[发明专利]基于等离子体喷涂的裂纹监测传感器及其制备、监测方法

权利要求书

1.基于等离子体喷涂的裂纹监测传感器的制备方法，其特征在于，基于等离子体喷涂的裂纹监测传感器是通过常压冷等离子体喷涂法将绝缘基底层(1)、损伤传感元(2)和封装保护层(3)一体化集成在任意形状的目标监测结构表面的功能梯度镶嵌式膜结构，其形状与不同目标监测结构的裂纹监测部位的形状相匹配；所述绝缘基底层(1)位于最底层且与目标监测结构表面相结合；所述损伤传感元(2)是多环传感元结构，其各环中心重叠、相邻两环的间距相等且其相邻两环的间距为1.5～2.5mm，每环均设有输出电压引线；封装保护层(3)位于最表层，损伤传感元(2)位于绝缘基底层(1)和封装保护层(3)之间且被绝缘基底层(1)和封装保护层(3)完全包裹；所述绝缘基底层(1)、损伤传感元(2)和封装保护层(3)的厚度均为4～10μm；所述绝缘基底层(1)由Al₂O₃制得；所述损伤传感元(2)由Cu制得；所述封装保护层(3)采用硬度、抗腐蚀性和在相应环境中环境耐受性优良的TiN粉末制得，所述TiN粉末粒度为140～320目；

基于等离子体喷涂的裂纹监测传感器的制备过程为：损伤传感元(2)先根据危险部位设计成任意形状，制作与损伤传感元(2)几何形状比例为1:1的开槽模具，然后采用常压冷等离子喷涂方法在目标监测结构基体上依次喷涂绝缘基底层(1)、损伤传感元(2)和封装保护层(3)；

所述损伤传感元(2)利用开槽模具进行喷涂。

2.根据权利要求1所述的基于等离子体喷涂的裂纹监测传感器的制备方法，其特征在于，所述损伤传感元(2)经其上的导线连接机构(4)连接外部测量设备。

3.根据权利要求2所述的基于等离子体喷涂的裂纹监测传感器的制备方法，其特征在于，所述导线连接机构(4)为焊点、导电胶或者机械卡扣。

4.根据权利要求1所述的基于等离子体喷涂的裂纹监测传感器的制备方法，其特征在于，采用常压冷等离子喷涂系统进行等离子喷涂；

所述常压冷等离子喷涂系统的等离子体气源是纯度为99.999％的N₂和纯度为99.999％的NH₃按92:8的体积比等压均匀混合的混合气体；

所述常压冷等离子喷涂系统采用气体压缩式雾化器对Cu(NO₃)₂溶液进行雾化，气体压缩式雾化器的驱动气体是纯度为99.999％、流量为4L/min的N₂；

所述常压冷等离子喷涂系统的保护气体是纯度为99.99％、流量为12L/min的氩气。

5.根据权利要求1所述的基于等离子体喷涂的裂纹监测传感器的制备方法，其特征在于，所述采用等离子喷涂方法在目标监测结构基体上喷涂绝缘基底层(1)前需要对目标监测结构基体依次进行除油、碱清洗、热水洗、流动冷水洗；

所述采用等离子喷涂方法在绝缘基底层(1)上喷涂损伤传感元(2)前需要对绝缘基底层(1)和开槽模具依次进行去油、三氯乙烯超声清洗、氟利昂超声清洗、清水超声清洗、去离子水超声清洗和烘干；

所述采用常压冷等离子喷涂系统进行等离子喷涂的具体过程为：首先将NH₃、N₂控制阀打开，调节输出压力至等压，将NH₃、N₂按照92:8的体积比混合均匀，混合气压0.35MPa；将基体载玻片分别经过丙酮、酒精超声清洗30min去除表面污渍并干燥后固定于基体台上；调整等离子体枪头与目标监测结构基体的相对位置，使枪头到目标监测结构基体的距离为3mm；将配制的浓度为70～140g/L的Cu(NO₃)₃溶液装入气体压缩式雾化器，并将NH₃和N₂的混合气体通入常压冷等离子喷涂系统；打开雾化Cu(NO₃)₃溶液的载气开关，将溶液通过雾化器雾化后形成的雾状微粒通入到等离子体光焰下游，同时打开保护气开关；打开等离子发生器的开关，调节等离子发生器的输出功率，产生稳定的等离子体光焰；控制运动平台的运动轨迹和速率，打开运动平台控制开关即可进行喷涂。