[发明专利]金属裂纹检测传感器及系统

说明书

本申请涉及一种金属裂纹检测传感器及系统，包括薄膜绝缘层、信号输出电路、应变电阻栅和检测电路。信号输出电路设置于薄膜绝缘层。信号输出电路包括第一电极、第二电极以及串联在第一电极、第二电极之间的第一电阻，且信号输出电路用于输出检测信号。应变电阻栅设置于薄膜绝缘层，且与第一电极和第二电极分别电连接。应变电阻栅在金属表面出现裂纹时电阻发生变化。检测电路设置于薄膜绝缘层，与第一电极和第二电极分别电连接，用于检测应变电阻栅两端的电压变化，并根据电压变化计算应变电阻栅的阻值变化，并根据应变电阻栅的阻值变化确定金属表面裂纹的大小。所述金属裂纹检测传感器可以实时检测金属表面的裂纹并判断金属表面裂纹的大小。

技术领域

本申请涉及金属裂纹检测技术领域，特别是涉及一种金属裂纹检测传感器及系统。

背景技术

金属或金属构件广泛应用于航空飞机、高铁车轴以及装甲履带等。随着对相关装备环境适应能力与承载能力要求的不断提高，上述领域内的金属或金属构件的基体结构同时面临更高的载荷要求以及更恶劣的工作环境。然而，由于循环受力或长期疲劳，金属或金属构件会产生裂纹，从而降低甚至丧失承载能力。因此，实时监测金属或金属构件中产生的裂纹具有重要的意义与价值。

在传统技术中，金属裂纹的监测的方式主要为疲劳寿命预测和传感器监测。疲劳寿命预测基于经验预测，其结果误差大且无法实现裂纹的实时监控，进而在实际应用中存在较大局限性。传感器监测主要通过与金属或金属构件集成的传感器来获取金属结构状态的相关信息。然而，传感器监测只能依据接收到的信号判断裂纹的产生，而不能确定产生裂纹的大小。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术中的传感器无法确定产生裂纹的大小的问题，提供一种金属裂纹检测传感器及系统。

一种金属裂纹检测传感器，包括：

薄膜绝缘层；

信号输出电路，设置于所述薄膜绝缘层，包括第一电极、第二电极以及串联在所述第一电极、所述第二电极之间的第一电阻，所述信号输出电路用于输出检测信号；

应变电阻栅，设置于所述薄膜绝缘层，且与所述第一电极和所述第二电极分别电连接，所述应变电阻栅在金属表面出现裂纹时电阻发生变化；以及

检测电路，设置于所述薄膜绝缘层，且与所述第一电极和所述第二电极分别电连接，用于检测所述应变电阻栅两端的电压变化，并根据所述电压变化计算所述应变电阻栅的阻值变化，并根据所述应变电阻栅的阻值变化确定金属表面裂纹的大小。

在其中一个实施例中，所述第一电极、所述第二电极、所述第一电阻和所述应变电阻栅的材料为多层石墨烯金属复合薄膜材料。

在其中一个实施例中，所述应变电阻栅包括多个圆弧形电阻，多个所述圆弧形电阻具有相同的圆心且半径逐渐增大，多个所述圆弧形电阻位于相同侧的一端相互连接。

在其中一个实施例中，所述检测电路包括内置电桥电路，所述内置电桥电路与所述第一电极和所述第二电极分别电连接，并构成惠斯通电桥电路。

在其中一个实施例中，还包括第二电阻，所述应变电阻栅通过所述第二电阻与所述第二电极电连接。

在其中一个实施例中，所述第二电阻为方波状分布的薄膜电阻。

在其中一个实施例中，还包括薄膜导线，所述第一电极、所述第一电阻、所述第二电极、所述第二电阻和所述应变电阻栅之间依次通过所述薄膜导线串联为环形。

在其中一个实施例中，还包括薄膜保护层，覆盖所述第一电阻和所述应变电阻栅。

在其中一个实施例中，包括多个金属裂纹检测传感器和信号处理电路；

其中，每一所述金属裂纹检测传感器包括：

薄膜绝缘层；