自校准聚合物纳米复合物（PNC）传感元件的制作方法

自校准聚合物纳米复合物(pnc)传感元件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年6月12日申请的、代理人案卷no.g0766.70312us00、发明名称为“自校准聚合物纳米复合物(pnc)传感元件”的美国临时申请序列no.63/038,551的权益，其全部内容通过引用并入本文。
3.联邦资助的研究或开发
4.这项发明是在美国空军授予的合同号为fa8649-20-9-9068的政府支持下完成的。政府对这项发明有一定的权利。
技术领域
5.本技术一般涉及传感器，特别涉及电阻传感器的测量。


背景技术：

6.传感器是有时用于感测各种环境条件或结构健康条件的设备。环境或结构传感器感测感兴趣的状态并以有线或无线方式与读取器装置通信。可以部署多个传感器来监测结构或环境的多个空间位置，并且这些传感器也可以被称为传感器节点。
7.当目标材料暴露于某些环境条件时，传感器内的目标材料的一个或多个状态可以改变。例如，当在一段时间内暴露于特定温度、机械振动、湿度或湿气条件时，目标材料可受到腐蚀，使得目标材料的物理和化学特性可能在相同的时间内发生变化。作为另一示例，裂纹传感器中的目标材料可经受反映车辆(例如飞机)内结构部件的机械应力，使得目标材料的一个或多个物理特性可响应于被监测部件的结构健康状况的变化而改变。传感器设备可用于监测目标材料的状态。
8.有时，传感器使用无线收发器和传感器中包括的天线与读取器通信。传感器使用外部或电池供电的能量源来操作收发器和/或传感器的其他部件。


技术实现要素：

9.本技术的各方面允许测量感测元件中的电阻膜的校准电阻，从而可以减少或消除由于诸如温度、应变或老化等因素引起的接触电阻和背景电阻漂移的影响。在一些实施例中，通过在电阻膜上的多个电极对之间进行多个双端电阻测量，可以确定电阻膜的参考部分的接触电阻无关电阻。此外，可以基于电极对之间的多个双端电阻测量来确定电阻膜的感测部分的接触电阻无关电阻。可以从感测部分的测量电阻中去除参考部分的电阻，从而可以补偿非由感测环境条件引起的参考部分电阻的变化。
10.根据一些实施例，提供了一种自补偿传感器。自补偿传感器包括感测元件。传感元件包括聚合物纳米复合物(pnc)膜。自补偿传感器还包括：设置在所述感测元件上的多个电分支点；测量电路，耦合到所述多个电分支点。测量电路被配置为：测量从所述多个电分支点中选择的多对电分支点之间的多个电阻值；基于所述多个电阻值计算邻近所述感测部分的所述pnc膜的参考部分的第二电阻；基于所述多个电阻值计算邻近所述感测部分的所述
pnc膜的参考部分的第二电阻；和通过比较所述感测部分的第一电阻和所述参考部分的第二电阻来确定补偿电阻。所述补偿电阻指示感测环境条件。
11.根据一些实施例，提供了一种使用感测元件来感测结构的结构健康状况的方法。所述感测元件包括电阻膜和与所述电阻膜电接触的多个线性布置的电极。所述方法包括：测量从所述多个线性布置的电极中选择的多对电极之间的多个电阻值；基于所述多个电阻值，计算所述电阻膜的感测部分的接触电阻无关电阻值；基于所述多个测量的电阻值，计算所述电阻膜的参考部分的接触电阻无关电阻值；和通过组合所述感测部分的电阻值和所述参考部分的电阻值来确定补偿电阻值，使得所述补偿电阻指示结构健康状况。
12.根据一些实施例，提供了一种传感器。传感器包括：电阻膜，具有感测部分和与所述感测部分相邻的参考部分；多个线性布置的电极，包括接触所述感测部分的第一对电极和接触所述参考部分的第二对电极；测量电路，耦合到所述多个线性布置的电极。测量电路被配置为：测量从所述多个电极中选择的多对电极之间的多个电阻值；基于所述多个电阻值，计算所述感测部分的接触电阻无关电阻值；基于所述多个测量的电阻值，计算所述参考部分的接触电阻无关电阻值；和通过组合所述感测部分的电阻值和所述参考部分的电阻值来确定补偿电阻值。
