[发明专利]一种监测飞机壁板状态的柔性传感器及其制备方法

说明书

一种监测飞机壁板状态的柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤1：裁剪PI薄膜贴于铝合金基板上；步骤2：激光诱导PI薄膜得到石墨烯敏感层；步骤3：用PI单面胶带对有石墨烯敏感层一侧进行封装，并在两端连接导线；步骤4：将柔性传感器贴合于铝合金结构件，对铝合金结构件分别进行冲击损伤、持续加载稳定性、弯曲变形实时监测；将多个柔性传感器在碳纤维飞机壁板上做矩形阵列布控，对碳纤维壁板进行多通道冲击损伤实时监测。一种监测飞机壁板状态的柔性传感器，包括石墨烯敏感层，石墨烯敏感层两端设置有电极，电极分别与对应的导线连接，在裸露的石墨烯敏感层一侧用PI单面胶带封装。采用激光诱导PI薄膜制备石墨烯敏感层，操作简单，成本低。

技术领域

本发明属于飞机结构健康监测技术领域，其中涉及激光诱导石墨烯技术，特别涉及了一种监测飞机壁板状态的柔性传感器及其制备方法。

背景技术

柔性应变传感器是一种灵活的电子元件，可以测量物体表面的应变或变形。这种传感器通常由柔性材料制成，如聚合物或弹性体。当物体发生形变时，柔性传感器会产生电信号，这些信号可以转换为数字信号并传输到计算机或其他设备上进行处理和分析。柔性应变传感器的优点是具有较高的灵敏度和精度，可以测量非常小的应变或变形。此外，由于其柔性材料的特性，它们可以适应不同形状和曲率的物体表面，并且可以进行大范围的应变测量。因此，它们被广泛应用于机器人技术、医疗设备、智能交通系统、智能家居、电子游戏等领域。柔性应变传感器的制造方法也非常多样，包括印刷、喷墨和纺织等技术。这些制造方法使得柔性应变传感器的成本相对较低，同时也使得它们可以在大规模生产中得到广泛应用。

激光诱导石墨烯技术(LIG)是一种新型的制备石墨烯的方法，它通过激光辐射碳源材料，在表面产生电荷，从而在表面形成石墨烯薄膜。与传统的化学气相沉积(CVD)方法相比，LIG方法具有成本低、制备周期短、操作简单等优点，因此受到了广泛的关注。LIG技术的优点包括：制备过程简单、快速、低成本；可以在各种基础材料上进行制备，包括聚合物、纸张、织物等；石墨烯薄膜与基础材料结合紧密，有较好的机械强度和柔韧性，可用于制备柔性电子元件等。

目前，柔性应变传感器主要应用于人体医疗保健，监测人体的生命体征等，但应用在飞机壁板类结构件健康监测鲜有报道。飞机结构健康监测可以帮助识别潜在的结构缺陷或故障，从而预防事故发生。例如，如果检测到飞机壁板的损伤，可以及时进行维修，防止飞机在飞行中失效。通过监测飞机结构的健康状况，可以及早测飞机结构的健康状况，并进行及时的维修和保养，可以延长飞机的使用寿命。飞机结构健康发现问题并进行维修，避免更严重的损坏，从而提高飞机的可靠性和减少维修成本。通过定期监监测是确保适航性的重要手段之一。柔性传感器能够实现与飞机结构件的集成一体化，并且通过激光诱导石墨烯能够实现柔性传感器标准化制备，可以应用到飞机结构健康监测领域。

传统的石墨烯制备方法过程复杂，成本较高。传统应变片、光纤光栅覆盖区域小。对于弧形面、异形表面、垂直面，传统应变片和光纤光栅无法布置。因此将柔性传感器应用于飞机壁板等大型结构件并实现标准化制备是十分迫切的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本文提出了一种监测飞机壁板状态的柔性传感器及其制备方法，采用CO₂激光机激光诱导PI薄膜制备石墨烯敏感层，操作简单，成本低；采用柔性应变传感器覆盖面积大，监测范围更广；对于弧形面、异形表面、垂直面，采用柔性应变传感器可以解决光纤布置问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种监测飞机壁板状态的柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：裁膜

裁剪所需要尺寸的PI薄膜贴于铝合金基板上，铝合金基板提前用无水乙醇擦除杂质和灰尘；

步骤2：激光诱导石墨烯