一种集成化的大面积柔性压电夹层传感网络的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种集成化的大面积柔性压电夹层传感网络，属于航空结构健康监测
技术领域。
【背景技术】
[0002] 压电敏感元件具有灵敏度高、工作频带宽、动态范围大等优点，已在结构健康监 测的研究中得到了广泛的应用。由于对裂纹、脱层等小损伤敏感，基于压电敏感元件与 Lamb波主、被动诊断技术的结构健康监测方法是目前最行之有效的技术方法之一。在对 大尺寸结构实施大面积监测时，往往需要较多数目的压电敏感元件W传感网络的形式工 作。然而，在实验室研究中，传感器大多W手工方式布置，在实际应用时存在W下问题： r逐个布置压电敏感元件的方法难W保证各个传感器性能的一致，其稳定性、电气特性W 及使用寿命等方面难W控制；艺传感器引线较多，尤其对压电敏感元件来说，其工作在高 频状态下，必须使用屏蔽线，单独引线，会造成较多的引线附加重量；夏压电敏感元件的布 置效率低。
[0003] 压电智能夹层概念的提出为上述问题的解决提供了很好的思路，其思想是将压电 敏感元件按照一定工艺封装在柔性印刷电路板中，并用印刷线路代替普通导线连线，通过 一个信号接口输出，使用时可将带有压电敏感元件的智能夹层直接布置在结构上。压电智 能夹层的优点在于：①保证了生产工艺对各传感器性能影响的一致性；②传感器的连线预 制在传感层内最终通过一个标准接口输出，简化了传感器的引线，降低了其对结构的影响； ③简化压电敏感元件的布置，提高布置效率；④可W针对不同应用对象，对压电智能夹层的 形式进行设计。
[0004] 目前在结构健康监测应用中采用的压电智能夹层主要呈现设计单一形式、尺寸较 小W及只考虑单个夹层的抗干扰设计等特点。如图1所示为某常规压电夹层的示意图，该 夹层包含3个压电敏感元件及相应的3条信号线路和1条共用的信号回路，通过一组信号 接口输出传感信号。当对结构进行健康监测时，往往需要采用多个常规夹层分散布置，通过 大量引线连接到监测系统组成传感网络的方式对结构进行健康监测。然而近年来，机械结 构，尤其是航空结构不断朝着大尺寸、高复杂形式的方向发展。采用上述组网方式构成的传 感网络在对大尺寸航空结构进行健康监测时会出现W下问题： (1)布置困难。现代航空结构存在尺寸大、结构形式复杂等特点，同时为了保证航空器 的气动特性，不允许在航空结构外表面布置传感器，只能布置在内部，该样会带来一系列布 置上的困难。W飞机机翼结构的损伤监测为例，传感器需要布置在蒙皮的内表面，该样往往 会遇到梁、翼肋、衍条、加强筋及螺钉孔等结构形式。传感器在布置时既要避开该些结构，又 要能够覆盖机翼蒙皮上该些结构所在的区域，单一形式夹层及分散布置的方式很难同时满 足该两点。如采用图1所示的夹层布置在结构中，在遇到密闭结构形式时可能需要打孔才 能引出信号线，该在航空结构上往往是不允许的。
[0005] (2 )引线复杂、附加重量大。上述复杂飞机结构形式还会严重阻碍传感器引线在结 构中的传递，例如在其传递路径上存在翼肋、密闭区域等引线无法直接通过的结构形式时， 引线只能绕行或从反方向引出。在单一夹层组网监测中，多个夹层分散布置既会增加传感 器引线布置的复杂度，又会使得需要的引线长度大大变长。然而，飞机对监测系统重量有着 很严格的限制，该种布置方式需要的引线的重量可能达到几千克，对于航空结构健康监测 来说是不可接受的。
【发明内容】
[0006] 本发明提出了一种集成化的大面积柔性压电夹层传感网络，克服现有多个单一形 式夹层分散组网监测中存在的不足，实现针对大尺寸复杂结构健康监测应用的集成化大面 积柔性压电夹层传感网络设计，可在满足应用需求的同时，简化压电传感网络引线布置，降 低引线重量，提高压电传感信号的准确性和一致性。
[0007] 本发明为解决其技术问题采用如下技术方案： 一种集成化的大面积柔性压电夹层传感网络，包括如下步骤： (1)根据结构的监测部位、监测对象和采用的监测方法设计功能夹层，该夹层上还包含 用于组成大面积柔性压电传感网络的集成接口； (2 )再根据各功能夹层的集成接口形状W及夹层结构形式设计接口夹层，接口夹层上 包含两种接口：集成接口和信号输入输出接口，其中集成接口用于连接各功能夹层，信号输 入输出接口用于实现整个网络的信号的统一输入输出； (3)将各功能夹层与接口夹层集成在一起，形成一个能够有效覆盖结构监测范围的集 成化大面积柔性压电夹层传感网络。
[0008] 所述步骤（1)中功能夹层为能够满足结构各部位监测需求、包含压电敏感元件的 夹层。
[0009] 所述步骤（2)中接口夹层为能够连接、集成各功能夹层并统一输入输出网络信号 的夹层。
[0010] 所述步骤（3)中功能夹层和接口夹层的集成通过连接二者的集成接口实现，采用 焊接或导电胶的连接方式。
[0011] 所述步骤（3)中功能夹层和接口夹层的集成通过连接二者的集成接口实现，采用 直接对接的连接方式。
[0012] 本发明具有W下有益效果： (1) W-个集成压电夹层传感网络代替多个相互独立的单一夹层，网络可一次布置完 成，保证了网络中各个压电敏感元件性能的一致性，并提高了传感器的布置效率。
[0013] (2 )设计灵活，能够在满足大尺寸复杂结构健康监测应用需求的同时，简化压电传 感网络引线布置，降低引线重量。
【附图说明】
[0014] 图1为常规压电夹层的示例图。
[0015] 图2为需要进行结构健康监测的复合材料蒙皮结构。
[0016] 图3为针对被监测结构设计的集成化的大面积柔性压电夹层传感网络的示意图。
[0017] 图4为单一形式的功能夹层的示意图。
[0018] 图