應(yīng)變傳感器的案例
南開大學(xué)富勒烯降低內(nèi)摩擦——高性能0D-1D-2D三元納米復(fù)合材料應(yīng)變傳感器
當(dāng)受到拉伸時(shí)，富勒烯誘發(fā)的層狀滑移可以承受部分應(yīng)力以提高復(fù)合薄膜材料的應(yīng)變，同時(shí)復(fù)合薄膜的脆性使其產(chǎn)生裂紋以確保傳感器在工作應(yīng)變范圍內(nèi)能產(chǎn)生大的電阻變化。該工作同時(shí)還討論了傳感器尺寸對(duì)傳感性能的影響，并成功將該高綜合性能優(yōu)異的三元納米復(fù)合材料應(yīng)變傳感器應(yīng)用于多種人體運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)中。該工作第一作者為研究生史鑫磊。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1. 器件制備與基本表征
(a).構(gòu)造0D-1D-2D三元納米復(fù)合材料應(yīng)變傳感器的絲網(wǎng)印刷工藝示意圖。
(b).GO-AgNW-C60(7)水性油墨的透射電鏡照片。
(c).GO-AgNW-C60(7)傳感薄膜的橫截面掃描電鏡照片。
(d).不同質(zhì)量比C60下三元納米復(fù)合材料應(yīng)變傳感器的電導(dǎo)率。插圖顯示GO- AgNW-C60(7)傳感薄膜的測(cè)量電阻為7.2Ω。
圖2. 三元納米復(fù)合材料應(yīng)變傳感器傳感性能
(a).GO-AgNW-C60(0)，GO-AgNW-C60(3)，GO-AgNW-C60(5)，GO-AgNW-C60(7)和GO-AgNW-C60(9)應(yīng)變傳感器在一次拉伸/釋放循環(huán)下的相對(duì)電阻變化率-應(yīng)變曲線。
(b).GO-AgNW-C60(0)應(yīng)變傳感器的GF值與線性特性。
(c).GO-AgNW-C60(7)應(yīng)變傳感器的GF值與線性特性。
(d).GO-AgNW-C60(7)應(yīng)變傳感器在不同應(yīng)變速率下的一次拉伸/釋放循環(huán)下的相對(duì)電阻變化率-應(yīng)變曲線。
(e).GO-AgNW-C60(7)應(yīng)變傳感器在1Hz頻率不同循環(huán)應(yīng)變下的相對(duì)電阻變化率。
(f).GO-AgNW-C60(7)應(yīng)變傳感器在20％應(yīng)變不同頻率下的相對(duì)電阻變化率。
(g).GO-AgNW-C60(7)應(yīng)變傳感器在0％和40％應(yīng)變范圍內(nèi)3000個(gè)拉伸/釋放循環(huán)下的相對(duì)電阻變化率，應(yīng)變速率為0.2mm s-1。
展開 金工聊測(cè)量 | 選擇壓電還是應(yīng)變力傳感器？
在這里，重要的是用于安裝傳感器的安裝部件具有額外的質(zhì)量，這當(dāng)然會(huì)影響系統(tǒng)的整體質(zhì)量，從而影響截止頻率。另外，許多電荷放大器的帶寬取決于電荷，因此也取決于所測(cè)量的力。力度過大會(huì)導(dǎo)致高電荷，從而限制帶寬。每當(dāng)使用標(biāo)稱（額定）力較大的傳感器時(shí)，基于應(yīng)變的系統(tǒng)的截止頻率就會(huì)更高。原則上，用于小力的力傳感器是軟彈性體， 傳感器的共振頻率相應(yīng)較低。在每種情況下都必須參考數(shù)據(jù)表，但是，壓電傳感器是快速測(cè)量小力的首選，而應(yīng)變力傳感器通常在涉及力度過大時(shí)更勝一籌。
校準(zhǔn)任務(wù)
用于連接應(yīng)變片的電路使許多誤差影響得到補(bǔ)償。除了溫度對(duì)零點(diǎn)和靈敏度的影響外，還有傳感器的線性度或彎矩的影響。另外，使用應(yīng)變傳感器可以進(jìn)行非常精確的靜態(tài)校準(zhǔn)。另外，可以通過彈性體的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)最佳再現(xiàn)性。因此，應(yīng)變力傳感器專門用于參考力測(cè)量領(lǐng)域。
高初始負(fù)載
當(dāng)施加力時(shí)，壓電傳感會(huì)產(chǎn)生電荷，如果需要，可以將其短路。然后，電荷放大器輸入的狀態(tài)等于“零”力的狀態(tài)。因此，即使是高初始負(fù)載，電荷放大器的輸入量程也不會(huì)受到影響。因此，壓電傳感器技術(shù)即使在不利條件下也能以最高分辨率進(jìn)行測(cè)量。
適用于惡劣環(huán)境
一些應(yīng)變傳感器具有IP68防護(hù)等級(jí)（S9M、U10M和電纜選項(xiàng)）。密封外殼可保護(hù)靈敏的應(yīng)變片。在不利的環(huán)境中也可以使用這些傳感器。
