一种用本征柔性压敏器件测量应力松弛的方法

文档序号:31053913发布日期:2022-08-06 10:12阅读:61来源:国知局

1.本发明属于传感技术领域,特别涉及到狭小曲面层间应力松弛测量。


背景技术:

2.现代工业设备的关键部件存在狭小曲面层间结构,为确保系统安全,需要测量狭小曲面层间的应力松弛。由于层间间隙狭小、接触面不规则,因此,亟需传感器具有柔性。而导电高分子复合材料具有压阻特性和本征柔性,因此,基于这种材料的本征柔性压敏器件有潜力用于狭小曲面层间应力松弛测量。然而,由于导电高分子复合材料具有粘弹性,因此本征柔性压敏器件阻抗的变化特性非常复杂,这将导致现有技术难以判断压敏器件所处的受力状态从而无法实现应力松弛测量。因此,如何能够利用本征柔性压敏器件阻抗变化判断受力状态进而实现应力松弛测量是目前亟需解决的难题。


技术实现要素:

3.本发明的目的是为克服现有技术的不足之处,提出一种用本征柔性压敏器件测量应力松弛的方法,包括以下步骤:
4.在标定过程中,将本征柔性压敏器件置于承载平台与加载装置之间,通过改变加载装置与承载平台之间的距离对本征柔性压敏器件施加载荷,所述施加载荷过程包括加载阶段和松弛阶段,用阻抗分析仪记录本征柔性压敏器件阻抗在未施加载荷阶段、加载阶段和松弛阶段的变化数据;分别确定用于判断是否施加载荷的时间步长和用于判断是否进入松弛阶段的时间步长,进而将所述用于判断是否施加载荷的时间步长内本征柔性压敏器件阻抗的变化值作为阻抗变化量,将由施加载荷引起的最小阻抗变化量作为阈值阻抗变化量;将所述用于判断是否进入松弛阶段的时间步长内本征柔性压敏器件阻抗的变化值与所述用于判断是否进入松弛阶段的时间步长的比值作为阻抗变化率,将本征柔性压敏器件由加载阶段刚进入松弛阶段时的阻抗变化率作为临界阻抗变化率;确定加载阶段的标定应力值和松弛阶段的标定应力值,将所述加载阶段的标定应力值所对应的本征柔性压敏器件的阻抗值作为加载阶段的标定阻抗值,将所述松弛阶段的标定应力值所对应的本征柔性压敏器件的阻抗值作为松弛阶段的标定阻抗值;在测量过程中,通过测量系统所获取的本征柔性压敏器件的阻抗值得到本征柔性压敏器件的阻抗变化量,如果本征柔性压敏器件的阻抗变化量小于阈值阻抗变化量,则表明本征柔性压敏器件处于未施加载荷阶段;如果本征柔性压敏器件的阻抗变化量大于阈值阻抗变化量,则进一步计算得到阻抗变化率,如果阻抗变化率大于临界阻抗变化率,则用加载阶段的标定应力值、加载阶段的标定阻抗值和加载阶段的数据转换方法完成应力测量;如果阻抗变化率不大于临界阻抗变化率,则用松弛阶段的标定应力值、松弛阶段的标定阻抗值和松弛阶段的数据转换方法完成应力松弛测量。
5.本发明的特点及效果:
6.本发明设计的用本征柔性压敏器件测量应力松弛的方法,在标定中,确定阈值阻抗变化量和临界阻抗变化率,并得到加载阶段和松弛阶段的标定数据。在测量中,如果本征
柔性压敏器件阻抗变化量小于阈值阻抗变化量,则表明本征柔性压敏器件处于未施加载荷阶段;如果本征柔性压敏器件阻抗变化量大于阈值阻抗变化量,则进一步计算得到阻抗变化率,若阻抗变化率大于临界阻抗变化率,则用加载阶段的标定数据和转换方法完成加载阶段的应力测量;若阻抗变化率不大于临界阻抗变化率,则用松弛阶段的标定数据和转换方法完成应力松弛测量。用本发明设计的方法可判断本征柔性压敏器件的受力状态并能实现应力松弛测量,适用于现代大型工业设备狭小曲面层间应力测量与电子皮肤研制等领域。
具体实施方式
7.在标定过程中,将本征柔性压敏器件置于承载平台与加载装置之间,通过改变加载装置与承载平台之间的距离对本征柔性压敏器件施加载荷,所述施加载荷过程包括加载阶段和松弛阶段,用阻抗分析仪记录本征柔性压敏器件阻抗在未施加载荷阶段、加载阶段和松弛阶段的变化数据;分别确定用于判断是否施加载荷的时间步长δs和用于判断是否进入松弛阶段的时间步长δt,进而将所述用于判断是否施加载荷的时间步长δs内本征柔性压敏器件阻抗的变化值作为阻抗变化量,将由施加载荷引起的最小阻抗变化量作为阈值阻抗变化量δzm;将所述用于判断是否进入松弛阶段的时间步长δt内本征柔性压敏器件阻抗的变化值与所述用于判断是否进入松弛阶段的时间步长的比值作为阻抗变化率,将本征柔性压敏器件由加载阶段刚进入松弛阶段时的阻抗变化率作为临界阻抗变化率δz
