直书写3D打印传感器的设计、制造与应用探索

1

作者 黎茂扬 于培师 +5 位作者 朱指南 赵宇翔 陶银 张鑫 徐稳 赵军华 《航空制造技术》 北大核心 2025年第21期88-103,共16页

直书写(Direct ink writing,DIW)3D打印传感器凭借其设计灵活、制造精度高等优势,在航空航天的结构健康监测方面有着极高的应用潜力。本文综述了DIW传感器在设计、制造与应用方面的最新研究进展。首先,系统性地梳理了DIW传感器的设计突... 直书写(Direct ink writing,DIW)3D打印传感器凭借其设计灵活、制造精度高等优势,在航空航天的结构健康监测方面有着极高的应用潜力。本文综述了DIW传感器在设计、制造与应用方面的最新研究进展。首先,系统性地梳理了DIW传感器的设计突破,包括传感器多层复合结构的理论设计、DIW传感器阵列的优化设计、嵌入式传感器的集成设计以及多功能传感器的解耦设计;在制造工艺方面,重点介绍了通过工艺参数优化实现传感器的可控高精度制造,以及开发多轴联动装备实现复杂曲面的高精度共形打印;在应用层面,展示了DIW传感器在航空航天结构健康监测、建筑振动监测、人体运动捕捉、软体机器人闭环控制等领域的成功案例。最后,探讨了DIW传感器目前面临的问题和挑战,并给出了未来可能的发展方向。DIW技术的优异材料兼容性和曲面共形能力,使其有望在未来成为保障飞行安全和延长装备寿命的关键技术之一。 展开更多

关键词 直写成型 应变传感器 结构健康监测 工艺优化 共形制造 传感器阵列 嵌入式传感器

在线阅读 下载PDF 职称材料

铂修饰碳纳米管纱线在柔性传感器上的应用

2

作者 谢金林 顾鹏 邱华 《丝绸》 北大核心 2025年第3期65-73,共9页

碳纳米管具有优异的电学、力学和热学等性能,但其组装而成的一维宏观材料碳纳米管纤维纱线之间的空隙是负载和电子转移的缺陷位点。文章通过水热法将铂纳米粒子原位生长到碳纳米管纱线上,可填补纱束间的空隙,用来改善纱线的电学和力学性... 碳纳米管具有优异的电学、力学和热学等性能,但其组装而成的一维宏观材料碳纳米管纤维纱线之间的空隙是负载和电子转移的缺陷位点。文章通过水热法将铂纳米粒子原位生长到碳纳米管纱线上,可填补纱束间的空隙,用来改善纱线的电学和力学性能,并采用间隔嵌入法制备了应变传感器。结果表明:被铂粒子修饰过的碳纳米管纱线,其拉伸强度从129.54 MPa增加到143.48 MPa,电导率从5.34×10^(4)S/m增加到9.5×10^(4)S/m。通过与立体弹性编织物相结合,基于纺织品的柔性应变传感器表现出良好的传感性能、快速响应性、循环稳定性,以及良好的耐洗性、耐候性和耐汗性,且在监测人体不同关节的运动方面展现出优异的传感特性。 展开更多

关键词 铂纳米粒子 碳纳米管 应变传感器 柔性可拉伸 间隔嵌入 立体弹性编织物

在线阅读 下载PDF 职称材料

考虑混凝土弹塑性的植入式GFRP封装FBG传感器应变传递分析 被引量：1

3

作者 彭涛 李佳龙 任东兴 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期216-223,共8页

工程化FBG传感器的封装层引入的应变传递损耗使其具有应变传递误差,需进行应变传递分析。已有研究多聚焦于基体处于线弹性时的应变传递分析,而混凝土结构发生弹塑性变形后的应变传递规律尚未明晰。以植入式GFRP封装FBG传感器为对象,在... 工程化FBG传感器的封装层引入的应变传递损耗使其具有应变传递误差,需进行应变传递分析。已有研究多聚焦于基体处于线弹性时的应变传递分析,而混凝土结构发生弹塑性变形后的应变传递规律尚未明晰。以植入式GFRP封装FBG传感器为对象,在应变传递分析中引入混凝土的非线弹性本构关系,建立了基体与FBG的应变传递关系,通过有限元模拟验证了该理论推导的有效性。基于理论分析探讨了混凝土弹塑性演化、混凝土标号、传感器半径与标距等因素对应变传递效率的影响,并分析了传感器的尺寸设计。研究表明:平均应变传递率在混凝土弹性阶段变化较小,而到塑性阶段则显著降低,混凝土标号、半径与标距都会对应变传递效率产生较大影响。本研究可广泛用于植入式FBG传感器的应变传递误差修正及设计。 展开更多