可提供用于壓電傳感器的電纜，該電纜經(jīng)特殊密封，可確保與傳感器外殼的連接也是密封的，進(jìn)而保障了操作安全性。(KAB145-3)
精度要求高
現(xiàn)代力傳感器達(dá)到了非常高的精度，尤其是應(yīng)變傳感器，其個(gè)體誤差非常出色，僅為200 ppm。壓電傳感器的線性誤差略高，通常相對(duì)于滿量程為0.5%。它們還受到高漂移量的限制。在以后要進(jìn)行測(cè)量的力的范圍內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)，可以達(dá)到的精度明顯更高。
適用于受限空間
壓電力傳感器體積非常小巧，例如CLP系列，其高度還不到4毫米。
展開 測(cè)量力的三種方法| 應(yīng)變片、應(yīng)變傳感器、力墊圈測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)
<p>使用力傳感器測(cè)量力可確保最大的測(cè)量精度。然而在分力測(cè)量時(shí)，需要采用與應(yīng)用精確匹配的特殊傳感器。今天我們將介紹進(jìn)行分力測(cè)量的三種方法。</p><p><br></p><p>對(duì)于應(yīng)變力傳感器來說，即使在現(xiàn)場(chǎng)安裝后，也可以很容易地再現(xiàn)校準(zhǔn)過程中確定的特性曲線，即施加的力和輸出信號(hào)比。力傳感器必須安裝在力傳遞流中，并且沒有任何分力，這是先決條件。并且必須確保完整的力傳遞流通過傳感器進(jìn)行測(cè)量。這意味著力傳感器的特性，例如硬度和動(dòng)態(tài)性能，這將影響整體設(shè)計(jì)。另外，大量程的傳感器具有更大的結(jié)構(gòu)。</p><p><br></p><p><strong>力測(cè)量</strong>可以通過結(jié)構(gòu)的變形來進(jìn)行測(cè)量，可以采用以下<strong>三種方法</strong>：</p><ul><li>安裝應(yīng)變片</li><li>利用應(yīng)變傳感器，其有時(shí)候內(nèi)置了電路</li><li>利用力墊圈，其基于應(yīng)變或壓電技術(shù)</li></ul><p><br></p><p>這些方法的<strong>劣勢(shì)和優(yōu)勢(shì)</strong>總結(jié)如下：</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/0dOps7rIddq4siaMfxNgdfkrjNqWNYC4ric7cnnYsZWIBhoibQSe9XpjvYbTYP3hWYzmS9PCs7IstlS13hn1hpVNQ/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p><br></p><h2><strong>1. 采用應(yīng)變片測(cè)量</strong></h2><p>安裝應(yīng)變片實(shí)際上對(duì)被測(cè)物體的結(jié)構(gòu)沒有任何影響。結(jié)構(gòu)的硬度和動(dòng)態(tài)特性將會(huì)保持不變。在對(duì)花絲結(jié)構(gòu)測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠渥冃螘r(shí)，只需要非常小的力。
展開 光纖應(yīng)變傳感器在土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用解決方案
光纖傳感技術(shù)之所以適用于土木工程,主要是基于它與傳統(tǒng)的電測(cè)傳感器相比,具有如下的優(yōu)越性能耐腐蝕、耐久性好;體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，埋入土木工程結(jié)構(gòu)對(duì)基體材料幾乎沒有影響;能避免電磁場(chǎng)的干擾,電絕緣性好;信號(hào)可多路傳輸,便于與計(jì)算機(jī)連接,易于實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量;單位長(zhǎng)度上信號(hào)衰減小,傳輸距離可以很長(zhǎng);靈敏度與精度高;頻帶寬;信噪比高等。工采網(wǎng)提供的加拿大FISO 光纖應(yīng)變傳感器 光纖傳感器 - SFO-W主要針對(duì)土木工程應(yīng)用，如水壩、橋梁、隧道和其他結(jié)構(gòu)的監(jiān)控。
