[发明专利]基于直书写打印的裂纹扩展长度监测用格栅传感器及方法

说明书

本发明涉及一种基于直书写打印的裂纹扩展长度监测用格栅传感器及方法，其中，格栅传感器基于直书写打印设置于待监测裂纹扩展区域，所述格栅传感器包括与待监测裂纹扩展区域对应的绝缘基底以及设置于所述绝缘基底上的监测传感单元，所述监测传感单元包括两条传感单元连接电极以及若干横跨电连接所述两条传感单元连接电极的传感单元体，其中，多个传感单元体的排布方向与待监测裂纹扩展区域的裂纹长度扩展方向相一致，且任一传感单元体的长度方向与待监测裂纹扩展区域的裂纹长度扩展方向垂直。本发明能有效实现裂纹扩展长度的监测，基于直书写打印工艺，与被裂纹扩展具有良好的损伤一致性，与现有工艺兼容，安全可靠。

技术领域

本发明涉及一种格栅传感器及方法，尤其是一种基于直书写打印的裂纹 扩展长度监测用格栅传感器及方法。

背景技术

目前，健康监测技术常用的传感器主要有：应变传感器、导波传感器、 光纤传感器、比较真空度传感器、智能涂层传感器、声发射传感器以及涡流 传感器等，其中，不同传感器均有自己的优缺点和实用范围。

疲劳损伤断裂是金属结构失效的主要形式，金属结构在使用过程中受到 交变载荷的作用，不可避免地出现疲劳损伤，在应力集中部位极易产生疲劳 裂纹，裂纹的萌生和扩展会造成结构的破坏，因此，对裂纹进行监测是十分 必要的。但，目前现有健康监测用的传感器均无法有效实现对裂纹扩展长度 的监测。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于直书写打印 的裂纹扩展长度监测用格栅传感器及方法，其能有效实现裂纹扩展长度的监 测，基于直书写打印工艺，与被裂纹扩展具有良好的损伤一致性，与现有工 艺兼容，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述基于直书写打印的裂纹扩展长度监测 用格栅传感器，所述格栅传感器基于直书写打印设置于待监测裂纹扩展区域， 且所述待监测裂纹扩展区域的扩展方向指向所述格栅传感器；

所述格栅传感器包括与待监测裂纹扩展区域对应的绝缘基底以及设置于 所述绝缘基底上的监测传感单元，所述监测传感单元包括两条传感单元连接 电极以及若干横跨电连接所述两条传感单元连接电极的传感单元体，其中， 多个传感单元体的排布方向与待监测裂纹扩展区域的裂纹长度扩展方向相一 致，且任一传感单元体的长度方向与待监测裂纹扩展区域的裂纹长度扩展方向垂直。

还包括用于保护监测传感单元的绝缘保护层，所述绝缘保护层覆盖监测 传感单元上，且两条传感单元连接电极正对应的一端露出，以形成所需的监 测传感电极端。

两条传感单元连接电极相互平行，相邻传感单元体间的距离相同。

利用导电银浆在绝缘基底上打印形成所需的传感单元连接电极，利用导 电碳浆打印得到所需的传感单元体，其中，

对任一传感单元体，在所述传感单元体的两端均设置单元体连接端盘， 传感单元体通过两端的单元体连接端盘与传感单元连接电极电连接。

格栅传感器利用监测传感单元确定待监测裂纹扩展区域的裂纹扩展长度 时，则有：

L＝l×[N-int(R₀/R₁)]

其中，L为裂纹扩展的长度，l为相邻传感单元体之间的距离，N为传感单元 体的数量，R₀为任一传感单元体相对应的电阻，R₁为监测传感单元当前电阻， int为取整运算，int(R₀/R₁)为不超过R₀/R₁的最大整数。

格栅传感器利用监测传感单元确定待监测裂纹扩展区域的裂纹扩展长度 时，则有：

L＝l×m

其中，L为裂纹扩展的长度，l为相邻传感单元体之间的距离，m为监测传感 单元内传感单元的电阻突变次数。