关键词 光纤传感 植入式FBG传感器 应变传递 混凝土弹塑性 理论分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

光纤传感器埋入沥青路面基体的应变传递误差 被引量：26

4

作者 王花平 周智 +2 位作者 王倩 刘婉秋 贾及汉 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1499-1507,共9页

介绍了光纤传感涉及的应变传递理论,基于该理论建立了基体和感知光纤应变的定量关系,以消除应变传递误差,提高测试精度。针对埋入式光纤传感器用于高黏度的柔性沥青路面基体的最普遍形态,建立了含感知光纤、封装层和基体的典型三层力学... 介绍了光纤传感涉及的应变传递理论,基于该理论建立了基体和感知光纤应变的定量关系,以消除应变传递误差,提高测试精度。针对埋入式光纤传感器用于高黏度的柔性沥青路面基体的最普遍形态,建立了含感知光纤、封装层和基体的典型三层力学模型。采用Goodman假设描述层间剪应力关系,引入傅里叶级数法求解微分方程,建立了基体和感知光纤的平均应变传递关系。通过室内试验论证了推导的应变传递理论公式的有效性,并对影响平均应变传递效率的几何参数和材料参数进行了灵敏度分析。分析结果表明:光纤粘贴长度越长,光纤和封装层的层间黏结越紧密,平均应变传递系数越大,应变传递效果越好。本文的研究可广泛用于埋入式光纤传感器的应变传递误差修正及封装设计。 展开更多

关键词 埋入式光纤传感器 光纤感知应变 应变传递误差 光纤粘贴长度 光纤封装

在线阅读 下载PDF 职称材料

埋入式低弹模混凝土应变传感器的研究 被引量：4

5

作者 杨杨 蔡阳 +1 位作者 江晨晖 倪彤元 《浙江工业大学学报》 CAS 北大核心 2015年第4期450-454,共5页

准确监测混凝土变形是评价混凝土材料性能、结构服役能力和健康状态的重要前提,但现有方法通常只能适用于硬化混凝土材料及其结构,不适用于自早龄期开始的全寿命检测.为了克服这一缺点,开发了一种弹性模量小于35MPa的低弹模埋入式应变... 准确监测混凝土变形是评价混凝土材料性能、结构服役能力和健康状态的重要前提,但现有方法通常只能适用于硬化混凝土材料及其结构,不适用于自早龄期开始的全寿命检测.为了克服这一缺点,开发了一种弹性模量小于35MPa的低弹模埋入式应变传感器(ESS),ESS可于混凝土结构浇筑时埋入其内部,自早龄期开始实现对变形的实时监测.同时,ESS也可置于各种结构表面进行变形监测.对比试验结果表明:采用ESS对混凝土试件变形监测所得结果与采用其他方法所得结果具有较好的一致性. 展开更多

关键词 低弹性模量 埋入型应变传感器 混凝土 变形 早龄期

在线阅读 下载PDF 职称材料

桥梁内部预应力钢绞线应变的长久监测与分析 被引量：20

6

作者 劳晓春 汤立群 +1 位作者 任鹏 罗立峰 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第11期53-56,共4页

重点研究应用埋入式光纤光栅传感器对正在施工中桥梁的预应力钢绞线应变进行跟踪监测的测试方法 ,分析温度、横向应变等多种因素对测量结果有效性的影响 ,同时考察了预应力钢绞线在复杂施工环境中的力学行为 .研究发现在温度变化较大时... 重点研究应用埋入式光纤光栅传感器对正在施工中桥梁的预应力钢绞线应变进行跟踪监测的测试方法 ,分析温度、横向应变等多种因素对测量结果有效性的影响 ,同时考察了预应力钢绞线在复杂施工环境中的力学行为 .研究发现在温度变化较大时应该对测量结果进行温度补偿 ,同时在非均匀横向应变场作用下光纤光栅不再遵循布拉格条件 ,对此应做进一步的研究分析 .试验结果表明光纤光栅传感器具有易埋入、抗干扰能力强、可对应变进行绝对测量等优点 ,非常适合于结构内部健康的长期监测 . 展开更多