如今，制造商、土木建筑設(shè)計(jì)者和研發(fā)工程師們可能需要通過監(jiān)控土木結(jié)構(gòu)的性能來改善結(jié)構(gòu)技術(shù)。在一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)控特定的性能將幫助提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。通過合理地在結(jié)構(gòu)中布局SFO-W光纖應(yīng)變傳感器，用戶可以獲得傳感器提供的關(guān)于施工中和完工后的建筑物、橋梁、隧道襯砌及支承結(jié)構(gòu)應(yīng)變的精確改變信息。使用SFO-W光纖應(yīng)變傳感器可以在最具挑戰(zhàn)的環(huán)境中對(duì)目標(biāo)展開全面的應(yīng)力/應(yīng)變分析。
SFO-W光纖應(yīng)變傳感器由一個(gè)焊在鋼片上直徑較小的不銹鋼管構(gòu)成，適合點(diǎn)焊在不銹鋼表面。具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點(diǎn)。另一方面SFO-W光纖應(yīng)變傳感器的具備滿量程0.01%的靈敏度和精度，同時(shí)它的測(cè)量上限達(dá)2000 μ 。此傳感器主要基于突破光纖傳感的獨(dú)特光纖應(yīng)變傳感器技術(shù)。非固有的 Fabry-Perot 應(yīng)變傳感器嵌于鋼管內(nèi)部，因此可以監(jiān)控點(diǎn)焊傳感器的拉伸或壓縮運(yùn)動(dòng)。FISO的光纖技術(shù)已獲專利，基于此專利技術(shù)，SFO-W光纖應(yīng)變傳感器可安裝在距離信號(hào)調(diào)理器3km的地方。這使得光纖傳感器成為監(jiān)控土建結(jié)構(gòu)的zui佳選擇。
設(shè)計(jì)SFO-W傳感器的目的之一是使之安裝方便，無需熟練的焊工幫助。使用SFO-W傳感器可以對(duì)不同的構(gòu)筑物進(jìn)行長(zhǎng)期和準(zhǔn)確地應(yīng)變測(cè)量。
展開 
光纖應(yīng)變傳感器在轉(zhuǎn)動(dòng)軸扭距測(cè)量裝置中的應(yīng)用解決方案
在電機(jī)效率評(píng)測(cè)中扭矩更是一個(gè)不可或缺的被測(cè)量，扭矩測(cè)量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到電機(jī)效率的評(píng)測(cè)的正確性，對(duì)于計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)軸扭距測(cè)量裝置不需要使用安裝在或粘附在軸上的傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)軸的扭距的裝置，可通過使用脈沖接收器中的一個(gè)單一的光電傳感器的方式提高其長(zhǎng)期精度。
但是由于溫度變化和時(shí)間推移所產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)的變化，將不會(huì)影響到其精度因此由光源/發(fā)射器發(fā)出的光通過光導(dǎo)纖維傳遞，用使光束穿過由安裝在軸上的，彼此相距常規(guī)距離的編碼盤/大齒輪的兩個(gè)氣隙的方式產(chǎn)生光脈沖。使通過光導(dǎo)纖維由光源/發(fā)射器發(fā)出光，通過U形的光學(xué)元件，以使其光束產(chǎn)生光脈沖并在光拾取器處相疊加。在兩個(gè)編碼盤/大齒輪上的葉片/輪齒之間的時(shí)間偏置量，是一個(gè)有關(guān)軸扭轉(zhuǎn)的測(cè)量參數(shù)，由此可用計(jì)算機(jī)計(jì)算出軸的功率。為了增加在軸振動(dòng)時(shí)的測(cè)量精度工采網(wǎng)推薦使用加拿大FISO 光纖應(yīng)變傳感器 - FOS-N。
加拿大FISO 光纖應(yīng)變傳感器 - FOS-N是一種光纖應(yīng)力傳感器，具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點(diǎn)是復(fù)合材料工程研究和工業(yè)應(yīng)用如建筑物、橋梁、隧道襯砌、支承結(jié)構(gòu)、船舶和電源變壓器等結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控的理想產(chǎn)品。
基于公認(rèn)的Fabry-Perot干涉技術(shù)，F(xiàn)ISO的光纖應(yīng)變傳感器是進(jìn)行高性能應(yīng)變測(cè)量的好的選擇。FOS-N所基于的產(chǎn)品技術(shù)和配套的兼容監(jiān)控系統(tǒng)，使用戶能在長(zhǎng)距離且不影響讀數(shù)可靠性的前提下測(cè)量應(yīng)變。
