[发明专利]一种基于手性结构形状记忆聚合物的结构温度自监测系统

说明书

本发明公开了一种基于手性结构形状记忆聚合物的结构温度自监测系统，包括固定装置、手性结构微孔板和摩擦电纳米发电机组。每组手性结构微孔板设置有一个正六边形板和六个手性腿，手性结构微孔板会在一定条件下产生特定变形。所述手性结构微孔板固定在固定装置上，所述摩擦电纳米发电机组含有对称放置的两个滑动模式摩擦电纳米发电机，采集手性结构微孔板不同方向形变的数据，形成电压进行测量。本发明系统可以在无外接电源的条件下，监测结构任意部位(表面或内部)的温度，并在保证温度数据的完整性和代表性的条件下，得到兼具时效性和准确性的温度数据，进而实现结构温度的准确高效的自监测。

技术领域

本发明属于结构健康监测领域，具体涉及一种结合具负泊松比性质的手性结构形状记忆聚合物微孔板的温度效应和摩擦电效应的结构温度自监测系统。

背景技术

结构温度监测是结构健康监测的一个重要环节。结构产生的变形主要来自于两个方面，即温度变化引起的热致正常变形和结构损伤或材料退化引起的反常变形。热致正常变形占结构总变形的大部分，它会掩盖真正给结构健康带来负面影响的反常变形。因此，有必要进行结构温度监测。然而，现有的结构温度监测技术主要有基于红外热成像仪的结构温度监测和内嵌温度传感器的结构温度监测。然而，红外热成像仪仅能对结构物表面温度进行监测，内嵌的温度传感器由于结构空腔的存在，导致能量的传出受阻，导致这两类方法测得的结构温度缺乏准确性和时效性。因此，有必要设计一种准确高效的结构温度监测系统。

摩擦电纳米发电机的发展为本发明提供了技术支持。摩擦电纳米发电机是一种基于摩擦电效应和麦克斯韦位移电流原理的新型静电发电机，该装置包含两块相互面对的电极性相反材料的介电薄膜。摩擦电纳米发电机有四种不同结构的工作模式：接触分离模式、滑动模式、单电极模式和独立模式。它可以利用两个绝缘子物理接触分离过程中产生的表面静电电荷产生电力，通过将摩擦对与接触感应的摩擦电荷分开，将产生电势降，迫使电子在两个电极之间流动。摩擦电纳米发电机受环境或气候条件的限制较小，且在机械能收集的应用中，比电磁和压电能量收集器具有更高的功率输出和能量转换效率。目前已应用于用于风能和水、结构振动和生物力学运动等能量收集，以及自供电的智能传感，如矢量传感器、触觉传感器、振动检测、人体物理信号检测等。

在本发明中，考虑到传统温度监测技术所得数据缺乏准确性、代表性和时效性。本发明提出一种结合具负泊松比性质的手性结构形状记忆聚合物微孔板的温度效应和摩擦电效应的结构温度自监测系统。本发明解决的问题是，该系统可以在无外接电源的条件下，监测结构任意部位(表面或内部)的温度，并在保证温度数据的完整性和代表性的条件下，得到兼具时效性和准确性的温度数据，进而实现结构温度的准确高效的自监测。本发明的创新之处在于系统的环境自适应性；自供能的特点；通过结构创新实现机械能向可存储电能的转化；形变-温度理论模型；实现结构不同部位的实时温度测量。

发明内容

针对传统的结构温度监测技术测得的温度数据缺乏准确性、代表性和时效性，本发明提出一种结合具负泊松比性质的手性结构形状记忆聚合物微孔板的温度效应和摩擦电效应的结构温度自监测系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于手性结构形状记忆聚合物的结构温度自监测系统，包括固定装置、若干组手性结构微孔板和摩擦电纳米发电机组。

每组手性结构微孔板设置有一个正六边形板和六个手性腿，相邻的手性结构微孔板通过手性腿相连，手性结构微孔板会在温度变化时产生变形。

所述手性结构微孔板固定在固定装置上，所述摩擦电纳米发电机组含有对称放置的两个滑动模式摩擦电纳米发电机，采集手性结构微孔板不同方向形变的数据，发电机的一极固定于固定装置的支架上，另一极固定于手性结构微孔板上随其运动，当温度变化时，两极产生相对位移，形成电压进行测量。

进一步地，固定装置设置有托盘、支架和真空吸盘，每个真空吸盘上设置有气阀、通气圆柱筒和软吸盘。