专利名称：用粘弹性压阻材料监测高速加载后应力变化的两段式标定转换法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用粘弹性压阻材料监测高速加载后应力变化的两段式标定转换法，属于测量技术领域。
背景技术：
很多现代工业重大设备都具有狭小曲面层间结构。层间间隙两侧的接触曲面能产生相对移动，因而通常在层间加入减震性良好的粘弹性薄膜。设备运行时，这层粘弹性材料在被高速加载后长期处于形变固定状态。为确保系统安全工作，需要实时监测层间应力。但层间间隙的狭小和接触表面的不规则，给传统刚性传感器的安装带来困难，故而迫切需要一种薄型柔性的传感器，可以柔顺地贴附在接触曲面上，完成应力监测任务。导电高分子复合材料电阻在外力作用下呈规律性变化，且具有良好的柔韧性和易加工性，故可作为柔性位移传感器的敏感材料。这种材料还具有良好的减震性，因此将基于这种压敏材料的柔性传感器置于曲面层间结构之中，不但能完成层间应力监测任务，还能起到减震缓冲的保护作用。然而，这种复合材料是一种具有大分子链段结构的粘弹性材料，在形变固定阶段产生电阻松弛，这种现象严重降低了监测精度，其根本原因在于获取标定数据和编写转换算法时均未考虑时间因素。由于目前国内外对导电高分子复合材料电阻-应力-应变-时间特性及机理的研究还很不深入和完善，因此，如何消除电阻松弛对监测精度的影响是目前亟需解决的难题。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有发明的不足之处，提出一种用粘弹性压阻材料监测高速加载后应力变化的两段式标定转换法，用于解决曲面层间粘弹性基底应力监测的难题。本发明所述的用粘弹性压阻材料监测高速加载后应力变化的两段式标定转换法，其特征在于，该过程包括以下步骤(I)、对粘弹性压阻材料高速加载至某一形变，记录加载过程中的应力与电阻值，进而得到加载阶段应力与电阻对应关系；(2)、在加载完成后的形变固定阶段，记录每一时刻的应力与电阻值，进而得到该阶段应力、电阻与时间的对应关系；
(3)、如果某时刻检测到的电阻与上一时刻检测到的电阻的差值超过设定阈值，则表明对粘弹性压阻材料进行了加载，否则表明粘弹性压阻材料处于形变固定阶段；(4)、如果确认粘弹性压阻材料在某时刻处于加载阶段，则首先利用查表法，确定该时刻的电阻值所在的区间，然后利用步骤⑴中得到的应力与电阻对应关系，得到加载阶段的应力值；(5)、如果确认粘弹性压阻材料在某时刻处于形变固定阶段，则利用该时刻的电阻值和步骤(2)中得到的应力、电阻与时间的对应关系，得到该时刻的应力值。本发明的特点及效果I、本发明提出的用粘弹性压阻材料监测高速加载后应力变化的两段式标定转换法，其特征在于，本方法不但对电阻松弛不加抑制，反而利用其完成应力测量。
2、如权利要求所述的用粘弹性压阻材料监测高速加载后应力变化的两段式标定转换法，其特征在于，不向基体中添加纳米粉末以减小电阻松弛，从而保证了压敏材料的柔韧性。3、如权利要求所述的用粘弹性压阻材料监测高速加载后应力变化的两段式标定转换法，其特征在于，在标定和编写算法时，都考虑了时间因素，因而从根本上解决了电阻松弛对应力监测精度与响应速度的不利影响。4、如权利要求所述的用粘弹性压阻材料监测高速加载后应力变化的两段式标定转换法，其特征在于，根据敏感材料受力状态的不同，得到两套标定数据，编写两套转换算法，并考虑了时间因素，从而提高了应力监测精度。