附图说明
13.将参考以下附图描述本技术的各个方面和实施例。应当理解，这些数字不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在其出现的所有图中用相同的附图标记表示。在附图中：
14.图1是根据一些实施例的示例性传感器的示意图；
15.图2a是根据一些实施例的示例性感测元件的示意性俯视图；
16.图2b是示出表示图2a所示的感测元件的等效电路的示意电路图；
17.图2c是根据一些实施例的具有五个电极的示例性感测元件的示意性俯视图；
18.图3a是根据一些实施例的示例性感测元件的示意性俯视图；
19.图3b是示出表示图3a所示的感测元件的等效电路的示意电路图；
20.图4a是根据一些实施例的示例性pnc感测元件和若干测量配置的示意性俯视图；
21.图4b是示出根据一些实施例的使用四个双端电阻测量来获得电阻膜区域的接触电阻无关电阻的示例性方法的表；
22.图5a是图4a的示例性pnc感测元件的示意性俯视图，其中测量配置示出了电极对的九种可能排列；
23.图5b是示出根据一些实施例的使用四个双端电阻测量来获得电阻膜的几个区域的接触电阻无关电阻的示例性方法的表；
24.图6a是示出对于四个不同的给定实际裂纹尺寸，预测裂纹长度作为测试电阻r的误差的函数的表；
25.图6b是对于图6a中的表中总结的四个实际裂纹尺寸，传感器测量中预测的裂纹长度噪声基底与测量噪声(以百分比表示)的数据图；
26.图7a和7b示出了如本文所述的传感器用于飞行器感测的示例性应用；
27.图8是根据非限制性示例的示例性pnc感测元件的示意性俯视图。
具体实施方式
28.本发明的方面涉及一种基于电阻传感元件的自补偿传感器，所述电阻传感元件具有聚合物纳米复合物(pnc)膜和与pnc膜上的各个点接触的多个电极。本技术的一个目的涉及可影响电阻环境传感器中电阻的精确测量的两个因素。本发明人已经认识到并意识到，当使用电阻膜来感测环境条件(例如腐蚀状态或结构裂纹长度)时，无论环境条件如何，测量的电阻值都可受到电阻器本身的材料特性的影响。此外，测量的电阻值可在很大程度上受到pnc膜和相应电极之间的接触电阻的影响。
29.本技术的实施例提供了解决测量电阻值的这两种影响的解决方案。在一些实施例中，通过在电阻条上的各种电极对之间进行多个双端电阻测量，可以确定pnc膜的参考部分的接触电阻无关电阻。此外，pnc膜的感测部分的接触电阻无关电阻可以基于电极对之间的多个双端电阻测量来确定。可以从感测部分的测量电阻中去除参考部分的电阻，使得可以补偿非由感测环境条件引起的参考部分电阻的变化。
30.本技术的一些方面允许测量感测元件中的电阻膜的校准电阻，从而可以减少或消除由于诸如温度、应变或老化等因素引起的接触电阻和背景电阻漂移的影响。
31.根据本技术的一些方面，传感器中的感测元件具有电阻膜，其中电阻膜的至少一部分的电阻值可以指示感测状态。例如，电阻膜的一部分可暴露于机械应力或腐蚀环境，并且其电阻值可表示结构健康状态、腐蚀状态或侵蚀状态。本发明人已经认识到并意识到，传感器设备中的电阻膜的电阻在一段时间内可受到背景漂移的影响，并且测量的总信号可以包括叠加在背景漂移上的传感器信号。背景漂移可由例如与目标材料所处环境无关的内部温度和湿度变化引起。此外，在电阻传感器中，电阻膜到接触结的电阻增加双端电阻测量的偏置误差，这使得难以准确测量电阻膜本身的电阻，并且难以准确测量由于感测条件的变化而导致的电阻膜电阻的变化。
