一种能识别树脂流动方向的介电传感器及其制备方法与应用

本发明属于方向监测相关，更具体地，涉及一种能识别树脂流动方向的介电传感器及其制备方法与应用。

背景技术：

1、纤维增强树脂基复合材料具有高比强度、高比模量等突出优点，其广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。复合材料液体成型工艺是实现复合材料成型的关键技术之一，其高效生产和优异性能确保了复合材料制品的质量和竞争力，该工艺的广泛应用和灵活性使得复合材料成型能够适应各种产品需求，并在现代工业中发挥重要作用。在复合材料液体成型工艺中，树脂流动情况影响树脂充填模具的均匀性和完整性，树脂流动异常易引起孔隙、干斑等缺陷，降低产品的力学性能，同时会产生不必要的生产废品和后续加工工序，增加生产成本。通过监测树脂流动方向，可及时发现树脂充填过程中出现的问题，并进行及时调整和改进，确保生产过程的稳定性和一致性，提升工艺的可靠性和生产效率，确保树脂充填模具的均匀性和完整性，保障产品的质量和性能。因此，复合材料成型过程中的树脂流动方向监测至关重要，对于控制复合材料构件成型质量具有重要意义。

2、目前能够实现树脂流动监测的传感器包括液体压力传感器、光纤传感器、电容传感器等。光纤传感器价格昂贵、监测成本高且在实际成型过程中脆弱易碎；液体压力传感器和电容传感器等，其单个传感器只能监测树脂浸润传感器区域的时间但无法监测树脂的流动方向，需要通过多个传感器建立监测阵列来实现对树脂流动方向的监测，多个传感器的安装、连接和调试等工作，增加了监测系统的复杂性，在实际使用过程中也需要投入更多的人力和维护成本。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种能识别树脂流动方向的介电传感器及其制备方法与应用，其旨在降低树脂流动的监测成本。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种能识别树脂流动方向的介电传感器，所述介电传感器包括上电极、下电极及设置在所述上电极与所述下电极之间的复合材料层，所述下电极的形状为连续图形，其是一体化的第一导电体，所述上电极位于所述连续图形的外轮廓线内，其分别为上区域、下区域、左区域及右区域，所述上区域、所述下区域、所述左区域及所述右区域分别设置有第二导电体，所述上区域内的第二导电体的数量与所述下区域的第二导电体的数量不同，所述左区域内的第二导电体的数量与所述右区域的第二导电体的数量不同，且位于同一个区域内的多个第二导电体间隔设置；

3、第一导线将所述左区域内的第二导电体及所述右区域内的第二导电体连接起来以形成第一信号通道，第二导线将所述上区域内的第二导电体及所述下区域内的第二导电体连接起来以形成第二信号通道。

4、进一步地，所述第一导电体的形状与所述第二导电体的形状相同或者不同。

5、进一步地，多个第二导电体的形状及大小都相同或者部分相同。

6、本发明还提供了一种能识别树脂流动方向的介电传感器的制备方法，所述制备方法用于制备如上所述的能识别树脂流动方向的介电传感器；其中，采用金属箔裁切粘贴、物理气相沉积技术、喷墨打印技术、喷涂技术中的任一种来制备所述上电极及所述下电极。

7、进一步地，所述上电极及所述下电极的基层材料为聚酰亚胺膜、聚氨酯膜及聚偏二氟乙烯膜中的任一种。

8、本发明还提供了一种如上所述的能识别树脂流动方向的介电传感器在监测复合材料成型过程中树脂流动方向中的应用，其特征在于：将所述介电传感器预埋至待监测的复合材料纤维层间，监测所述介电传感器的电容信号变化特征，以反映复合材料成型过程中的树脂流动方向。

9、进一步地，所述介电传感器的电容变化的方向性特征与所述传感区域树脂流动方向对应。

10、进一步地，第一信号通道与第二信号通道的信号特征进行耦合分析树脂流动方向。

11、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的能识别树脂流动方向的介电传感器及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：

12、1.通过对介电传感器的电极进行方向性特征设计，使介电传感器的电容信号变化存在与树脂流动方向相关联的方向性特征，在复合材料成型监测领域中实现介电传感器监测功能的多样化；采用双信号通道分别连接方向特征平行的不连续电极区域，建立信号通道与树脂流动方向相关联的信号特征，赋予单个传感器监测树脂流动方向的功能，促进介电传感器在复合材料成型监测领域的工程应用，有助于在生产中及时发现树脂在模具内部流动中的异常情况，避免树脂充填不均匀、产生孔隙或干斑等问题，保证生产效率和产品质量。

13、2.使用单个传感器实现传统介电传感器需要多个传感器建立监测阵列才能实现的树脂流动方向监测功能，极大节省了原材料和监测成本，降低了监测系统的复杂性，使传感器的安装、布置和使用更加简单方便，提高生产效率，降低生产成本。

14、3.单个介电传感器即可实现复合材料成形过程中的树脂流动方向监测，使用方便，成本较低，有利于推广应用。

技术特征：

1.一种能识别树脂流动方向的介电传感器，其特征在于：

2.如权利要求1所述的能识别树脂流动方向的介电传感器，其特征在于：所述第一导电体的形状与所述第二导电体的形状相同或者不同。

3.如权利要求1所述的能识别树脂流动方向的介电传感器，其特征在于：多个第二导电体的形状及大小都相同或者部分相同。

4.一种能识别树脂流动方向的介电传感器的制备方法，其特征在于：所述制备方法用于制备权利要求1-3任一项所述的能识别树脂流动方向的介电传感器；其中，采用金属箔裁切粘贴、物理气相沉积技术、喷墨打印技术、喷涂技术中的任一种来制备所述上电极及所述下电极。

5.如权利要求4所述的能识别树脂流动方向的介电传感器的制备方法，其特征在于：所述上电极及所述下电极的基层材料为聚酰亚胺膜、聚氨酯膜及聚偏二氟乙烯膜中的任一种。

6.一种权利要求1-3任一项所述的能识别树脂流动方向的介电传感器在监测复合材料成型过程中树脂流动方向中的应用，其特征在于：将所述介电传感器预埋至待监测的复合材料纤维层间，监测所述介电传感器的电容信号变化特征，以反映复合材料成型过程中的树脂流动方向。

7.如权利要求6所述的能识别树脂流动方向的介电传感器在监测复合材料成型过程中树脂流动方向中的应用，其特征在于：所述介电传感器的电容变化的方向性特征与所述传感区域树脂流动方向对应。

8.如权利要求6所述的能识别树脂流动方向的介电传感器在监测复合材料成型过程中树脂流动方向中的应用，其特征在于：第一信号通道与第二信号通道的信号特征进行耦合分析树脂流动方向。

技术总结本发明属于方向监测相关技术领域，其公开了一种能识别树脂流动方向的介电传感器及其制备方法与应用，介电传感器包括上电极与下电极，下电极的形状为呈连续图形的第一导电体，上电极位于连续图形的外轮廓线内，其分别为上区域、下区域、左区域及右区域，四个区域分别设置有第二导电体，上区域内的第二导电体的数量与下区域的第二导电体的数量不同，左区域内的第二导电体的数量与右区域的第二导电体的数量不同，同一个区域内的多个第二导电体间隔设置；第一导线将左区域内、右区域内的第二导电体连接起来以形成第一信号通道，第二导线将上区域、下区域内的第二导电体连接起来以形成第二信号通道。本发明降低了树脂流动方向监测的系统硬件成本。技术研发人员：周华民,周何乐子,张峰嘉,吴医博,魏建辉,黄志高,张云,王云明受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27