧长C₂：