32.电阻膜传感器的校准可以校正传感器背景漂移。一种方法是在同一传感器设备内提供两个单独的电阻臂，其中一个电阻臂用作参考电阻器。两个电阻臂经受相同的背景漂移以有效地减去共同的背景漂移，同时强调来自暴露于感测环境的两个电阻中的一个的期望的传感器信号，从而增加信号与背景的比率，而不需要使传感器设备离线以执行校准。美国专利no.10,502,676、代理人案卷号g0766.70124us00中描述了这种方法的一个示例，其公开内容通过引用并入本文中。
33.本技术的发明人已经认识到并意识到，可以提供具有单片电阻膜的感测元件，该单片电阻膜在电阻膜上的多个接触点处经由多个电极进行电接触。电阻膜具有限定在相邻接触点之间的多个区域，并且可以操作感测元件以通过去除接触电阻的贡献来精确地获得电阻膜的一个或多个区域的电阻值。其中一个区域可以具有代表感测条件的电阻变化，而另一个区域则可以是基准电阻器，以校准或补偿背景漂移的影响，而不必依赖基准电阻器作为单独的部件。因此，如本文所述的感测元件可以被称为自校准或自补偿感测元件。
34.根据本技术的一个方面，使用通过接触点对的各种组合进行多次测量的方法来实现精确的电阻测量。在一些实施例中，该方法包括测量从多个电极中的至少四个电极中选择的电极对之间的电阻值，并基于测量的电阻值计算代表感测条件的电阻膜的校准电阻。
35.下面进一步描述上述方面和实施例以及附加方面和实施方式。这些方面和/或实施例可以单独使用、全部一起使用，或者以两个或更多个的任意组合使用，因为本技术在这
方面不受限制。
36.图1是根据一些实施例的示例性传感器的示意图。图1示出了具有测量模块16、传感元件100、连接器18和传感元件100的传感器10。测量模块16通过连接器18耦合到传感元件100，连接器18可以是电缆，例如柔性带状电缆，同时也可以使用可提供电通信的其他合适的连接器。传感器10还可以具有一个或多个天线12，用于从诸如读取器的外部设备发送和接收功率和数据信号。测量模块16可以包括壳体，并且指示器14可以设置在壳体的外部，以向操作员提供视觉反馈。指示器14可以包括例如一个或多个发光二极管(led)。
37.传感元件100包括电阻膜110和多个与电阻膜110接触的电极120。多个电极120形成设置在传感元件100上的与连接器18相接的多个电分支点。电极120可以通过例如在电阻膜110的表面上沉积诸如au或cu的金属条来形成。在一些实施例中，电阻膜可以包括聚合物纳米复合物(pnc)，并且可以称为pnc膜。在非限制性示例中，pnc膜可以包括碳纳米管(cnt)。在示例性pnc膜中，cnt可以均匀地分散通过一定体积的聚合物，设置在片材或膜中，同时也可以使用pnc膜内的其他形式的混合cnt。
38.如图1所示，电极120以线性阵列布置在电阻膜110上，并且具有6个电极。然而，应当理解，图1仅示出了说明性示例，并且在一些实施例中，可以有少于6个电极，例如5个电极。在一些实施例中，可以使用多于6个电极。
39.虽然在图1中未示出，但非导电层可以设置在传感器的底表面上，例如测量模块16的表面上，和/或感测元件100的底表面，以提供与正由传感器监测的主体材料或结构的改进的电隔离和改进的粘附性。非导电层可以附加地或可选地设置在传感器的顶表面上，以提供与周围环境的改进的电隔离和污染隔离。
40.传感器10可以被无线地供电和询问，并用于感测结构的结构健康状况，作为无线完整性感测平台(wisp)的一部分。wisp的例子描述于2019年2月5日提交的、代理人案卷号g0766.70274us00、发明名称为“使用纳米结构传感材料的飞机结构健康监测(shm)集成射频供电平台”的美国专利申请序列no.16/268,437(公开为美国专利公开no.2020/0247562al)，其公开内容通过引用全部并入本文。
41.图2a是根据一些实施例的示例性感测元件200的示意性俯视图。如图2a所示，电阻膜210的电接触由六个电极220形成，每个电极分别带有标签l、m、n、x、y和z。在图2a中，电极220被成形为薄条，其在带有标签a、b、c、d和e的相邻电极之间限定电阻膜210的区域。