t
;确定加载阶段的标定应力值pm(m=1,2,...,m,m为加载阶段的标定应力值的个数);确定松弛阶段的标定应力值σn(n=1,2,...,n,n为松弛阶段的标定应力值的个数),将所述加载阶段的标定应力值pm所对应的本征柔性压敏器件的阻抗值zpm作为加载阶段的标定阻抗值,将所述松弛阶段的标定应力值σn所对应的本征柔性压敏器件的阻抗值zσn作为松弛阶段的标定阻抗值;将加载阶段的标定应力值和加载阶段的标定阻抗值作为加载阶段的标定数据;将松弛阶段的标定应力值和松弛阶段的标定阻抗值作为松弛阶段的标定数据;在测量过程中,通过测量系统所获取的本征柔性压敏器件的阻抗值得到本征柔性压敏器件的阻抗变化量δz,如果本征柔性压敏器件的阻抗变化量δz小于阈值阻抗变化量δzm,则表明本征柔性压敏器件未被施加载荷;如果本征柔性压敏器件的阻抗变化量δz大于阈值阻抗变化量δzm,则进一步得到阻抗变化率δz,如果阻抗变化率δz大于临界阻抗变化率δz
t
,则用加载阶段的标定数据[pm,zpm]和加载阶段的数据转换方法实现应力测量;如果阻抗变化率δz不大于临界阻抗变化率δz
t
,则用松弛阶段的标定数据[σn,zσn]和松弛阶段的数据转换方法实现应力测量。
[0008]
实施例
[0009]
在标定过程中,将基于碳纳米管填充硅橡胶复合材料的本征柔性压敏器件置于承载平台与加载装置之间,通过改变加载装置与承载平台之间的距离对本征柔性压敏器件施加载荷,所述施加载荷过程包括加载阶段和松弛阶段,用阻抗分析仪记录本征柔性压敏器件阻抗在未施加载荷阶段、加载阶段和松弛阶段的变化数据;分别确定用于判断是否施加载荷的时间步长δs和用于判断是否进入松弛阶段的时间步长δt,进而将所述用于判断是否施加载荷的时间步长δs内本征柔性压敏器件阻抗的变化值作为阻抗变化量,将由施加载荷引起的最小阻抗变化量作为阈值阻抗变化量δzm;将所述用于判断是否进入松弛阶段
的时间步长δt内本征柔性压敏器件阻抗的变化值与所述用于判断是否进入松弛阶段的时间步长的比值作为阻抗变化率,将本征柔性压敏器件由加载阶段刚进入松弛阶段时的阻抗变化率作为临界阻抗变化率δz
t
;确定加载阶段的标定应力值:p1、p2、...、pm,其中,m为加载阶段的标定应力值的个数且p1<p2<...<pm,确定松弛阶段的标定应力值:σ1、σ2、...、σn,其中,n为松弛阶段的标定应力值的个数且σ1<σ2<...<σm,将所述加载阶段的标定应力值所对应的本征柔性压敏器件的阻抗值zp1、zp2、...、zpm作为加载阶段的标定阻抗值,将所述松弛阶段的标定应力值所对应的本征柔性压敏器件的阻抗值zσ1、zσ2、...、zσn作为松弛阶段的标定阻抗值;将加载阶段的标定应力值和加载阶段的标定阻抗值作为加载阶段的标定数据:[p1,zp1]、[p2,zp2]、...、[pm,zpm];将松弛阶段的标定应力值和松弛阶段的标定阻抗值作为松弛阶段的标定数据:[σ1,zσ1]、[σ2,zσ2]、...、[σn,zσn];在测量过程中,通过测量系统所获取的本征柔性压敏器件的阻抗值z得到本征柔性压敏器件的阻抗变化量δz,如果本征柔性压敏器件的阻抗变化量δz小于阈值阻抗变化量δzm,则表明本征柔性压敏器件未被施加载荷;如果本征柔性压敏器件的阻抗变化量δz大于阈值阻抗变化量δzm,则进一步得到阻抗变化率δz为δz/δt,如果阻抗变化率δz大于临界阻抗变化率δz
t
,且当测量系统所获取的本征柔性压敏器件阻抗z介于zpi和zp
i+1
之间时(1≤i≤m-1),计算得到待测应力值p为pi+(z-zpi)
×
(p
i-p
i+1
)
×
(zp
i-zp
i+1
)-1
;如果阻抗变化率δz不大于临界阻抗变化率δz
t
,且当测量系统所获取的本征柔性压敏器件阻抗z介于zσj和zσ
j+1
之间时(1≤j≤m-1),计算得到待测应力值σ为σj+(z-zσj)
×

j-σ
j+1
)
×
(zσ
j-zσ
j+1
)-1

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