专利名称：碳纤维搭接式应变传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于传感技术领域，具体涉及一种碳纤维搭接式应变传感器。
背景技术：
碳纤维是一种具有导电特性的高弹高强纤维材料，连续碳纤维的电阻率可随着碳纤维 的受力大小而改变，但这种改变率很小，即其传感的敏感性很小。因此将连续碳纤维作为 传感器具有局限性。
将碳纤维均匀弥散在水泥基体内组成水泥基碳纤维增强机敏材料，该材料的电阻率能 够对受力变形而产生较大的改变率，也就是说其传感的敏感性较大。伹是由于水泥基体是 一种长期水化作用的产物，且易受到环境的影响，因此导致该材料的电阻率稳定性较差。 因此水泥基碳纤维增强机敏材料也不易制作传感器。
将连续碳纤维切成一定长度的纤维，采用搭接技术，使得两束碳纤维间部分搭接；依 靠这种搭接技术所形成的粘接界面，当受力变形时，这种结构形式与连续碳纤维相比，其 传感敏感性得到大幅度提高；由于采用树脂作为基体，材料特性的稳定性也得到了提高。 因此，碳纤维搭接式应变传感器是一种既具有较高的灵敏性，又具有较高的稳定性的传感 器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维搭接式应变传感器，该传感器具有灵敏度高、稳定 性好、覆盖面积大等特点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是
一种碳纤维搭接式应变传感器，其特征在于它由两束或两束以上的定长度碳纤维， 采用搭接而成，任意两束之间的碳纤维形成部分搭接层，搭接层由树脂固定，在未搭接部分 的碳纤维表面涂有导电胶，导电胶上面粘有电极，所述的碳纤维、树脂、导电胶和电极均 被固定在垫板上，以形成一个完整的碳纤维搭接式传感器。
上述的碳纤维搭接式应变传感器结构外表涂有防护层。
所述的搭接层的搭接界面处为两束纤维层合结构，或多束纤维层合结构，在多束纤维 层合结构的未搭接段的纤维束界面间设有绝缘层。
所述的电极的个数为2、 4或多个电极，用于激励和采集。
所述的任意两束碳纤维之间的部分搭接层为两束碳纤维直接搭接，或者在搭接界面处 存在夹层，夹层材料选用定长连续碳纤维、短切碳纤维毡、或碳纤维织物，或碳黑等其他 导电物质。
所述的碳纤维搭接式应变传感器中，所述的树脂为环氧类树脂以及不饱和树脂。
所述的导电胶为银胶材料
所述的防护层为防紫外线的树脂材料。本发明的碳纤维搭接式应变传感器的制作工艺，其特征在于，它包括如下步骤-
1) 裁剪两束碳纤维；
2) 在所裁剪碳纤维束的一端涂覆导电胶，并粘贴导电电极；
3) 然后将两束碳纤维以搭接的方式铺设于垫板上，用树脂浸润碳纤维，使之在垫板上 整体成型；
4) 涂覆防护层，并保证表面平整；
5) 采用在常温下进行固化处理；对于特殊需耐温度的传感器所采用的树脂，依据树脂 体系要求在其指定温度和时间下进行固化。
本发明的有益效果是
1、 通过两束或两束以上的定长度碳纤维之间的搭接，形成一种树脂基碳纤维搭接层； 该搭接层受力产生变形而导致电阻产生变化；通过设置在碳纤维上的电极，采集这种电阻 的变化，从而实现变形传感的功能，这种结构形式与连续碳纤维相比，其传感敏感性得到 大幅度提高。
2、 由于采用树脂作为基体，材料特性的稳定性也得到了提高。
3、 这种树脂基碳纤维层结构被固定在垫板上，并未对其大小作限制，因此，相对一般 应变片而言，其传感的覆盖面较大。
图1为本发明的碳纤维搭接式应变传感器结构示意图
图2为多层搭接传感器结构示意图
图3为夹层传感器结构示意图
图4为多区域搭接传感器结构示意图
图5为电极示意图。
图中标识含义l-树脂基定长碳纤维；2-碳纤维搭接层；3-导电胶；4-电极；5-垫板；
6-防护层；7-绝缘层；8-夹层。
具体实施方式
实施例1:
如图1所示， 一种碳纤维搭接式传感器包括树脂基定长碳纤维l、碳纤维搭接层2， 导电胶3，电极4，垫板5，碳纤维表面涂有导电胶3、导电胶上面粘有电极4，所述的碳 纤维、树脂、导电胶和电极被固定在垫板5上，形成一个完整的碳纤维搭接式传感器，整 个传感器表面涂覆有防护层6。其中树脂为环氧类树脂或不饱和树脂；导电胶为银胶材 料；防护层为防紫外线的树脂材料。
该碳纤维搭接式应变传感器中，树脂作为基体和粘接剂，将两束端部搭接的连续碳纤
维，成型固化于垫板上；在碳纤维未搭接的一端，通过导电胶设置电极，整个传感器表面 涂覆有防护层。在该传感器中，纤维搭接的界面具有显著的应变敏感性，具体表现为在碳纤维搭接层依随垫板变形的过程中，碳纤维搭接界面受力产生变形而导致电阻产生变化， 可以在碳纤维上设置两个电极直接采集这种电阻变化；或者是采用四电极法，即在两外侧 电极上用电源激励，通过采集两内侧电极间的电压来间接得到电阻变化。碳纤维搭接式传 感器具有灵敏度高、稳定性好、覆盖面积大等特点。
