[发明专利]柔性多功能传感网络及其制造方法

说明书

本发明提供适用于压力容器结构健康监测的柔性多功能传感网络及其制造方法，上述传感网络包括由多个岛状构件和多个可拉伸构件构成的网络状可拉伸柔性基底层、包括一个以上的柔性压电传感器的导波信号采集单元、包括一个以上的贴片式温度传感器的温度信号采集单元、以及用于分别与导波信号采集单元和温度信号采集单元电连接的多个接口，各柔性压电传感器和各贴片式温度传感器以分布状布置在岛状构件上，将所采集的导波信号及温度信号通过相应接口传送至计算机，基于温度信号修正波速并与导波信号结合进行压力容器的损伤监测和定位。传感网络具有较好的耦合性，考虑了导波信号受温度波动的影响，能够提高压力容器损伤在线诊断的精确度和可靠性。

技术领域

本发明涉及导波信号采集和结构健康监测领域，特别涉及可用于对压力容器进行损伤监测和定位的柔性多功能传感网络及其制造方法。

背景技术

在高压、高温、疲劳、震动等工况下工作的压力容器易受到恶劣工况带来的威胁而加剧过度变形、引起断裂失效。对在役压力容器进行在线监测，一方面能及时发现设备的损伤，消除安全隐患，降低失效发生可能性；另一方面通过实时获取这些缺陷的动态发展情况，为更近一步的离线检测方法提供指导，提升检测效率，减少盲目返修和报废带来的经济损失。

氢气作为新一代的清洁能源，在过去的几十年里吸引了许多国家的关注，在新能源汽车制造领域有着巨大的应用潜力。然而，氢能源的易燃易爆性给其制造、储存、运输和使用过程带来了很大的隐患。目前，高压容器在氢能源的产品生命周期中起着至关重要的作用，因此，必须对其状态进行实时监控。对于氢气压力容器，长时间工作情况下可能萌发疲劳裂纹而运输过程中可能面临碰撞冲击出现缺陷，并可能成为导致事故发生的安全隐患。

目前基于超声导波的结构健康监测技术被广泛应用于对压力容器进行损伤在线诊断和实时预警，例如现有技术中专利文献1(CN107490602A)提出了一种用于压力容器的损伤实时感知和预警系统，该方法采用压电陶瓷片对压力容器进行在线监测。然而压电陶瓷是一种刚性材料，与压力容器的耦合性较差，声阻抗高，使用过程易出现脆碎、脱胶等失效情景，这会对压力容器结构健康状态长期监测带来不利影响。与此同时，上述监测手段忽略了压力容器使用过程中温度变化会对导波引入波速扰动和幅值扰动等不利影响，这会降低压力容器损伤在线诊断的精确度和可靠性。

因此，要求一种可用于压力容器进行损伤定位监测的传感网络，具有与压力容器较好的耦合性以改善基于压电陶瓷换能器的易脆碎、高声阻抗的缺点，且考虑导波信号受温度波动影响的问题，提高压力容器损伤在线诊断的精确度和可靠性。

发明内容

本发明鉴于上述现有技术中存在的缺陷，目前在于提供一种适用于压力容器结构健康监测的柔性多功能传感网络，其具有与压力容器较好的耦合性、且考虑了导波信号受温度波动的影响并且能够提高压力容器损伤在线诊断的精确度和可靠性。

本发明的目的还在于提供柔性多功能传感网络的制造方法。

本发明包括以下技术方案。

〔1〕一种柔性多功能传感网络，包括可拉伸柔性基底层、导波信号采集单元、温度信号采集单元、以及用于分别与上述导波信号采集单元和上述温度信号采集单元电连接的多个接口，

上述可拉伸柔性基底层呈网络状，由网络节点处的多个岛状构件和连接上述岛状部分的多个可拉伸构件构成，

上述导波信号采集单元包括一个以上的柔性压电传感器，上述柔性压电传感器以分布状布置在上述岛状构件上，

上述温度信号采集单元包括一个以上的贴片式温度传感器，上述贴片式温度传感器以分布状布置在上述岛状构件上，

上述柔性压电传感器及上述贴片式温度传感器分别独立地承载在岛状构件上，