关键词 埋入式光纤光栅传感器 预应力钢绞线 应变 长期监测

在线阅读 下载PDF 职称材料

混凝土内部应变分布式光纤实时检测方法及试验研究 被引量：6

7

作者 金伟良 毛江鸿 何勇 《土木建筑与环境工程》 CSCD 北大核心 2011年第1期1-6,共6页

布里渊散射光时域分析技术(BOTDA)是1种新型光电监测技术,可对沿光纤轴向的应变、温度进行分布式监测,并具有长距离、分布式、高精度和耐久性等特点,适用于结构的健康监测。系统介绍了基于BOTDA的混凝土内部分布式应变的检测方法,并通... 布里渊散射光时域分析技术(BOTDA)是1种新型光电监测技术,可对沿光纤轴向的应变、温度进行分布式监测,并具有长距离、分布式、高精度和耐久性等特点,适用于结构的健康监测。系统介绍了基于BOTDA的混凝土内部分布式应变的检测方法,并通过试验研究标定了由气吹再灌浆技术铺设的埋入式传感光纤的工作性能,解决了工程应用中无法将长距离分布式传感光纤埋入混凝土内部的技术难题。试验结果表明,以气吹再灌浆技术铺设的埋入式光纤传感器能有效检测混凝土内部分布式应变,可应用于结构物的全面、长期、稳定、实时的健康监测。 展开更多

关键词 健康监测 应变检测 分布式光纤传感器 埋入式光纤 BOTDA

在线阅读 下载PDF 职称材料

植入式光纤光栅应变传感器的湿度影响(英文) 被引量：6

8

作者 阚宝玺 杨超 +6 位作者 卞贺明 唐才杰 黄建业 王学锋 孟庆平 孙维 高行素 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第S1期100-106,共7页

植入复合材料的光纤光栅应变传感器通常涂覆了工作温度高、抗拉强度大的聚酰亚胺。然而,聚酰亚胺涂覆层的体积受湿度影响。采用理论分析、有限元仿真和实验的方法,研究了湿度对植入碳纤维复合材料的光纤光栅应变传感器的影响。优化网格... 植入复合材料的光纤光栅应变传感器通常涂覆了工作温度高、抗拉强度大的聚酰亚胺。然而,聚酰亚胺涂覆层的体积受湿度影响。采用理论分析、有限元仿真和实验的方法,研究了湿度对植入碳纤维复合材料的光纤光栅应变传感器的影响。优化网格划分以提高仿真精度,湿度变化导致的光纤光栅应变传感器应变变化的仿真值小于4με。湿度实验进行了10天连续测量,经过温度补偿后,植入复合材料的光纤光栅应变传感器测量值变化小于8με。分析和实验结果表明,湿度变化对聚酰亚胺涂覆的植入式光纤光栅应变传感器没有显著影响。通过拉伸试验对植入式光纤光栅应变传感器的重复性、线性度等指标进行了测试和分析,结果表明传感器具有良好的重复性和线性度。 展开更多

关键词 光纤BRAGG光栅 应变传感器 湿度 复合材料 植入式

在线阅读 下载PDF 职称材料

植入式光纤光栅应变传感器的湿度影响 被引量：2

9

作者 阚宝玺 杨超 +6 位作者 卞贺明 唐才杰 黄建业 王学锋 孟庆平 孙维 高行素 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第A01期92-98,共7页

植入复合材料的光纤光栅应变传感器通常涂覆了工作温度高、抗拉强度大的聚酰亚胺。然而，聚酰亚胺涂覆层的体积受湿度影响。采用理论分析、有限元仿真和实验的方法，研究了湿度对植入碳纤维复合材料的光纤光栅应变传感器的影响。优化网... 植入复合材料的光纤光栅应变传感器通常涂覆了工作温度高、抗拉强度大的聚酰亚胺。然而，聚酰亚胺涂覆层的体积受湿度影响。采用理论分析、有限元仿真和实验的方法，研究了湿度对植入碳纤维复合材料的光纤光栅应变传感器的影响。优化网格划分以提高仿真精度，湿度变化导致的光纤光栅应变传感器应变变化的仿真值小于4μs。湿度实验进行了10天连续测量，经过温度补偿后，植入复合材料的光纤光栅应变传感器测量值变化小于8μs。分析和实验结果表明，湿度变化对聚酰亚胺涂覆的植入式光纤光栅应变传感器没有显著影响。通过拉伸试验对植入式光纤光栅应变传感器的重复性、线性度等指标进行了测试和分析，结果表明传感器具有良好的重复性和线性度。 展开更多

