本發(fā)明涉及電阻應(yīng)變傳感器，尤其是涉及一種電阻應(yīng)變傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

電阻應(yīng)變傳感器，是用于測(cè)量應(yīng)變的元件，應(yīng)變傳感器由基底、敏感柵和兩根引出線組成，其中敏感柵是應(yīng)變片的形變敏感單元。電阻應(yīng)變傳感器的測(cè)量原理是將敏感單元粘貼在構(gòu)件上，當(dāng)構(gòu)件受力變形時(shí)，敏感單元的長(zhǎng)度或著橫截面積也隨著構(gòu)件一起變化，進(jìn)而發(fā)生電阻變化,它能以電阻變化讀取被測(cè)工件應(yīng)變變化。電阻應(yīng)變傳感器敏感單元有多種形式，根據(jù)敏感元件材料的不同，應(yīng)變傳感器可分為金屬和半導(dǎo)體兩大類：金屬式應(yīng)變傳感器又可分為金屬絲式和箔式，通常由手工或半自動(dòng)繞制或光刻加工成應(yīng)變傳感器。諸如由直徑為0.02～0.05mm的康銅絲或者鎳鉻絲繞成柵狀(或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀)夾在兩層絕緣薄片(基底)中制成，用鍍錫銅線與應(yīng)變片絲柵連接作為應(yīng)變片引線，用來(lái)連接測(cè)量導(dǎo)線。由于箔材厚度的限制,約束了其在小型化和微型化傳感器上的應(yīng)用,這也促進(jìn)了半導(dǎo)體式應(yīng)變片的發(fā)展，半導(dǎo)體式應(yīng)變傳感器具有集成微型化和高靈敏度等特點(diǎn)。但在其應(yīng)變片的成形工藝上、還應(yīng)指出,無(wú)論是蒸鍍還是濺射技術(shù),應(yīng)變片柵形的控制通常是采用掩模版，由于真空環(huán)境條件和光刻工藝的高制造成本，限制了半導(dǎo)體式應(yīng)變片的批量化低廉制造。另一方面，金屬或者半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器不能緊密貼合于曲面工件，這也限制了此類應(yīng)變傳感器的應(yīng)用。目前無(wú)論是金屬或者半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器都是在測(cè)試需要的時(shí)候黏貼在待測(cè)試工件上，黏貼的可靠性會(huì)影響工件應(yīng)變與傳感器應(yīng)變的同步性。中國(guó)專利cn206132080u公開一種黏貼式石墨柵柔性電阻應(yīng)變片，可以適用于多場(chǎng)合的測(cè)試工件，但黏貼的方式引起的機(jī)械滯后性會(huì)影響其測(cè)量精度。中國(guó)專利cn201611041219.1、cn201620822089.4和cn201610239111.7分別公開在航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路、井壁結(jié)構(gòu)模型試件等場(chǎng)合的應(yīng)變片有效粘貼等方法來(lái)提高應(yīng)變片的測(cè)試精度，但這些方法的可拓展性較低，不能適用于更多的待測(cè)試工件及場(chǎng)合，而且工藝復(fù)雜，且成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)中制造成本較高及需要黏貼而引起的滯后效應(yīng)和無(wú)法在曲面緊密貼合等缺陷，提供簡(jiǎn)單方便成本低的一種石墨烯基電阻應(yīng)變傳感器及其制造方法。

所述石墨烯基電阻應(yīng)變傳感器設(shè)有下基底層、聚合物薄膜、激光器、石墨烯基應(yīng)變柵、金屬連接組件與引出線；所述下基底層為待測(cè)試工件，位于下基底層的上表面為噴涂的聚合物薄膜；所述石墨烯基應(yīng)變柵通過(guò)激光在聚合物薄膜上照射誘導(dǎo)形成的圖案化結(jié)構(gòu)，激光器實(shí)現(xiàn)照射區(qū)域薄膜石墨烯化；金屬連接組件與引出線位于石墨烯基應(yīng)變柵兩端；所述金屬連接組件與引出線用于連接測(cè)試設(shè)備并輸出數(shù)據(jù)。

所述聚合物薄膜通過(guò)激光照射可形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所述聚合物薄膜可選自苯型聚酰亞胺等。

所述石墨烯基應(yīng)變柵通過(guò)激光按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡在聚合物薄膜上照射誘導(dǎo)形成的圖案化結(jié)構(gòu)，激光器在照射過(guò)程中實(shí)現(xiàn)照射區(qū)域薄膜石墨烯化。

所述激光器的參數(shù)可為：功率：0.1w～1kw，頻率：1～100ghz；占空比：1％～100％；波長(zhǎng)：1nm～1mm；移動(dòng)速度范圍<10m/s；波形為脈沖方波；也可以是其他種類的激光器及其相關(guān)參數(shù)。

所述石墨烯基應(yīng)變柵用于感知形變所引起的電阻變化。

所述石墨烯基電阻應(yīng)變傳感器的制造方法，具體步驟如下：

將聚合物薄膜通過(guò)噴涂的方式沉積在下基底層上，或通過(guò)刮涂、靜電噴霧等方式沉積，或?qū)⒕酆衔锉∧ぶ苯羽べN在下基底層上，或通過(guò)疊加方式制造出多維度應(yīng)變傳感器，所述石墨烯基應(yīng)變柵是利用激光在聚合物薄膜上以高頻脈沖能量破壞聚合物薄膜的分子鏈，將含氧、氫等元素的官能團(tuán)氣化揮發(fā)，在分子鏈上留下c-c、c＝c等官能團(tuán)，完成誘導(dǎo)薄膜石墨烯化，即得石墨烯基電阻應(yīng)變傳感器。