另一方面FOS-N應(yīng)變傳感器對(duì)任何即將使用的纖維的拉伸和處理都不敏感，若將傳感器嵌入復(fù)合材料中，則上述特點(diǎn)可以成為非常有利的優(yōu)點(diǎn)。其次FOS-N光纖應(yīng)變傳感器可在惡劣的化學(xué)環(huán)境下正常工作，同時(shí)它的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，使用靈活性高，能夠滿足當(dāng)前高性能復(fù)合材料研究和土建結(jié)構(gòu)監(jiān)控的要求。
展開 南京工業(yè)大學(xué)黃維院士、于海東、孫庚志和呂剛教授團(tuán)隊(duì)《ACS Nano》：在高性能泡沫狀應(yīng)變傳感器研究方面取得進(jìn)展
傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感器通常由金屬或半導(dǎo)體材料制備，其拉伸范圍有限（通常小于5%），不適合在可穿戴設(shè)備中使用。泡沫式柔性應(yīng)變傳感器因其重量輕、透氣性好、靈敏度高備受人們關(guān)注，可以作為一種可穿戴傳感器，用于監(jiān)測(cè)人體的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、聲帶振動(dòng)等信號(hào)，在柔性電子領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。然而，目前開發(fā)的泡沫式柔性應(yīng)變傳感器很難既具有很高靈敏度又具有很寬檢測(cè)范圍，限制了其廣泛的應(yīng)用。因此，亟需開發(fā)具有更寬工作范圍和更高靈敏度的高性能的新型泡沫式柔性應(yīng)變傳感器。
為了同時(shí)提升泡沫式柔性應(yīng)變傳感器的靈敏度和工作范圍，南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院的黃維院士、于海東、孫庚志和呂剛教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合鹽模板法和浸涂法，制備了由熱塑性聚氨酯(TPU)、多壁碳納米管（MWCNTs）和Ti3C2Tx MXene構(gòu)成的導(dǎo)電泡沫式材料；該TPU/MWCNTs@MXene泡沫式材料可以用來制備一種輕質(zhì)、易加工、極靈敏的柔性應(yīng)變傳感器，在可穿戴傳感器方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖1. 泡沫式柔性應(yīng)變傳感器的制備流程
將上述TPU/MWCNTs@MXene導(dǎo)電泡沫式材料用來制備壓阻式應(yīng)變傳感器，該器件表現(xiàn)出了高達(dá)100％的傳感范圍、很高的靈敏度（GF = 363）和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性；上述性能優(yōu)于已有報(bào)道的泡沫式應(yīng)變傳感器。此外，這種新型泡沫式材料具有優(yōu)良的透氣性能和與皮膚相近的彈性模量，可以大幅度提升用來制備可穿戴傳感器的舒適性。
為了展示該導(dǎo)電泡沫式材料在可穿戴式應(yīng)變傳感器研究的應(yīng)用，研究者將其貼附于人體的不同部位來檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)。
展開 應(yīng)用在紡織工程織物微應(yīng)變過程監(jiān)控的光纖應(yīng)變傳感器
最后推薦一款應(yīng)用在紡織工程織物微應(yīng)變過程監(jiān)控的光纖傳感器，由工采網(wǎng)從國外引進(jìn)的高質(zhì)量光纖應(yīng)變傳感器 - FOS-N,FOS-N是一種光纖應(yīng)力傳感器，它是復(fù)合材料工程研究和工業(yè)應(yīng)用，如建筑物、橋梁、隧道襯砌、支承結(jié)構(gòu)、船舶和電源變壓器等結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控的理想產(chǎn)品。FOS-N應(yīng)變傳感器具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點(diǎn)。基于公認(rèn)的Fabry-Perot干涉技術(shù)，F(xiàn)ISO的光纖應(yīng)變傳感器是進(jìn)行高性能應(yīng)變測(cè)量的好的選擇。FOS-N所基于的產(chǎn)品技術(shù)和配套的兼容監(jiān)控系統(tǒng)，使用戶能在長(zhǎng)距離且不影響讀數(shù)可靠性的前提下測(cè)量應(yīng)變。FOS-N應(yīng)變傳感器對(duì)任何即將使用的纖維的拉伸和處理都不敏感，若將傳感器嵌入復(fù)合材料中，則上述特點(diǎn)可以成為非常有利的優(yōu)點(diǎn)。FOS-N光纖應(yīng)變傳感器可在惡劣的化學(xué)環(huán)境下正常工作，同時(shí)它的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，使用靈活性高，能夠滿足當(dāng)前高性能復(fù)合材料研究和土建結(jié)構(gòu)監(jiān)控的要求。