关键词 光纤BRAGG光栅 应变传感器 湿度 复合材料 植入式

在线阅读 下载PDF 职称材料

嵌入机织物的碳纳米管纱线应变传感性能 被引量：3

10

作者 王双 刘玮 +3 位作者 刘晓霞 许福军 程琼 王晶 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期43-48,共6页

为研究以碳纳米管(CNT)为传感元件的智能织物的传感性能,采用嵌入方式将碳纳米管纱线与机织物结合,测试碳纳米管纱线的电阻变化率与机织物的应变关系。结果表明:实验所用的CNT纱线的传感系数为1.02,采用5%的聚乙烯醇(PVA)溶液对其进行... 为研究以碳纳米管(CNT)为传感元件的智能织物的传感性能,采用嵌入方式将碳纳米管纱线与机织物结合,测试碳纳米管纱线的电阻变化率与机织物的应变关系。结果表明:实验所用的CNT纱线的传感系数为1.02,采用5%的聚乙烯醇(PVA)溶液对其进行复合后的CNT/PVA纱线其传感系数提高到了1.43;将CNT纱线与CNT/PVA纱线分别沿经向和纬向嵌入平纹织物,均沿经向施加3%的应变,CNT/PVA纱线传感系数经向为0.67,纬向为0.27,CNT纱线传感系数经向为0.33,纬向为0.1。改变CNT/PVA纱线嵌入平纹的经浮长,浮长越长时织物的传感系数越高,连续6个经浮长对应的传感系数最高为0.81;改变CNT/PVA纱线经向嵌入平纹的长度,在一定范围内,嵌入的纱线长度越长织物的传感系数越高,将3 cm的CNT/PVA纱线经向嵌入平纹织物经向拉伸7%时对应的传感系数约为1.07。 展开更多

关键词 碳纳米管纱线 机织物 应变传感 嵌入经浮长 嵌入长度

在线阅读 下载PDF 职称材料

埋入式FBG传感器护套参数设计 被引量：3

11

作者 罗军 吴永红 许蔚 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第8期71-74,77,共5页

介绍了混凝土埋入式FBG传感器的基本原理与结构。考虑如何设置传感器中护套的相关参数,使得传感器的性能得以优化。主要通过护套在服役过程中压杆稳定性和对应变传递的影响2个方面来分析,得出相关参数对此的影响。结合两者得出,护套柔... 介绍了混凝土埋入式FBG传感器的基本原理与结构。考虑如何设置传感器中护套的相关参数,使得传感器的性能得以优化。主要通过护套在服役过程中压杆稳定性和对应变传递的影响2个方面来分析,得出相关参数对此的影响。结合两者得出,护套柔度取最大临界值,护套厚度为0.2～0.3 mm时,可使传感器护套对被测结构影响最小;同时满足传感器制作的可行性,并且使应变传递效率达到99%,从而实现传感器标准化封装。 展开更多

关键词 埋入式结构 FBG传感器 应变传递率 参数设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

预埋光纤光栅传感器的碳纤维复合材料螺旋桨水下动应变在线测试 被引量：4

12

作者 雷智洋 王春旭 +2 位作者 吴崇建 丁国平 严小雨 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第2期183-189,205,共8页