本發(fā)明以高聚物溶液作為工作流體，將高聚物油墨置于在試件上沉積一層薄膜,干燥后利用激光按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡在薄膜上圖案化敏感柵結(jié)構(gòu)。激光在薄膜上照射過(guò)程中誘導(dǎo)薄膜石墨烯化形成應(yīng)變?cè)Ｔ搼?yīng)變敏感柵所構(gòu)成的電阻應(yīng)變片能夠單一或者多位置動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)特定局部應(yīng)變或大面積位置的平均應(yīng)變,能夠適用平面甚至是金屬或者半導(dǎo)體應(yīng)變片不能緊密貼合的曲面工件，測(cè)量精度高，同時(shí)具有簡(jiǎn)單快捷,成本低廉等制造優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的噴涂和激光協(xié)同制造石墨烯基電阻應(yīng)變敏感柵的制造,該石墨烯基敏感柵作為電阻應(yīng)變傳感器的應(yīng)變?cè)?yīng)用于工件應(yīng)變檢測(cè)，能夠適用平面甚至是金屬或者半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器不能緊密貼合的曲面工件。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，所述石墨烯基電阻應(yīng)變傳感器實(shí)施例設(shè)有下基底層1、聚合物薄膜3、激光器4、石墨烯基應(yīng)變柵5、金屬連接組件與引出線6；所述下基底層1為待測(cè)試工件，位于下基底層1的上表面為噴涂2的聚合物薄膜3；所述石墨烯基應(yīng)變柵5通過(guò)激光在聚合物薄膜3上照射誘導(dǎo)形成的圖案化結(jié)構(gòu)，激光器4實(shí)現(xiàn)照射區(qū)域薄膜石墨烯化；金屬連接組件與引出線6位于石墨烯基應(yīng)變柵5兩端；所述金屬連接組件與引出線6用于連接測(cè)試設(shè)備并輸出數(shù)據(jù)。

所述聚合物薄膜3通過(guò)激光照射可形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所述聚合物薄膜3可選自苯型聚酰亞胺等。

所述石墨烯基應(yīng)變柵5通過(guò)激光按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡在聚合物薄膜3上照射誘導(dǎo)形成的圖案化結(jié)構(gòu)，激光器4在照射過(guò)程中實(shí)現(xiàn)照射區(qū)域薄膜石墨烯化。

所述激光器4的參數(shù)為：功率：0.1w～1kw，頻率：1～100ghz；占空比：1％～100％；波長(zhǎng)：1nm～1mm；移動(dòng)速度范圍<10m/s；波形為脈沖方波；也可以是其他種類的激光器及其相關(guān)參數(shù)。

所述石墨烯基應(yīng)變柵5用于感知形變所引起的電阻變化。

所述石墨烯基電阻應(yīng)變傳感器的制造方法，具體步驟如下：

將聚合物薄膜3通過(guò)噴涂的方式沉積在下基底層1上，或通過(guò)刮涂、靜電噴霧等方式沉積，或?qū)⒕酆衔锉∧?直接黏貼在下基底層1上，或通過(guò)疊加方式制造出多維度應(yīng)變傳感器，所述石墨烯基應(yīng)變柵5是利用激光在聚合物薄膜3上以高頻脈沖能量破壞聚合物薄膜3的分子鏈，將含氧、氫等元素的官能團(tuán)氣化揮發(fā)，在分子鏈上留下c-c、c＝c等官能團(tuán)，完成誘導(dǎo)薄膜石墨烯化，即得石墨烯基電阻應(yīng)變傳感器。

以下給出具體實(shí)施例。

本發(fā)明方法以均苯型聚酰亞胺高聚物溶液作為工作流體，通過(guò)噴涂2在待測(cè)試工件(下基底層1)上沉積一層聚合物薄膜3,干燥后利用激光器4按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡在工作薄膜上照射形成石墨烯基應(yīng)變柵5結(jié)構(gòu)，激光器作為一種高能粒子束，在聚合物薄膜3上照射過(guò)程中以其高頻脈沖能量破壞均苯型聚酰亞胺的分子鏈，將含氧、氫等元素的官能團(tuán)氣化揮發(fā)，在分子鏈上留下c-c、c＝c等官能團(tuán)，完成了誘導(dǎo)均苯型聚酰亞胺薄膜石墨烯化并成為應(yīng)變?cè)?，最后在石墨烯基?yīng)變柵5兩端連接金屬組件與引出線6，通過(guò)引出線連接測(cè)試設(shè)備，輸出數(shù)據(jù)。該石墨烯基應(yīng)變柵5所構(gòu)成的電阻應(yīng)變片能夠單一或者多位置動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)特定局部應(yīng)變或大面積位置的平均應(yīng)變,能夠適用平面甚至是金屬或者半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器不能緊密貼合的曲面工件。