[发明专利]一种基于柔性光电纳米薄膜的自驱动应变传感器

说明书

本发明提供一种基于柔性光电纳米薄膜的自驱动应变传感器，用于测量待测构件的应变，包括一滑槽单元和设置在滑槽单元内的滑片单元，所述的滑片本体可沿所述的滑槽单元移动，所述的底板一端的连接端用于固连待测构件，所述的滑片本体端部的凸起也用于固连待测构件；所述的滑片本体与所述的滑槽单元贴合的表面设置感光层，所述的底板的底面设置遮光层；所述的滑槽单元与所述的滑片本体贴合的表面设置导电层。感光层基于异质结结构制作，当待测构件产生应变时，感光层部分接收到光照，可根据输出的电流信号反算得到构件应变。相对于传统应变测量方法，本发明提供的应变传感器具有结构简单、测量精度高、响应速度快、应用范围广的优点。

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及一种基于柔性光电纳米薄膜的自驱动应变传感器。

背景技术

对结构进行应变测量是了解结构受力状态、进行结构维护与设计优化、保障结构安全的重要环节，在工程中具有重要意义。在当前的工程行业中，应变测量仪器广泛应用于桥梁、铁路、大坝以及各种建筑设施的应变测量。目前常用的应变测量仪器主要有千分表应变计、电阻应变计、振弦式应变计，等等。千分表应变计是一种机械式应变测量仪器，通过比较两次测量之间的差值为所求变形量。但千分表应变计在每次测量前都必须在标准针距尺上标读之后才能在待测结构上进行测量，较为繁琐，且由于标注长度以及安装的限制，在实际应用中受限较大。电阻应变计利用某种金属丝导体的“应变电阻效应”工作，但其具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，受环境影响较大等缺陷，且其只能测构件表面一个点沿某个方向的应变而不能进行全域性测量。振弦式应变计能够感应到结构内部的应力变化，将其变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率，其频率信号经电缆传输至读数装置，进而测出结构内部的应变量，但振弦式应变计存在其传感器材料及加工工艺要求较高，且测量精度较低等缺陷。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于柔性光电纳米薄膜的自驱动应变传感器，能够将待测构件变形能转化为电能并以电信号的形式输出，结构简单、测量精度高、响应速度快、应用范围广。具体的技术方案如下：

一种基于柔性光电纳米薄膜的自驱动应变传感器，用于测量待测构件的应变，包括一滑槽单元和设置在滑槽单元内的滑片单元，所述的滑槽单元包括底板、设置在底板一端的连接端以及设置在所述的底板中部的限位套筒，所述的滑片单元包括滑片本体以及设置在所述的滑片本体端部的凸起，所述的滑片本体可沿所述的滑槽单元移动，且通过所述的限位套筒实现所述的滑片本体与所述的滑槽单元贴合，所述的底板一端的连接端用于固连待测构件，所述的滑片本体端部的凸起也用于固连待测构件；所述的滑片本体与所述的滑槽单元贴合的表面设置感光层，所述的底板的底面设置遮光层；所述的滑槽单元与所述的滑片本体贴合的表面设置导电层。

进一步地，所述的感光层包括光刻蚀衬底、以及设置在光刻蚀衬底上两侧的电极，其中一个电极上设置石墨烯层，另一个电极上设置Pa型硅层，且在所述的光刻蚀衬底上两个电极的中间，所述的Pa型硅层和石墨烯层依次铺设，所述的Pa型硅层靠近光刻蚀衬底。

进一步地，所述的电极为铝电极。

进一步地，所述的滑片本体由高压聚乙烯制成，所述的滑槽单元由乙酸乙烯酯含量大于30％的乙烯-乙酸乙烯共聚物制成。

进一步地，所述的滑槽单元由丙烯-乙烯无规共聚物制成。

进一步地，所述的滑片本体与所述的底板的长度相等，所述的滑片本体与所述的限位套筒的宽度相等。

进一步地，还包括测量电路，测量电路包括电线与电信号测量装置，电信号测量装置测量应变传感器的感应电流。

进一步地，所述测量电路集成在滑槽的底部。

本发明的有益效果是：