[目的]碳纤维复合材料(CFRP)螺旋桨具有轻质高强、低振动、低噪音、耐腐蚀、抗疲劳等优势。为了准确获知CFRP螺旋桨桨叶在水动力载荷下的变形和应变,提出一种水下运转状态下CFRP螺旋桨动应变在线测试方法。[方法]将光纤光栅(FBG)传感器... [目的]碳纤维复合材料(CFRP)螺旋桨具有轻质高强、低振动、低噪音、耐腐蚀、抗疲劳等优势。为了准确获知CFRP螺旋桨桨叶在水动力载荷下的变形和应变,提出一种水下运转状态下CFRP螺旋桨动应变在线测试方法。[方法]将光纤光栅(FBG)传感器预埋于CFRP螺旋桨,搭建CFRP螺旋桨水下动应变测试系统,设置2类测试工况:进速为0 m/s,转速从50~400 r/min依次增加;转速保持427 r/min不变,进速从0~1.6 m/s依次增加。通过FBG传感器采集上述2类工况下CFRP螺旋桨的动应变数据,对动应变数据进行时域和频谱分析。[结果]结果表明,CFRP螺旋桨上各测点的动应变特征频率一致,且与转速相关;各测点的动应变峰值取决于测点位置,即螺旋桨的结构力学特征。[结论]实现了CFRP螺旋桨在水下运转状态下的动应变在线测试,测试结果合理可靠,可为CFRP螺旋桨的理论设计和分析提供重要的实证依据,对研究螺旋桨振动噪声和水动力性能具有重要意义。 展开更多

关键词 预埋光纤光栅传感器 碳纤维复合材料螺旋桨 动应变 水下在线测试

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于光纤布拉格光栅的岩石内部变形测量传感器 被引量：1

13

作者 赵雨 于长一 徐颖 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 2021年第6期29-36,共8页

岩石或混凝土结构内部形变是评价工程结构稳定的重要指标.为准确获得岩石结构内部变形情况,提出了基于布拉格光纤光栅传感器的岩石内部变形测量方法,利用理论计算和数值模拟的方法讨论了3种构型对应变传递的影响,得出薄壁不锈钢管保护... 岩石或混凝土结构内部形变是评价工程结构稳定的重要指标.为准确获得岩石结构内部变形情况,提出了基于布拉格光纤光栅传感器的岩石内部变形测量方法,利用理论计算和数值模拟的方法讨论了3种构型对应变传递的影响,得出薄壁不锈钢管保护层的测量效果要优于碳纤维增强聚合物(CFRP)的结论.根据优选后的构型及材质制作传感器并埋置于混凝土及花岗岩圆柱试样中,分别进行室内单轴压缩实验,并同时采用光纤光栅传感器和位移传感器进行测量.实验结果显示:混凝土试样,光纤光栅传感器测量结果与压机位移传感器测量结果有高度契合性,而花岗岩试样二者有所差异,该差异主要是由于采用混凝土浆液充填岩石钻孔,两种材料的接触在轴向荷载下发生破坏而产生,但总体而言,光纤传感器测试精度小于1μm,测试区间可以达到2000μm;其精度和测量范围能够满足工程需要,从而验证了光纤光栅传感器的有效性和准确性.该方法可为测量混凝土、岩石内部应变提供可靠工具和技术手段. 展开更多

关键词 岩石力学 内部变形 光纤传感器 埋入式布拉格光纤光栅 应变测量

在线阅读 下载PDF 职称材料

嵌入式3D打印三维螺旋应变传感器的性能研究

14

作者 马守臻 徐嘉文 +3 位作者 于江云 宋欣雨 刘禹 陈彦秋 《传感器与微系统》 2025年第11期57-61,65,共6页

嵌入式3D打印是一种基于材料挤出的增材制造方法,通过将针头嵌入在支撑基质中进行打印而不需要额外支撑,对于自由制造三维结构具有重要意义。为了制备具有优异力学性能和电学性能的螺旋结构,进行了油墨与基质材料的流变性能调控使其满... 嵌入式3D打印是一种基于材料挤出的增材制造方法,通过将针头嵌入在支撑基质中进行打印而不需要额外支撑,对于自由制造三维结构具有重要意义。为了制备具有优异力学性能和电学性能的螺旋结构,进行了油墨与基质材料的流变性能调控使其满足嵌入式3D打印要求。研究表明:基于环氧/炭黑复合材料制备的螺旋结构具有较好的能量吸收(EA)和比能量吸收(SEA)效果,同时,作为三维螺旋结构应变传感器的最大灵敏度可达到6.01,响应时间低至195 ms,可以监测不同水平的压缩应变,并且在长达7 h的循环实验中表现出较好的重复性,显示了嵌入式3D打印制造功能器件的优越性。 展开更多

关键词 嵌入式3D打印 螺旋结构 力学性能 应变传感器

在线阅读 下载PDF 职称材料