42.图2b是示出表示图2a所示的感测元件的等效电路的示意电路图。可以测量区域的电阻并将其与主体材料或结构的物理性质或主体材料或组织的环境相关。例如，感测元件200可以是结构健康监视器，并且如图2a所示的感测元件的区域c可以是附接到结构并且受到结构的相同物理约束的感测部分，使得区域c中的电阻变化可以用于计算结构性质的变化，例如应变或开裂的发生。在一些实施例中，感测元件200的区域的电阻测量值可以与主体材料或结构的损伤程度、缺陷程度或剩余使用寿命(rul)相关。在一个非限制性示例中，区域的电阻测量值可以与材料中生长的裂纹的长度相关。
43.图3a是根据一些实施例的示例性感测元件300的示意性俯视图。感测元件300在许多方面与图2a中的感测元件200相似，具有用相同的附图标记标记的相似部件。
44.图3b是示出表示图3a所示的感测元件的等效电路的示意电路图。感测元件300可以是见证腐蚀感测元件，其中区域c涂覆有诸如电镀cu的腐蚀敏感材料。在该实施例中，区
域c的电阻测量值(以下称为rc，类似地，对于按字母顺序标记的其他区域的电阻)可以与区域c暴露于腐蚀环境的程度相关。
45.返回参考图2a，在区域c是具有代表主体材料的感测条件的电阻的感测部分的实施例中，不受感测条件影响的另一区域可以是参考部分或参考区域，其电阻可以用于补偿电阻膜中的背景漂移。例如，由于区域b和c是相同电阻膜的一部分，因此它们的电阻值受到相同材料和/或制造可变性的影响，并且由于机械和/或环境因素(例如应变或温度变化或整个电阻膜的老化)而成比例变化。在其中电阻膜210的特性在x-y平面上不均匀的一些实施例中，与例如区域a相比，区域b可以更优选地被选为参考部分，因为区域b被设置得更靠近区域c处的感测部分，因此更准确地反映区域c处底层膜材料的电阻。
46.可以以任何合适的方式定义和测量区域的电阻值。例如，区域c的电阻值可以是沿x方向在电极n和x之间的左侧范围和右侧范围上测量的以欧姆为单位的电阻。如果电阻膜210的厚度和电阻率在区域c上基本均匀，则其电阻值也可以用ohm/sq的平方电阻来表征。此外，可以使用区域c的计算电阻率。
47.发明人已经认识到并意识到，当试图测量区域c的电阻值时，测量图2中电极n和x之间的双端电阻的传统方法将产生夸大的r
nx
＝rn+rc+r
x
，其中rc是区域c处电阻膜的实际电阻，rn和r
x
分别是电极n到电阻膜之间和电极x到电阻膜的两个接触点处的接触电阻。rn和rc是不一定彼此相等的未知值。本技术的一个方面涉及一种方法，该方法使用多个选定电极对处的多个双端电阻测量值来提取与接触电阻无关的校准或补偿电阻值，即，没有接触电阻的任何贡献。
48.在图2a中，可以以任何合适的方式选择部件的尺寸，例如电极220和电阻膜210的区域a-e在x和y方向上的宽度。图2a示出了在使用感测元件200的感测操作期间，每个区域a-e沿着x方向或沿着电阻膜210内的电流流动方向具有各自的宽度wa、wb、wc、wd和we。在一些实施例中，提供了传感器，并且补偿区域的宽度大于侧区域的宽度。例如，在一些实施例中，区域c用作感测部分，区域b用作参考部分或补偿区域，并且其宽度wb大于与电阻膜210的外边界相邻的侧区域wa。在非限制性示例中，wc为12.5mm，wb为2.5mm，wa为1.5mm，并且wd和we中的每一个为1.5mm，但也可以使用其他尺寸。应当理解，相同的尺寸考虑可以应用于示出电极布局的其他图(图2c、3a、4a、5a)。
49.图2c是根据一些实施例的具有五个电极的示例性感测元件2001的示意性俯视图。传感元件2001在许多方面与图2a中的传感元件200相似，其中去除了电极z，使得电阻膜210上仅使用了五个电极。在一些实施例中，传感元件2001的区域c可以用作传感部分，而区域b用作参考部分，如上文结合图2a所讨论的。应当理解，虽然本公开中的其他附图示出了电阻膜上的六个电极，但是本技术的方面不需要六个电极并且整个申请中示出的示例可以在仅具有五个电极的替代实施例中实现。
