非规则曲面表面法向载荷检测装置及其系统的制作方法

本发明涉及物体表面载荷检测领域，尤其涉及一种非规则曲面表面法向载荷检测装置及其系统。

背景技术：

在高速运动的工具(或设备)中，比如飞行器、船舰、潜艇、高速行驶的车辆等，其外壳表面、螺旋桨表面、旋翼叶片表面等均于外界非稳态流动介质发生相互作用，物体与流动介质的接触表面的载荷不但影响机体结构强度，而且影响空气动力学特性。

在上述的设备开过程中，需要对飞行器等设备进行大量的仿真研究和实验测试，对于飞行器、高铁车辆、轿车等产品，一般需要在风洞内进行大量的试验，而对于无法进行风洞实验的产品，则通过经验公式、ANSYS软件等手段分析空气动力学特性和结构强度。

现有技术中，对于高速运动的工具的表面的空气动力学特性测试还没有一种有效的手段，更无法直接体现被测表面受力分布规律，如果在被测设备的表面直接安装力学传感器，则被测表面的流场受到破坏，导致测试结果不准确，从而得到被测表面的载荷分布。

因此，需要提出一种新的测试设备，能够对高速运动的设备(或工具)表面载荷变化进行检测，而且不会破坏设备表面的流场，确保测试结果的准确性，能够得出准确的表面载荷分布，利于产品的研究开发。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种非规则曲面表面法向载荷检测装置，能够对高速运动的设备(或工具)表面载荷变化进行检测，而且不会破坏设备表面的流场，确保测试结果的准确性，能够得出准确的表面载荷分布，利于产品的研究开发；而且能够适应于不同的被测表面，适应性强。

本发明提供的一种非规则曲面表面法向载荷检测装置，包括力敏电阻层、固定敷设于力敏电阻层上表面的上电极层以及敷设于力敏电阻层下表面的下电极层。

进一步，所述下电极层和上电极层包括多个导电片，且每一层上的导电片通过导线连接形成链状结构，且各导线互不相交。

进一步，所述上电极层的导电片为与下电极层导电片链相相互垂直但互不相交的链状结构。

进一步，还包括下隔离层，所述下隔离层位于下电极层的下表面，且下隔离层的下表面与被检测物体的表面贴合。

进一步，还包括上隔离层，所述上隔离层位于上电极层上表面。

相应地，本发明还提供了一种非规则曲面表面法向载荷检测系统，包括检测单元和处理单元；

所述检测单元包括力敏电阻层、固定敷设于力敏电阻层上表面的上电极层以及敷设于力敏电阻层下表面的下电极层，所述上电极层和下电极层均与处理单元的输入端电气连接。

进一步，所述下电极层和上电极层包括多个导电片，且每一层上的导电片通过导线连接形成链状结构，且各导线互不相交；上电极层的各导电片和下电极层的各导电片均与处理单元的输入端连接。

进一步，所述上电极层的导电片为与下电极层导电片链相相互垂直但互不相交的链状结构。

进一步，所述检测单元还包括上隔离层和下隔离层；

所述上隔离层位于上电极层上表面；

所述下隔离层位于下电极层的下表面，且下隔离层的下表面与被检测物体的表面贴合。

进一步，所述处理单元包括选通电路和微处理器，以及显示级数据通信模块，所述选通电路与上电极层和下电极层电气连接，所述选通电路和微处理器连接。

本发明的有益效果：本发明非规则曲面表面法向载荷检测装置，能够对高速运动的设备(或工具)表面载荷变化进行检测，而且不会破坏设备表面的流场，确保测试结果的准确性，能够得出准确的表面载荷分布，利于产品的研究开发；而且能够适应于不同的被测表面，适应性强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的检测装置的剖面结构示意图。

图2为本发明的力敏电阻层及导电极片分布结构示意图。

图3为本发明的电气连接原理图。

其中，1为被测表面，2为下隔离层，3为下电极层，4为力敏电阻层，5为上电极层，6为上隔离层。

具体实施方式

图1为本发明的检测装置的结构示意图，图2为本发明的导电片布置结构示意图，图3为本发明的电气连接原理图，如图所示，本发明提供的一种非规则曲面表面法向载荷检测装置，包括力敏电阻层4、固定敷设于力敏电阻层上表面的上电极层5以及敷设于力敏电阻层下表面的下电极层3；