展開 光纖應(yīng)變傳感器用于測(cè)量金屬和非金屬復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變
管道、儲(chǔ)罐等結(jié)構(gòu)材料在遭受風(fēng)載荷、地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害下會(huì)發(fā)生大變形或者斷裂破壞，需要借助數(shù)值有限單元法對(duì)破壞過程進(jìn)行三維建模、情景還原以及溯源分析，此時(shí)要獲取準(zhǔn)確有效的結(jié)果，金屬材料全程的真應(yīng)力-真應(yīng)變是最為基礎(chǔ)和重要的輸入數(shù)據(jù)。下面工采網(wǎng)小編和大家一起看看如何測(cè)量金屬和非金屬復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變。
金屬材料測(cè)量裝置主要用于各種金屬、非金屬及復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)試，精密的自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和控制過程的全數(shù)字化調(diào)整，在拉伸試驗(yàn)中，檢測(cè)材料的最大承載拉力、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)變形、延伸率等技術(shù)指標(biāo)；一般在對(duì)金屬材料進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變性能測(cè)量的過程中，在夾持時(shí)金屬材料受力頂部?jī)蓚?cè)不平衡，使得夾持效果不好，在測(cè)量過程中容易移動(dòng)，導(dǎo)致測(cè)量的準(zhǔn)確性較差。為了測(cè)量的準(zhǔn)確性工采網(wǎng)推薦加拿大FISO 光纖應(yīng)變傳感器 - FOS-N用于金屬和非金屬復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量。
基于公認(rèn)的Fabry-Perot干涉技術(shù)，F(xiàn)ISO的光纖應(yīng)變傳感器是進(jìn)行高性能應(yīng)變測(cè)量的好的選擇。FOS-N所基于的產(chǎn)品技術(shù)和配套的兼容監(jiān)控系統(tǒng)，使用戶能在長(zhǎng)距離且不影響讀數(shù)可靠性的前提下測(cè)量應(yīng)變。它是復(fù)合材料工程研究和工業(yè)應(yīng)用，如建筑物、橋梁、隧道襯砌、支承結(jié)構(gòu)、船舶和電源變壓器等結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控的理想產(chǎn)品。具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點(diǎn)。
此外FOS-N應(yīng)變傳感器對(duì)任何即將使用的纖維的拉伸和處理都不敏感，若將傳感器嵌入復(fù)合材料中，則上述特點(diǎn)可以成為非常有利的優(yōu)點(diǎn)。可在惡劣的化學(xué)環(huán)境下正常工作，同時(shí)它的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，使用靈活性高，能夠滿足當(dāng)前高性能復(fù)合材料研究和土建結(jié)構(gòu)監(jiān)控的要求。
展開 基于3D泡沫石墨烯的多功能延展性應(yīng)變傳感器用于觸覺成像
柔性電子器件的高度發(fā)展使得人們對(duì)可拉伸應(yīng)變傳感器的綜合性能及其多功能化提出了更高的要求.
北京科技大學(xué)齊俊杰團(tuán)隊(duì)采用一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法, 制備了一種基于橡膠、三維石墨烯泡沫和改性硅橡膠的應(yīng)變傳感器. 該傳感器具有高延展性和壓力、應(yīng)變傳感, 應(yīng)變可視化以及焦耳加熱等多種特性.
石墨烯泡沫優(yōu)異的電學(xué)性能結(jié)合改性硅橡膠理想的機(jī)械性能使傳感器具有較寬的傳感范圍(應(yīng)變檢測(cè)上限為100%, 應(yīng)力檢測(cè)上限為66 kPa)、較高的靈敏度(最大應(yīng)變靈敏度系數(shù)為584.2, 最大應(yīng)力靈敏度系數(shù)為0.183 kPa?1)和較理想的使用壽命(循環(huán)拉伸次數(shù)超過10000個(gè)周期).
