导电复合材料传感薄膜及变形分布测试研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aolongjiutian
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模型试验是解岩土工程问题的重要手段和有效方法。目前对物理模型试验变形的量测内容量测要求越来越高,内容涉及岩土介质特有的一些特征如裂纹、剪切(破坏)带、岩土支护结构等多点变形甚至变形场的测试。但目前已有传感器无法进行场量测试,同时岩土体不能适应被测岩土体变形精度及范围因此,迫切需要研制设计灵活、灵敏度高、适用于大变形、可用于测试变形场量特征的新型传感方法与传感技术。论文在课题组前期研究工作的基础上对炭黑/硅橡胶导电薄膜复合材料的导电性、力敏感性及温度敏感性等基本传感特性进行了试验研究,研究结果表明制作的厚度100μm的薄膜试样在拉伸应变达到25%(25×106)、恒温及变温条件下,拉-阻曲线均为具有良好可重复性的一维线性关系;分析发现薄膜试样线性度为1.65%、灵敏度为2.4303、重复性误差1.16%、迟滞误差率5.3%。结果表明,该导电薄膜复合材料可以作为优良传感材料使用。论文以导电薄膜的功能特性为基础自行设计了一套由测试传感阵列、测试硬件及测试软件组成的新型变形分布测试系统。其中制作的变形测试传感阵列使用柔性电路板铜片为传感单元测试电极,制作的传感单元尺寸为10mm×2.5mm,且可根据不同试验要求制作和加工不同形式的传感单元;测试硬件分为信号选通切换(通过电平转换开关阵列对传感信号实行高速切换)及信号采集(PCI-1713U-BE多功能模拟数据采集卡)两部分;测试软件为基于Labview虚拟仪器软件设计的数据采集及处理程序,实现对传感单元电压信号的采集,并根据已知标定方程转换为对应的应变数据输出。为验证本文研制的传感薄膜测试系统的准确性及可靠性,论文对极对称橡胶膜、圆柱试样及弹性简支梁受力条件下的变形分布进行了测试研究。试验结果表明:本文研究设计的变形分布测量系统方案可行,实现了对待测表面变形分布的动态、实时测量,为研制结构和材料表面的大变形分布测试传感系统奠定了基础。
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