50.图4a是根据一些实施例的示例性pnc感测元件400和若干测量配置的示意性俯视图。图4a的插图显示了区域d处pnc膜表面的两个扫描电子显微镜(sem)图像，其显示了具有峰和谷的不均匀表面形貌。特别是，sem图像的左侧面板显示cnt聚集在某个区域上，导致表面不均匀。sem图像的右侧面板显示了被成像表面上的峰和谷。不均匀的表面形貌可在电极l、m、n、x、y、z与pnc膜之间产生不可忽略的接触电阻，这可以使用本文描述的方法来补偿。
51.可以使用任何合适的测量设备(例如图1中的测量模块16)测量两个电极的任意组
合之间的双端电阻。可以基于欧姆定律进行测量，例如通过测量施加在两个电极上的静态电压与流过其中一个电极的电流的比率。图4a示出了用于两个端子电阻测量对1、对2、对3和对4的电极对的四种可能排列。
52.图4b是示出根据一些实施例的使用四个双端电阻测量来获得电阻膜区域的接触电阻无关电阻的示例性方法的表。图4b示出了在图4a中的对1处测量的电阻将是r1＝r
l
+ra+rm。该方法继续测量另外三对电阻，以获得r2＝r
l
+ra+rb+rn；r3＝rm+rb+rc+r
x
；’r4＝rn+rc+r
x
。使用四个公式并通过消除变量，可以找到rb＝(r2+r3-rl-r4)/2。因此，可以获得参考电阻器区域b的接触电阻无关电阻，而无需知道任何电极到电阻膜接触的准确接触电阻。
53.在图4a所示的实施例中，pnc感测元件400的区域c暴露于主体材料或结构。因此，与接触电阻无关的电阻rc是目标的测试电阻r，其将基于感测到的条件改变值。区域c的接触电阻无关电阻可在进行四次双端电阻测量并将结果组合以消除接触电阻之后获得，并与区域的基线电阻进行比较。
54.根据本技术的一个方面，区域c的基线电阻ro可以通过使用ro＝rb×
af对rb进行平均和归一化来创建，其中af是表示区域c和区域b之间的几何比率的面积因子或几何因子。
55.进一步根据一个方面，区域c的接触电阻无关电阻可以在进行四次双端电阻测量之后获得，并将结果组合以消除接触电阻。
56.图5a是图4a的示例性pnc感测元件的示意性俯视图，其中示出用于双端电阻测量1-9的电极对的九种可能排列的测量配置，并且图5b是示出根据一些实施例的使用四个双端电阻测量来获得电阻膜的几个区域的接触电阻无关电阻的示例性方法的表。
57.图5b示出了区域b的接触电阻无关电阻可以通过rb＝(r2+r4-rl-r5)/2获得，区域c的接触电阻无关电阻可以通过rc＝(r6+r8-r5-r9)/2获得，并且区域d的接触电阻无关电阻可以通过rd＝(r4+r6-r3-r7)/2获得。
58.在图5a所示的特定示例中，pnc感测元件400的区域c暴露于主体材料或结构。因此，接触电阻无关电阻rc是目标的测试电阻r，其将基于感测到的条件改变值。然而，由于感测元件400中pnc膜固有的背景漂移，rc也会发生变化。为了校准rc以消除背景漂移效应，可以使用来自区域b和d的rb和rd作为补偿rc的参考电阻值，这些区域b和区域d不根据感测条件而变化。
59.根据本技术的一个方面，可以通过使用ro＝(rb+rd)
×
af/2对rb和rd进行平均和归一化来创建基线电阻ro，其中af是表示区域c和区域b或d之间的几何比率的面积因子或几何因子。例如，如果b在x方向上的长度是c的两倍，预计c的基线电阻将是b的两倍，并且面积因子将是2.0以将rb转换为rc。如果对于区域b和c，诸如宽度、厚度和/或电阻率的因素不相同，但在测量之前可以确定，则可以在感测元件的制造期间确定这些因素，并将其作为比例因子并入af。平均两个参考电阻rb和rd将减少pnc膜在x方向上的制造可变性的影响，同时也可以不使用两个以上参考电阻的平均或平均化。