圖1 3D泡沫石墨烯的多功能延展性應(yīng)變傳感器
此外, 該傳感器在5 V的直流電壓下5分鐘內(nèi)可加熱35°C, 并可根據(jù)溫致變色原理使器件的顏色隨應(yīng)變值發(fā)生人眼可見的往復(fù)變化, 從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的可視化. 該柔性多功能應(yīng)變傳感器可作為實(shí)時(shí)、高精度檢測(cè)物理刺激的電子皮膚, 熱療或保溫的穿戴式加熱器, 或可視化智能觸摸面板.
本工作近期發(fā)表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9348-8
展開 中科大朱彥武團(tuán)隊(duì)《先進(jìn)功能材料》：三維石墨烯/PDMS復(fù)合薄膜應(yīng)變傳感器兼具高靈敏度和廣應(yīng)變范圍
【總結(jié)與展望】
目前， CVD石墨烯薄膜已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備和規(guī)模化轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到柔性基底（例如PET、PDMS等）上具有一定的柔韌性，在透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域具有潛在實(shí)用價(jià)值，但是難以應(yīng)用于應(yīng)變范圍較大的可拉伸電子器件領(lǐng)域。該工作展示了一種三維石墨烯膜（3D-GFs），轉(zhuǎn)移到柔性基底（PDMS）上以后，使得石墨烯的電機(jī)械性能得以大幅改善。研究表明，通過調(diào)節(jié)生長(zhǎng)溫度改變?nèi)S石墨烯膜（3D-GFs）的石墨化程度以及缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)三維石墨烯膜（3D-GFs）在彈性導(dǎo)體和大范圍應(yīng)變傳感器等不同應(yīng)用。我們相信這項(xiàng)研究為CVD石墨烯應(yīng)用于大范圍可拉伸傳感器提供了基礎(chǔ)；通過進(jìn)一步調(diào)控生長(zhǎng)基底上孔的微觀形貌以及生長(zhǎng)條件，或可進(jìn)一步改善其性能并應(yīng)用于其他可拉伸電子器件領(lǐng)域
展開 壓電傳感器和應(yīng)變力傳感器，如何做出正確的選擇?
</p><p><br></p><p><br></p><p><strong>壓電和應(yīng)變力傳感器有各自的優(yōu)點(diǎn)，如何進(jìn)行選擇?</strong></p><p>選擇壓電還是應(yīng)變力傳感器取決于應(yīng)用，在以下應(yīng)用中應(yīng)首先選擇壓電傳感器：</p><ul><li>傳感器安裝空間有限</li><li>初始負(fù)荷高的小力測(cè)量</li><li>測(cè)量范圍寬</li><li>非常高的溫度下測(cè)量</li><li>極端的過載穩(wěn)定性</li><li>高動(dòng)態(tài)</li></ul><p><br></p><p>基于應(yīng)變的傳感器在其他方面比壓電力傳感器具有優(yōu)勢(shì)：</p><ul><li>它們能夠測(cè)量張力，更經(jīng)濟(jì)可靠</li><li>它們能提供更好的精度、無需靜態(tài)校準(zhǔn)</li><li>在參考校準(zhǔn)測(cè)量方面，只能使用應(yīng)變測(cè)量技術(shù)</li></ul><p><br></p><p>我們建議，在任何情況下，首先要滿足測(cè)量任務(wù)的要求，其次選擇最經(jīng)濟(jì)有效的方式。當(dāng)決定使用壓電傳感器時(shí)，依然要根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行選擇。</p><p><br></p><p><br></p><p><strong>壓電傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域：</strong></p><p>1.傳感器安裝空間有限</p><p>壓電力傳感器結(jié)構(gòu)非常緊湊，例如CLP系列，高度僅3到5mm (依據(jù)量程)。因此，這種傳感器非常適合與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)集成。</p><p>2.初始負(fù)荷高的小力測(cè)量</p><p>當(dāng)施加力時(shí)，壓電傳感器產(chǎn)生電荷。然而，傳感器受到超出實(shí)際測(cè)量的力，例如在安裝期間。所產(chǎn)生的電荷可能短路，將電荷放大器輸入端的信號(hào)設(shè)置為零。這樣就可以根據(jù)要測(cè)量的實(shí)際力來調(diào)節(jié)測(cè)量范圍。因此，即使初始負(fù)載與被測(cè)量的力相差很大，也能保證高測(cè)量分辨率。CMD600等高端電荷放大器可以實(shí)時(shí)連續(xù)地調(diào)節(jié)測(cè)量范圍，從而支持這些應(yīng)用。</p><p>3.測(cè)量范圍寬</p><p>壓電傳感器在多階段中也具有優(yōu)勢(shì)。