上述碳纤维搭接式应变传感器的制作工艺，它包括如下步骤
1) 裁剪两束碳纤维；
2) 在所裁剪碳纤维束的一端涂覆导电胶，并粘贴导电电极；
3) 然后将两束碳纤维以搭接的方式铺设于垫板上，用树脂浸润碳纤维，使之在垫板上 整体成型；
4) 涂覆防护层，并保证表面平整；
5) 采用在常温下进行固化处理；对于特殊需耐一定温度的传感器所采用的树脂，可以 依据树脂体系要求在其指定温度和时间下进行固化。
实施例2:如图2所示，
与实施例l基本相同，不同之处在于实施例1的搭接界面处为两束纤维层合结构，而 实施例2的搭接界面处为多束纤维层合结构，形成了多层纤维界面敏感层，并在未搭接段 的纤维束界面间有绝缘层7。
实施例3:如图3所示，
与实施例l基本相同，不同之处在于实施例1为两束碳纤维直接搭接，而实施例3的 搭接界面处存在夹层8，夹层材料选用定长连续碳纤维、短切碳纤维毡、或碳纤维织物， 或碳黑等其他导电物质。
实施例4:如图4所示，与实施例l基本相同，不同之处在于实施例1中为两束碳纤
维搭接，形成单一敏感段，用于单区域的传感，而实施例4中为多束碳纤维首尾搭接，并 在相邻搭接段之间设置电极，形成多个敏感段串联结构，实现了单个传感器的多区域传感。 如图4中的电极A与电极B之间，电极B与电极C之间，电极C与电极D之间，电极D与 电极E之间可分别作为敏感段相互独立地在各自区域内同时进行传感。
权利要求
1.一种碳纤维搭接式应变传感器，其特征在于它由两束或两束以上的定长度碳纤维，采用搭接而成，任意两束之间的碳纤维形成部分搭接层(2)，搭接层由树脂固定，在未搭接部分的碳纤维表面涂有导电胶(3)，导电胶上面粘有电极(4)，所述的碳纤维、树脂、导电胶和电极均被固定在垫板(5)上，形成一个完整的碳纤维搭接式传感器。
2. 根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器，其特征在于所述的碳纤维搭接式应变传感器结构外表涂有防护层(6)。
3. 根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器，其特征在于所述的搭接层(2)的搭接界面处为两束纤维层合结构，或多束纤维层合结构，在多束纤维 层合结构的未搭接段的纤维束界面间设有绝缘层(7)。
4. 根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器，其特征在于所述的电极(4)的个数为2、 4或多个电极，用于激励和采集。
5. 根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器，其特征在于所述的任意两束碳纤维之间的部分搭接层(2)为两束碳纤维直接搭接，或者在搭接界面处 存在夹层(8)，夹层材料选用定长连续碳纤维、短切碳纤维毡、或碳纤维织物， 或碳黑导电物质。
6. 根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器，其特征在于所述的树脂为环氧类树脂以及不饱和树脂。
7. 根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器，其特征在于所述的导电胶为银胶材料。
8.根据权利要求1所述的碳纤维搭接式应变传感器，其特征在于所述的防 护层为防紫外线的树脂材料。
9.权利要求1所述的碳纤维搭接式传感器的制作工艺，其特征在于，它包括如下步骤1) 裁剪两束碳纤维；2) 在所裁剪碳纤维束的一端涂覆导电胶，并粘贴导电电极；3) 然后将两束碳纤维以搭接的方式铺设于垫板上，用树脂浸润碳纤维，使之 在垫板上整体成型；4) 涂覆防护层，并保证表面平整；5) 采用在常温下进行固化处理；对于需耐温度的传感器所采用的树脂，依据 树脂体系要求在其指定温度和时间进行固化。
全文摘要
本发明属于传感技术领域，具体涉及一种碳纤维搭接式应变传感器及其制作工艺。通过两束或两束以上的一定长度碳纤维之间的搭接，形成一种树脂基碳纤维搭接层；该搭接层受力产生变形而导致电阻产生变化；通过设置在碳纤维上的电极，采集这种电阻的变化，从而实现变形传感的功能。该碳纤维搭接式应变传感器具有灵敏度高、稳定性好、覆盖面积大等特点。
文档编号G01B7/16GK101672619SQ20091027232
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者朱四荣, 李卓球, 郑华升 申请人:武汉理工大学