【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及傳感器，具體涉及一種全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及傳感模塊的制備方法。
技術(shù)介紹
1、在眾多工程領(lǐng)域以及科學(xué)研究中，對(duì)應(yīng)力應(yīng)變的精確監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)方法往往存在諸多局限性。例如在航空航天領(lǐng)域中飛行器復(fù)雜結(jié)構(gòu)在飛行時(shí)受到多方向力的作用，或者機(jī)械工程中復(fù)雜機(jī)械部件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)面臨的復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境，傳統(tǒng)方法無法全面感知應(yīng)力的變化。從這個(gè)示例可以看出，傳統(tǒng)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下，通常只能在有限的方向上進(jìn)行測(cè)量，難以滿足多方向應(yīng)力同時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，本申請(qǐng)旨在提供一種全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及傳感模塊的制備方法，以滿足多方向應(yīng)力同時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。
2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：
3、傳感模塊，所述傳感模塊包括水凝膠基底，所述水凝膠基底內(nèi)具有多個(gè)傳感單元，多個(gè)所述傳感單元以相互關(guān)聯(lián)的角度配置方式分布，每個(gè)所述傳感單元至少包括感應(yīng)部和傳輸部，所述感應(yīng)部用以根據(jù)受到的應(yīng)力產(chǎn)生初始電信號(hào)，所述傳輸部用于讀取并傳輸所述初始電信號(hào)；
4、控制模塊，所述控制模塊至少包括上位機(jī)和應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述上位機(jī)用于將各所述傳感單元對(duì)應(yīng)的所述初始電信號(hào)處理為匹配所述應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電阻變化率，并將多個(gè)所述電阻變化率輸入至所述應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；所述應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過多個(gè)所述目標(biāo)電信號(hào)值以及所述角度配置方式得到應(yīng)力識(shí)別結(jié)果，所述應(yīng)力識(shí)別結(jié)果至少包括應(yīng)力值和應(yīng)力方向。
5、根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述
6、根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述感應(yīng)部為使用鉑金催化硅橡膠混合碳黑制備得到的導(dǎo)電彈性體。
7、根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述傳輸部包括微芯片和rfid天線，所述微芯片用于讀取所述初始電信號(hào)值，所述rfid天線用于傳輸所述初始電信號(hào)值。
8、根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述傳感模塊還集成有rfid標(biāo)簽，所述rfid標(biāo)簽包含特定的識(shí)別碼。
9、根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述控制模塊還包括rfid讀取器，所述rfid讀取器用于讀取從所述rfid天線傳輸?shù)乃龀跏茧娦盘?hào)值，并將所述初始電信號(hào)值發(fā)送至所述上位機(jī)。
10、根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)模塊，所述存儲(chǔ)模塊與所述控制模塊電連接，用以存儲(chǔ)應(yīng)力數(shù)據(jù)，所述應(yīng)力數(shù)據(jù)至少包括所述初始電信號(hào)、所述電阻變化率以及所述應(yīng)力識(shí)別結(jié)果。
11、根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括顯示模塊，所述顯示模塊用于顯示實(shí)時(shí)的所述應(yīng)力識(shí)別結(jié)果。
12、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N傳感模塊的制備方法，用以制備如上述所述的傳感模塊，包括制備水凝膠基底，所述制備水凝膠基底包括以下步驟：
13、將10-20wt％丙烯酰胺顆粒與5-10wt％可溶性鹽粒子加入至去離子水中，在室溫環(huán)境中進(jìn)行磁力攪拌，直至丙烯酰胺與可溶性鹽粒子完全溶解，得到丙烯酰胺混合溶液；
14、向所述丙烯酰胺混合溶液加入0.16-0.18wt％過硫酸銨和0.08wt％亞甲基雙丙烯酰胺，再加入0.26wt％四甲基乙二胺，經(jīng)過磁力攪拌后倒入模具中，得到未交聯(lián)的水凝膠前驅(qū)體溶液；
15、將所述水凝膠前驅(qū)體溶液在60℃環(huán)境中保溫3h，完成水凝膠的交聯(lián)，得到所述水凝膠基底。
16、根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，還包括以下步驟：
17、將碳黑和ecoflex?a溶液以重量比1:10混合，使用磁力攪拌器攪拌，得到第一混合液；
18、將與所述ecoflex?a溶液重量相同的ecoflex?b溶劑加入至所述第一混合液中，攪拌得到第二混合液；
19、將所述第二混合液置于真空脫泡機(jī)脫泡，得到預(yù)備液；
20、使用澆鑄模型，將所述預(yù)備液澆鑄并置于60℃的烘箱加熱三十分鐘，得到所述感應(yīng)部；
21、將所述感應(yīng)部放置在模具內(nèi)，使用導(dǎo)線將其與所述傳輸部連接；
22、使用所述水凝膠基底繼續(xù)封裝，以得到所述傳感模塊。
23、綜上所述，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：
24、傳感模塊，所述傳感模塊包括水凝膠基底，所述水凝膠基底內(nèi)具有多個(gè)傳感單元，多個(gè)所述傳感單元以相互關(guān)聯(lián)的角度配置方式分布，每個(gè)所述傳感單元至少包括感應(yīng)部和傳輸部，所述感應(yīng)部用以根據(jù)受到的應(yīng)力產(chǎn)生初始電信號(hào)，所述傳輸部用于讀取并傳輸所述初始電信號(hào)；
