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香港理工大学研制出低成本高灵敏度可喷涂传感器汉川

发布时间:2022-07-05 13:04:42 来源:众邦机械网

最近,香港理工大学的研究团队开发出了一种崭新的纳米复合材料传感器,可直接喷涂于平坦或弯曲的工程结构,如火车路轨和飞机结构。喷涂出来的传感器可进一步构成传感器网络,为受监测的结构提供实时及丰富的结构健康状况信息。

据悉,纳米复合材料传感器由理大机械工程学系的苏众庆教授、周利民教授及以他们为首的团队研发,采用创新的喷涂技术制成,使传感器安装过程比传统方法更快捷和具效率。这种新技术也令该传感器适用于多种工程结构表面,提高了它的灵活性。

苏教授说,该新型纳米复合材料传感器,能同时兼顾传感器的成本及传感器网络所捕获的数据量两个因素,为实现原位振动感测、以超声波为基础的结构健康监测技术开辟了新思路。

新技术可减省成本提高灵敏度

纳米复合材料传感器由碳黑、二维石墨烯、导电纳米粒子及聚偏二氟乙烯混合而成,可根据各种工程应用的需要,轻易和灵活地制成不同的尺寸大小。

新的纳米复合材料传感器由于优化了混合物的纳米结构,能敏感地检测到结构的改变,它能识别纳米复合材料对不同压阻的回馈。

该新技术中,每一个传感器都通过印刷在结构上的电线连接到网络,透过分析和比较由电阻率转换而成的电信号,便可发现结构中的缺陷,同时将信号转换为三维图像。

体重轻且成本低

据了解,这种传感器重量极轻,而且制造成本低廉,可大量采用以检测隐藏在结构内部的问题,有助开创以超声波为基础的结构健康监测新时代。

它包含一个传感器网络,由多个纳米复合材料传感器及一个超声波换能器组成,可主动探测安装了该传感网络的结构的健康状况,快速及准确地显示该结构是否有损坏。

传感器会接收及量度超声波换能器发出的超声导波,如结构有损坏,例如出现裂缝,超声导波的传播会受损坏的地方干扰,因而出现特有的波散射现象,并为传感网络所记录。团队研发出来的一体化系统,可基于超声导波的散射准确地检测及量化结构损坏的情况。

据悉,传统超声波传感器采用压电材料制作,成本是十多美元,重数克;而这个新一代纳米复合材料传感器的成本仅0.5美元,重0.04克。

因此,一个结构可同时使用更多传感器,以获得更丰富的信息作分析,同时又不会给结构带来明显的负重。

灵活性较好,可适用于弯曲结构表面

此外,这款纳米复合材料传感器有极佳的灵活性,适用于弯曲的结构表面,可广泛地应用在各种工程结构,即使是在移动结构的表面亦同样可以喷涂方式安装,实时传送结构的健康信息。

苏众庆表示,已与内地研究机构取得联系,未来将会把新技术用于航空结构上。新闻资料图

响应频率更广阔

这款纳米复合材料传感器可量度由静止至900千赫兹的微小幅度的超声波信号。这技术能在超声波系统采集散射波,从而检测大部份工程物料中微细至一至二毫米的裂缝,响应频率比现有纳米复合材料传感器(根据国际期刊现有的报道)的响应频率高出400多倍。

虽然传统超声波传感器可量度的超声波范围,比这款纳米复合材料传感器的响应频率更广阔,但传统传感器的重量及成本均较高,难以大量使用构成大型传感器网络,故此只能带来有限的数据资料。在众多工程实际应用中,特别是针对航空航天结构,使用有很大的限制。

编辑点评

这种纳米复合材料传感器采用创新的喷涂技术制成,使传感器安装过程比传统方法更快捷和具效率,同时,适用于多种工程结构表面,提高了它的灵活性。此外,这种传感器重量极轻,而且制造成本低廉,可大量采用以检测隐藏在结构内部的问题,以超声波为基础的结构健康监测技术开辟了新思路。

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