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清華大學(xué)朱宏偉教授團(tuán)隊(duì)在石墨烯/高分子復(fù)合凝膠柔性應(yīng)變傳感材料上取得進(jìn)展
柔性應(yīng)變傳感器用于檢測(cè)動(dòng)態(tài)變形下的電信號(hào)變化，在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、醫(yī)療保健、語音識(shí)別、機(jī)器人等方面具有廣泛的應(yīng)用。監(jiān)測(cè)物理信號(hào)（如溫度，濕度、流量等）的方法眾多，其中最實(shí)用的是利用共形應(yīng)變傳感器檢測(cè)表面由各種物理信號(hào)誘發(fā)的形變，以此來表征物理信號(hào)的變化。目前關(guān)于應(yīng)變傳感材料的研究已取得了一定進(jìn)展，但由于較差的適應(yīng)性和耐久性，在應(yīng)用方面仍然受到限制，尤其體現(xiàn)在對(duì)柔性有特殊要求的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)檢測(cè)場(chǎng)合。此外，應(yīng)變傳感的應(yīng)用受限于特定應(yīng)變測(cè)量范圍和靈敏度。開發(fā)同時(shí)具有高靈敏度和大變形能力的應(yīng)變傳感器仍然具有挑戰(zhàn)性。 鳳凰環(huán)氧樹脂127https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/48285.html
清華大學(xué)材料學(xué)院朱宏偉教授團(tuán)隊(duì)采用生物礦化方法合成了一種動(dòng)態(tài)交聯(lián)、可自愈合的石墨烯/高分子復(fù)合凝膠材料用于柔性大應(yīng)變傳感。以石墨烯/高分子凝膠為傳感材料，借助其動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的延展性及導(dǎo)電性，貼附于異型表面制備了不同結(jié)構(gòu)（“三明治”夾層結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)、自支撐結(jié)構(gòu)）的電阻式應(yīng)變傳感器，具有大量程（高達(dá)500％）、高靈敏度、適應(yīng)性強(qiáng)（在空氣中和水下均能正常工作）、可靠耐用等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了多種復(fù)雜動(dòng)態(tài)形變信號(hào)（擺動(dòng)、蠕動(dòng)、扭動(dòng)及人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)）的實(shí)時(shí)快速監(jiān)測(cè)。
相關(guān)成果發(fā)表在Small上。論文第一作者為清華大學(xué)材料學(xué)院博士生林舒媛，通訊作者為朱宏偉教授。本研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。
展開 隧道變形在線監(jiān)測(cè)過程中應(yīng)用的光纖應(yīng)變傳感器
最后推薦一款可以應(yīng)用在隧道變形在線監(jiān)測(cè)過程中的光纖傳感器，由工采網(wǎng)從國外引進(jìn)的高質(zhì)量光纖應(yīng)變傳感器 - FOS-N, FOS-N是一種光纖應(yīng)力傳感器，它是復(fù)合材料工程研究和工業(yè)應(yīng)用，如建筑物、橋梁、隧道襯砌、支承結(jié)構(gòu)、船舶和電源變壓器等結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控的理想產(chǎn)品。FOS-N應(yīng)變傳感器具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點(diǎn)。FOS-N光纖應(yīng)變傳感器可在惡劣的化學(xué)環(huán)境下正常工作，同時(shí)它的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，使用靈活性高，能夠滿足當(dāng)前高性能復(fù)合材料研究和土建結(jié)構(gòu)監(jiān)控的要求。
張工聊光纖 | 光纖傳感器和常規(guī)電阻應(yīng)變片在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)上的對(duì)比
圖3 隧道監(jiān)測(cè)某個(gè)測(cè)量面的安裝
對(duì)隧道的兩個(gè)截面實(shí)施監(jiān)測(cè)，每個(gè)截面有7個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)安裝一個(gè)應(yīng)變傳感器和一個(gè)溫度傳感器。一臺(tái)4通道、機(jī)架安裝式FS22解調(diào)儀用來借解調(diào)所有的傳感器，數(shù)據(jù)每分鐘采集一次，處理后保存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫。一個(gè)19寸機(jī)架安裝在附近保護(hù)測(cè)量單元、服務(wù)器PC、UPS電源和互聯(lián)網(wǎng)連接裝置。被測(cè)的波長(zhǎng)值經(jīng)過計(jì)算得到經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)?em>應(yīng)變值和評(píng)估的收斂特性。