25、控制模塊，所述控制模塊至少包括上位機(jī)和應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述上位機(jī)用于將各所述傳感單元對(duì)應(yīng)的所述初始電信號(hào)處理為匹配所述應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電阻變化率，并將多個(gè)所述電阻變化率輸入至所述應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；所述應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過多個(gè)所述目標(biāo)電信號(hào)值以及所述角度配置方式得到應(yīng)力識(shí)別結(jié)果，所述應(yīng)力識(shí)別結(jié)果至少包括應(yīng)力值和應(yīng)力方向。
26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的有益效果在于：本申請(qǐng)通過獨(dú)特的傳感模塊設(shè)計(jì)，其中水凝膠基底內(nèi)多個(gè)傳感單元以相互關(guān)聯(lián)的角度配置方式分布，實(shí)現(xiàn)了真正的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)，無論應(yīng)力從哪個(gè)方向施加，系統(tǒng)都能有效捕捉應(yīng)變信息，從而適應(yīng)各種復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境，如前面提到的航空航天和機(jī)械工程領(lǐng)域，為相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和安全評(píng)估提供更全面、可靠的數(shù)據(jù)支持。
27、其次，從傳感單元的性能來看，每個(gè)傳感單元至少包含感應(yīng)部和傳輸部，感應(yīng)部能根據(jù)應(yīng)力產(chǎn)生初始電信號(hào)，且傳輸部能高效讀取和傳輸信號(hào)，這保證了應(yīng)變信息的準(zhǔn)確采集和快速傳輸。
28、再者，在數(shù)據(jù)處理方面，控制模塊中的上位機(jī)將初始電信號(hào)處理為匹配應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電阻變化率，并輸入應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這種處理方式高效且精準(zhǔn)，上位機(jī)能夠?qū)?fù)雜的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為更適合分析的電阻變化率數(shù)據(jù)。而應(yīng)力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合多個(gè)電阻變化率以及傳感單元的角度配置方式，能準(zhǔn)確得出應(yīng)力識(shí)別結(jié)果，包括應(yīng)力值和應(yīng)力方向。這不僅提高了數(shù)據(jù)處理效率，還極大地提升了應(yīng)力識(shí)別的準(zhǔn)確性。
29、此外，該系統(tǒng)在復(fù)用性和成本控制方面也有優(yōu)勢(shì)。獨(dú)特的水凝膠基底和傳感單元設(shè)計(jì)可能為傳感模塊的復(fù)用提供了條件，減少了頻繁更換傳感裝置的成本，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。
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1.一種全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述水凝膠基底(1)內(nèi)具有三個(gè)傳感單元，三個(gè)所述傳感單元以Y字形的角度配置方式分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng)部(2)為使用鉑金催化硅橡膠混合碳黑制備得到的導(dǎo)電彈性體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳輸部(3)包括微芯片和RFID天線，所述微芯片用于讀取所述初始電信號(hào)值，所述RFID天線用于傳輸所述初始電信號(hào)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感模塊(5)還集成有RFID標(biāo)簽，所述RFID標(biāo)簽包含特定的識(shí)別碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊(6)還包括RFID讀取器，所述RFID讀取器用于讀取從所述RFID天線傳輸?shù)乃龀跏茧娦盘?hào)值，并將所述初始電信號(hào)值發(fā)送至所述上位機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)模塊，所述存儲(chǔ)模塊
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括顯示模塊，所述顯示模塊用于顯示實(shí)時(shí)的所述應(yīng)力識(shí)別結(jié)果。
9.一種傳感模塊(5)的制備方法，用以制備如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的傳感模塊(5)，其特征在于，包括制備水凝膠基底(1)，所述制備水凝膠基底(1)包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感模塊(5)的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述水凝膠基底(1)內(nèi)具有三個(gè)傳感單元，三個(gè)所述傳感單元以y字形的角度配置方式分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng)部(2)為使用鉑金催化硅橡膠混合碳黑制備得到的導(dǎo)電彈性體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳輸部(3)包括微芯片和rfid天線，所述微芯片用于讀取所述初始電信號(hào)值，所述rfid天線用于傳輸所述初始電信號(hào)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感模塊(5)還集成有rfid標(biāo)簽，所述rfid標(biāo)簽包含特定的識(shí)別碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全方向應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊(6)還包括...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：阿拉木斯，劉浩文，史學(xué)偉，安柯蓄，廖漢升，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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