图5拟合曲线与校准曲线图6迟滞特性图
从而得到智能悬臂梁的线性度：
迟滞特性可用传感器正行程和反行程平均校准特性之间的最大差值与满量程输出的百分比来表示。作出正反行程时树脂基碳纤维智能层电阻与应变的变化图6。
从图6可以得到树脂基碳纤维智能层的迟滞H：
2.3重复性
重复性是一个反映传感器能否精密测量的性能指标。它是指在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，输入量从同一方向作满量程变化时，同一输入量值所对应的连续先后多次测量所得的一组输出量值的相互偏离程度。用标准偏差s表示重复性。
重复性用下式算出：
 （3）
对于正态分布，当置信概率系数为2，置信概率为95.44%；取为3时，则为99.73%。
按8mm位移控制，作3个周期的循环加载，得到智能层的重复性数据。
整理计算后可以得到：
上式结果表明，碳纤维智能层重复性较好。
2.4零点漂移
零点漂移是指测试系统测试其范围内最低值时，在规定条件下输出随时间而变化的趋势。进行零点漂移测试，先将树脂基碳纤维智能层两电极接通keithley2400电源，通电10mA预热10分钟；通电加热后将两电极接入keithley2700，在悬臂梁无任何加载的情况下，每隔10min记录一次传感器的零点输出，共进行一小时。记录的1小时智能层电阻数据如下：
表1零点漂移电阻值
|
时间（min）
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
|
电阻（Ω）
|
329.2832
|
329.3044
|
329.3096
|
329.2223
|
329.2694
|
329.2128
|
由表1可以得到树脂基碳纤维智能层一小时内的零点漂移D：
式中 —传感器零点初始输出值， —传感器零点最大输出值。
传感器是数据采集的重要部件之一，其精确度及稳定性的好坏，直接影响测量结果的精确与否。灵敏度是影响传感器精度的重要指标之一，一般情况下，提高灵敏度，可得到较高的测量精度，本文设计的碳纤维智能悬臂梁灵敏度高，达到150，比电阻应变片的灵敏度（约为2）要高得多；智能悬臂梁的重复性好，零点漂移较小，在循环加载试验中电阻变化稳定。另外，由于利用树脂基碳纤维智能层作为传感元件的研究尚处于初步阶段，悬臂梁的线性度与迟滞比现在广泛应用的悬臂梁传感器要大，有待于进一步提高制作工艺水平和消除试验误差。
3结语
本文针对“U”型智能层悬臂梁结构的传感特性分析表明：采用树脂基碳纤维智能层作为应变测量元件，具有灵敏度高、结构简单与稳定性好等优点，可应用于复合材料本征结构的应变、位移监测，还可以在称重等需要高灵敏度测量的领域。
参考文献
1 陶宝祺. 智能材料结构[M].北京:国防工业出版社,1997.
2 朱四荣,郑华升,李卓球. 树脂基搭接碳纤维智能层的力阻特性[J].复合材料学报,2010(6):111-155.
3 李顺林,肖军.碳纤维增强塑料层合板斜交层间的剪切强度[J].固体力学学报,1988(9):265-268
4 周文松,李惠,欧进萍. 反复荷载作用下碳纤维复合材料力电性能试验研究[J]. 功能材料. 2004(35):2227-2229
5 宋显辉,刘冬,吕泳,李卓球. 碳纤维树脂基复合材料的传感特性研究[J]. 工程塑料应用,2007,2(35):48-51
6 SihaiWen, Chung D D L. Electrical-resistance-based damage self-sensing in carbon fiber reinforced cement[J]. Carbon 45 (2007) 710-716.
7 Zhu Sirong , Chung D D L. Analytical model of piezoresistivity for strain sensing in carbon fiber polymer-matrix structuralcomposite under flexure[J].Carbon,2007,45(8):1606-1613.
8 Yoshiki Okuhara ,Hideaki Matsubara. Carbon-matrix composites with continuous glass fiber and carbon black for maximum strain sensing[J].Carbon 45 (2007) 1152-1159. 2/2 首页 上一页 1 2 |