2）監(jiān)測(cè)阿爾及利亞索拉大橋的應(yīng)變和溫度測(cè)量
一套HBM FiberSensing公司的應(yīng)變和溫度測(cè)量系統(tǒng)用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)阿爾及利亞康斯坦丁Rhumel河上一座長(zhǎng)1.1公里的索拉大橋。這套系統(tǒng)和常規(guī)技術(shù)的傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并行安裝并即集成一整套結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。事先組裝為陣列的應(yīng)變和溫度傳感器預(yù)埋在混凝土中，陣列的每一端有一個(gè)光纖接頭。有四根光纖和接頭的光纜用來連接多個(gè)陣列。這種預(yù)先組裝的傳感器陣列提高了現(xiàn)場(chǎng)安裝的效率，不只是因?yàn)楣饫|數(shù)量的減少，也因?yàn)槭穷A(yù)裝了接頭從而在現(xiàn)場(chǎng)不需要專業(yè)人員和設(shè)備。一臺(tái)4通道光纖解調(diào)儀同步采集22個(gè)應(yīng)變傳感器和18個(gè)溫度傳感器的數(shù)據(jù)。這臺(tái)解調(diào)儀和其它數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接并且通過局域網(wǎng)控制。
圖4 混凝土澆注前安裝在一個(gè)大橋面板上的嵌入式應(yīng)變傳感器
雖然工程師們很久以來就使用電阻應(yīng)變片做結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，但上述案例也表明光纖傳感器可提供一個(gè)性能和成本都有優(yōu)勢(shì)的替代選擇。更多有關(guān)結(jié)構(gòu)測(cè)量的問題，也歡迎大家留言探討。
展開 應(yīng)變力傳感器漂移的校正方法
<p>應(yīng)變力傳感器是用于測(cè)量物體受力的傳感器，通常由電阻應(yīng)變計(jì)、彈性體、傳輸電路三部分組成。</p><p><br></p><h2><strong>應(yīng)變力傳感器為什么會(huì)產(chǎn)生漂移？</strong></h2><ul><li><strong>材料的彈性形變</strong>：所有的壓力傳感器都是基于材料的彈性形變來工作的，每次彈性回復(fù)后總會(huì)產(chǎn)生一定的彈性疲勞，這可能導(dǎo)致傳感器的輸出發(fā)生漂移。</li><li><strong>溫度變化</strong>：溫度變化是影響壓力傳感器輸出的重要因素。由于壓力傳感器通常對(duì)溫度敏感，因此溫度的變化可能導(dǎo)致傳感器的輸出發(fā)生漂移。為了減小這種影響，通常需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，利用另一種溫度特性相反的材料抵消溫度引起的變化，或者使用數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)。</li><li><strong>電路設(shè)計(jì)及元器件質(zhì)量</strong>：傳感器的電路設(shè)計(jì)以及元器件的質(zhì)量也可能導(dǎo)致漂移。例如，電路中的虛焊點(diǎn)、應(yīng)變計(jì)本身性能不穩(wěn)定、彈性體的應(yīng)力釋放不完全以及應(yīng)變片膠層有氣泡或雜質(zhì)等都可能導(dǎo)致傳感器的輸出發(fā)生漂移。</li></ul><p>雖然漂移是不可避免的，但可以通過合理的設(shè)計(jì)和選擇適當(dāng)?shù)牟牧蟻頊p小其影響。此外，還可以通過溫度補(bǔ)償、數(shù)字補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)來進(jìn)一步減小漂移。</p><p><br></p><h2><strong>應(yīng)變力傳感器的漂移校正方法</strong></h2><ul><li><strong>溫度補(bǔ)償法</strong>：由于溫度是影響應(yīng)變力傳感器性能的重要因素之一，隨著溫度的變化，傳感器的零點(diǎn)會(huì)發(fā)生漂移。為了消除溫度對(duì)零點(diǎn)的影響，可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。常見的溫度補(bǔ)償方法有兩點(diǎn)法和多點(diǎn)法。兩點(diǎn)法是在兩個(gè)已知溫度點(diǎn)進(jìn)行校正，通過線性插值得到其他溫度下的零點(diǎn)值。
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