60.应当理解，区域b和d不需要大小相同，并且可以对每个区域使用独特的面积因子afb和afd，以获得平均和归一化的基线ro＝(rb×
afb+rd×
afd)/2。
61.在一个非限制性示例中，已经获得了区域c的基线电阻ro和测试电阻r，在一个示例中，校准电阻可以获得为r/ro＝2rc/af
×
(rb+rd)。在本例中，校准或补偿的电阻为定标值，并且如果r与基线ro相同，则为100％。由于检测到的条件而导致的r变化将导致r/ro变
化，以表示检测到的情况的变化。另一方面，电阻中的任何背景漂移将在r和ro中完全抵消，并且不会影响r/ro。
62.图5b还示出了当pnc膜的区域c中的结构变化反映传感器所连接的主体材料中的裂纹时，使用校准电阻监测裂纹的应用的示例性计算。在该示例中，裂纹长度参数a可以计算为a＝sqrt(2rc/af
×
(rb+rd)-l)＝sqrt(r/r
o-l)。
63.图6a显示，对于给定的实际裂纹尺寸，r中的％误差越高，实际裂纹尺寸与预测裂纹长度之间的偏差越大。可以看出，对于1％的rs，几乎没有偏差，但10％的偏差开始变大，预测裂纹长度不再准确反映实际裂纹长度。对于一阶，预测裂纹长度和实际裂纹长度之间的相对误差与rs/ro的一半成比例，因此如果寄生电阻为总电阻的10％，则预测裂纹长度将有5％的误差。
64.图6a中的预测裂纹长度值是通过假设1kohm量规和20mm增益因子(gf)来计算的，尽管这样的传感器配置仅仅是示例，并且本技术的方面不限于此。gf可由定义，其中gf是传感器几何因子，并且δr是测量电阻与基线电阻的差值或电阻变化。该方程可用于将δr/r从阻力映射到裂纹长度。例如，裂纹长度
65.图6b是对于图6a中的表中总结的四个实际裂纹尺寸，传感器测量中预测的裂纹长度噪声基底与测量噪声(以百分比表示)的数据图。测量噪声或δr/r可能代表测量电阻的相对不确定性，这会引入系统噪声或预测裂纹长度的不确定性。图6b示出了这种对应关系，并且示出了对于给定的实际裂纹尺寸，例如1mm，测量噪声越高，预测裂纹长度的噪声或不确定性越高。裂缝长度噪声可以被称为噪声基底，因为预测的裂缝长度将仅精确到基线周围的噪声基底范围内。
66.应当理解，也可以使用确定a和r的其他形式。在图4a中的区域c用作感测部分，区域d用作参考部分的一些实施例中，归一化测试电阻r也可以计算为其中rc和rd分别是区域c和d的接触电阻无关电阻，并且r
c0
和r
d0
是各个区域的基线电阻。本技术的各方面也可以以其他合适的形式应用，以基于r计算裂纹长度参数a。例如，在一些实施例中，根据经验确定a的方程。在一些实施例中，a的方程包括归一化测试电阻r的一个或多个多项式。例如，作为r函数的裂纹长度的经验分析可导致识别两者之间的多项式关系。所确定的关系可用于随后的裂纹长度计算，作为r的函数。
67.图8是根据非限制性示例的示例性pnc感测元件800的示意性俯视图。传感元件800包括设置在具有区域a、c、d和e的电阻膜810上的五个电极m、n、x、y、z以及引脚p1、p2、
…
p7。引脚p1-p5电连接到各个电极m、n、x、y、z，用于与用于测量电极对之间的电阻的测量模块(例如图1所示的测量模块16)接口。例如，可以使用诸如但不限于p6和p7的附加引脚来互连感测元件800和测量模块16之间的电源、接地和/或i/o数据。在图8的示例中，电阻膜810的区域c用作感测部分，而区域d用作参考部分。本技术中讨论的方法可用于测量感测部分的校准电阻。
68.图7a和7b示出了如本文所述的传感器用于飞行器感测的示例性应用。图7a示出了
飞行器700和多个传感器702。图7a是透视图。图7b是飞机的底视图。