其中，力敏电阻层为高分子聚合物和磁性颗粒按照设定的比例混合后，在设定的磁场下固化后形成，力敏电阻层的两表面间的电阻与作用于表面的压力之间存在指数关系，并且在一定的压力范围内，电阻变化的灵敏度高；力敏电阻层具有防水、稳定以及耐腐蚀特性，其机械特性、电学特性可以根据固化温度、磁场实现调节；

通过上述结构，能够对高速运动的设备(或工具)表面载荷变化进行检测并输出，而且不会破坏设备表面的流场，确保测试结果的准确性，进而能够得出准确的表面载荷分布，利于产品的研究开发；而且能够适应于不同的被测表面，适应性强。

本实施例中，所述下电极层3和上电极层5包括多个导电片，且每一层上的导电片通过导线连接形成链状结构，且各导线互不相交,所述上电极层5的导电片为与下电极层导电片链相相互垂直但互不相交的链状结构，如图1所示，每一层上的导电片通过导线连接形成行或列式排列结构。

所述上电极层的导电片为与下电极层导电片位置一一对应，各层导电片片间通过导线连接形成行或列结构，上下层电极片构成相互垂直的行列式阵列结构；其中，导电片与连接导线采用相同的材料制备，例如导电胶、导电薄膜等材料，该类型具有良好的贴覆性，提高与橡胶的结合度，利于结构的稳定，连接导线采用与导电片相同的材料构成。

本实施例中，还包括下隔离层，所述下隔离层位于下电极层的下表面，且下隔离层的下表面与被检测物体的表面贴合；还包括上隔离层，所述上隔离层位于上电极层上表面，其中，上隔离层用于隔离外界干扰对本发明的干扰，而下隔离层用于被测表面对本发明的干扰，其中，隔离层采用绝缘橡胶、有机绝缘薄膜或者绝缘漆等材料制成。

为了使本发明能够稳固的贴敷于被测表面，并且不会对流场造成影响，本发明通过如下步骤制成：

S1.在被测表面上涂敷下隔离层；其中，下隔离层可以采用绝缘漆、绝缘橡胶，下隔离层的厚度为1-2mm，既能够保证本发明的结构稳定性，又不会影响检测精度；

S2.在下隔离层上布置下电极层，将下电极层的各导电片通过导线连接成互不相交的链状结构，其中，导电片优选导电胶或者导电薄膜；

S3.在下电极层上方涂敷力敏电阻层；该力敏电阻层采用60％-80％质量分数的镍粉填充导电橡胶液体成型，力敏电阻层在涂敷时为液态粘稠状，在室温条件下涂敷，并且在80℃下凝固成型，这种条件下成型的力敏电阻层的灵敏度高，而且结构稳固；反复涂敷力敏电阻层直至力敏电阻层达到3-8mm厚，尤其以3-5mm厚为最佳；

S4.在力敏电阻层凝固成型后，在力敏电阻层上方布置上电极片，其布置方式与下电极片相同，不同的是：上极片通过导线连接成与下极片链相垂直的行或列式排列结构；

S5.在上电极层上方涂敷与下隔离层材料相同的上隔离层。

相应地，本发明还提供了一种非规则曲面表面法向载荷检测系统，包括检测单元和处理单元；

所述检测单元包括力敏电阻层、固定敷设于力敏电阻层上表面的上电极层以及敷设于力敏电阻层下表面的下电极层，所述上电极层和下电极层均与选通电路的输入端电气连接；通过上述结构，能够对高速运动的设备(或工具)表面载荷变化进行检测并输出，而且不会破坏设备表面的流场，确保测试结果的准确性，进而能够得出准确的表面载荷分布，利于产品的研究开发；而且能够适应于不同的被测表面，适应性强。

本实施例中，所述下电极层和上电极层包括多个导电片，且每一层上的导电片通过导线连接形成链状结构，且各导线互不相交；上电极层的各导电片和下电极层的各导电片均与处理单元的输入端连接；所述上电极层的导电片为与下电极层导电片行或列式排列结构，上下导电片构成相互垂直的阵列式结构。

本实施例中，所述检测单元还包括上隔离层和下隔离层；

所述上隔离层位于上电极层上表面；

所述下隔离层位于下电极层的下表面，且下隔离层的下表面与被检测物体的表面贴合。

本实施例中，所述处理单元包括选通电路和微处理器，所述选通电路与上电极层和下电极层电气连接，所述选通电路和微处理器连接，其中，选通电路可采用由高速开关MOS管构成，微处理器通过PWM波实现对选通电路的控制，选通电路采集各导电片输出的检测信号，微处理器根据检测信号得出各点的电阻值，然后在显示器或者上位机中绘出被测表面的载荷分布。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。