具体实施例方式在标定过程中，分别对加载阶段和形变固定阶段进行标定，并编写相应的转换算法；在监测过程中，首先通过电阻的变化，确定压阻材料所处的受力阶段，然后利用相应的标定数据和转换算法得到每一时刻的应力值。I、标定数据获取(I)、对粘弹性压阻材料高速加载至某一形变，记录加载过程中应力与电阻数据，得到加载阶段的标定数据，N1组应力与电阻标定数据分别为P[T(i)]和R[T(i)]，i = 0，1，2，N「l。(2)、在形变固定阶段，记录t < T时刻之前的应力与电阻数据，得到形变固定阶段的标定数据。N2组应力与电阻标定数据分别为O [t(j)]和r[(t(j)]，j = 0，l，2，N2-l，t (N2-I) =T0进而得到相对电阻与相对应力的标定数据分别为O ' [t(j)] = O [t(j)]/ o [t(0)] (I)r' [t(j)] = r[t(j)]/r[t(0)](2)式中，o [(t(0)]和r[(t(0)]分别为形变固定初始时刻的应力和电阻值。相对应力变化值A O ' [t(j)]与相对电阻变化值Ar' [(t(j)]分别为Ao' [t(j)]=l-o' [t(j)] (3)Ar' [t(j)]=l-r' [t(j)](4)应力与电阻对应关系用A o ' [t(j)]与Ar' [ (t (j)]之比k [t (j)]来描述。t 彡 T 时k(t) = A O ' [t(j)]/ Ar' [t (j) ], t (j_l) < t 彡 t (j) (5)t > T 时k(t) = 2k[t (N2_l+n) ]_k[t (N2_2+n) ], t (N2-1+n) < t ^ t (N2+n), n =0，1，2，…(6)2、压阻信号转换通过信号采集系统获取粘弹性压阻材料电阻，设r(t)为t时刻检测到的电阻，r(t')为t时刻之前的t'时刻检测到的电阻。如果[r(t)-r(t' )] > A(A为根据实验确定的用于判断是否进行了加载操作的阈值，A >0)，则表明对压阻材料进行了加载操作，利用查表法，确定r(t)所在区间，如果R[T(i-l)] <r(t) <R[T(i)]，再利用加载阶段的标定数据，得到应力值0⑴为O (t) = P[T(0)] + {r(t)-R[T(0)]} X {P [T (i) ]-P [T (0) ]} X {R[T ⑴]-R[T (0) ]}-1(7)如果[r(t)-r(t' )] < A，则表明粘弹性压阻材料处于形变固定阶段，利用形变固定阶段的标定数据，得到相对应力值O ' (t)为O ' (t) = l-k(t) X [1-r' (t) ] (8)式中，r' (t)为t时刻的相对电阻。最后，由相对应力值O ' (t)与形变固定阶段初始时刻的应力值得到t时刻的应力值。
权利要求
1.一种用粘弹性压阻材料监测高速加载后应力变化的两段式标定转换法，其特征在于，该方法包括以下步骤(I)、对粘弹性压阻材料高速加载至某一形变，记录加载过程中的应力与电阻值，进而得到加载阶段的应力与电阻对应关系；(2)、在加载完成后的形变固定阶段，记录每一时刻的应力与电阻值，进而得到该阶段应力、电阻与时间的对应关系；(3)、 如果某时刻检测到的电阻与上一时刻检测到的电阻的差值超过设定阈值，则表明对粘弹性压阻材料进行了加载，否则表明粘弹性压阻材料处于形变固定阶段；(4)、如果确认粘弹性压阻材料在某时刻处于加载阶段，则首先利用查表法，确定该时刻的电阻值所在的区间，然后利用步骤(I)中得到的应力与电阻对应关系，得到加载阶段的应力值；(5)、如果确认粘弹性压阻材料在某时刻处于形变固定阶段，则利用该时刻的电阻值和步骤(2)中得到的应力、电阻与时间的对应关系，得到该时刻的应力值。
全文摘要
本发明涉及一种用粘弹性压阻材料监测高速加载后应力变化的两段式标定转换法，属于测量技术领域。该方法利用电阻随时间的变化反映应力随时间的变化。在标定中，分别得到加载阶段和形变固定阶段的电阻-应力-时间特性，并分别编写相应的转换算法；在监测中，先通过电阻的变化判定粘弹性压阻材料所处的受力阶段，再用相应的转换算法得到应力值。本发明提出的监测方法，根据受力状态的不同，采用不同的标定方法和转换算法，并考虑了时间因素，从而消除了粘弹性压阻材料电阻松弛对应力监测的不利影响。
文档编号G01L1/18GK102980693SQ201210490389
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者王璐珩, 韩燕燕, 徐传国 申请人:东北大学