69.在该非限制性实施例中，所示的飞行器700是飞机。然而，其他飞行器可使用本文所述类型的传感器，用于飞行器的结构健康监测。例如，火箭、航天飞机、无人机、滑翔机、卫星或其他飞行器可以使用本文所述的传感器和传感技术。因此，飞机的性质不是限制性的。
70.传感器702可以是纳米结构传感器。它们可以包括智能传感材料，例如纳米结构传感层。纳米结构感测层可以包括纳米结构材料，例如碳纳米管(cnt)。在一些实施例中，纳米结构传感元件可以包括嵌入聚合物基质中的cnt。智能感测材料可以响应于被感测结构(例如飞行器)的状态变化而改变。
71.传感器702可以感测表示飞行器状态的永久变化的条件。例如，传感器702可以是被配置为感测飞机的腐蚀状态的腐蚀传感器。传感器702可以是疲劳裂纹传感器，被配置为感测飞行器的裂纹。飞行器700可以具有多种类型的传感器，例如腐蚀传感器和疲劳裂纹传感器，或者可以通过经历状态的永久变化来操作以模拟被监视飞行器的状态变化的其他传感器。
72.飞行器700可以包括任何合适数量的传感器702。在一些实施例中，可以包括一个或多个传感器702。
73.除上述之外，本技术的一些新颖方面总结如下。
74.在一些实施例中，提供了一种传感器，其包括聚合物纳米复合物(pnc)感测元件和多于两个的电断开点。传感器测量值与pnc感测元件的电阻变化相关，并且通过通过各种组合的电分支点对进行多次测量来实现自补偿，以考虑材料和/或制造可变性以及由于机械和/或环境因素(例如应变或温度变化或老化)引起的变化。
75.在一些实施例中，非导电层设置在传感器的底表面上，以提供与主体材料或结构的改进的电隔离和改进的粘附性。在一些实施例中，非导电层设置在传感器的顶表面上，以提供与周围环境的改进的电隔离和污染隔离。
76.在一些实施例中，电阻测量与主体材料或结构的物理性质相关。在一些实施例中，电阻测量与主体材料或结构的环境相关。在一些实施例中，电阻测量与主体材料或结构的损伤程度、缺陷程度或剩余使用寿命(rul)相关。在一些实施例中，电阻测量与暴露于腐蚀环境的程度相关。在一些实施例中，电阻测量值与在材料中生长的裂纹的长度相关。
77.在一些实施例中，提供了一种自补偿聚合物纳米复合物(pnc)感测元件，其包括多个触点和多个pnc区域。多触点和pnc区域用于收集电阻测量的各种组合，以实现自补偿。
78.在一些实施例中，执行自补偿以考虑由于机械和/或环境因素引起的制造可变性和变化。这种变化可是由于机械和/或环境因素造成的。这种变化可能是由于机械和/或环境因素，例如温度、应变和/或老化中的任何一种。
79.在一些实施例中，一些pnc区域用于估计接触到pnc的电阻，而另一些用于感测。在一些实施例中，聚合物纳米复合物区域可被功能化以用于不同的结构健康监测(shm)传感任务。在一些实施例中，感测区域可以被铜电镀以产生见证腐蚀感测元件。在一些实施例中，感测区域可以保持原始或作为暴露的pnc材料，以创建裂纹感测元件。
80.在一些实施例中，提供了一种用于自补偿传感器的方法。该传感器包括聚合物纳米复合物(pnc)传感元件和多于2个的电分支点。传感器测量值与pnc感测元件的电阻变化相关，并且通过通过各种电分支点对的组合进行多次测量，可以实现自补偿，以考虑材料
和/或制造可变性以及由于机械和/或环境因素(例如应变或温度变化或老化)引起的变化。
81.在一些实施例中，电阻测量与主体材料或结构的物理性质相关。电阻测量可与损伤程度、缺陷程度或主体材料或结构的剩余使用寿命(rul)或暴露于腐蚀环境的程度相关。
82.术语“近似”和“大约”可用于表示在一些实施例中在目标值的
±
20％以内，在一些实施方案中在目标数值的
±
10％以内，在某些实施方案中是在目标数值
±
5％以内，但在一些实施方式中是在目标数值的
±
2％以内。术语“近似”和“大约”可能包括目标值。