本發(fā)明涉及物體表面載荷檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種非規(guī)則曲面表面法向載荷檢測裝置及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在高速運(yùn)動的工具(或設(shè)備)中，比如飛行器、船艦、潛艇、高速行駛的車輛等，其外殼表面、螺旋槳表面、旋翼葉片表面等均于外界非穩(wěn)態(tài)流動介質(zhì)發(fā)生相互作用，物體與流動介質(zhì)的接觸表面的載荷不但影響機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且影響空氣動力學(xué)特性。

在上述的設(shè)備開過程中，需要對飛行器等設(shè)備進(jìn)行大量的仿真研究和實(shí)驗(yàn)測試，對于飛行器、高鐵車輛、轎車等產(chǎn)品，一般需要在風(fēng)洞內(nèi)進(jìn)行大量的試驗(yàn)，而對于無法進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品，則通過經(jīng)驗(yàn)公式、ANSYS軟件等手段分析空氣動力學(xué)特性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

現(xiàn)有技術(shù)中，對于高速運(yùn)動的工具的表面的空氣動力學(xué)特性測試還沒有一種有效的手段，更無法直接體現(xiàn)被測表面受力分布規(guī)律，如果在被測設(shè)備的表面直接安裝力學(xué)傳感器，則被測表面的流場受到破壞，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確，從而得到被測表面的載荷分布。

因此，需要提出一種新的測試設(shè)備，能夠?qū)Ω咚龠\(yùn)動的設(shè)備(或工具)表面載荷變化進(jìn)行檢測，而且不會破壞設(shè)備表面的流場，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，能夠得出準(zhǔn)確的表面載荷分布，利于產(chǎn)品的研究開發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種非規(guī)則曲面表面法向載荷檢測裝置，能夠?qū)Ω咚龠\(yùn)動的設(shè)備(或工具)表面載荷變化進(jìn)行檢測，而且不會破壞設(shè)備表面的流場，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，能夠得出準(zhǔn)確的表面載荷分布，利于產(chǎn)品的研究開發(fā)；而且能夠適應(yīng)于不同的被測表面，適應(yīng)性強(qiáng)。

本發(fā)明提供的一種非規(guī)則曲面表面法向載荷檢測裝置，包括力敏電阻層、固定敷設(shè)于力敏電阻層上表面的上電極層以及敷設(shè)于力敏電阻層下表面的下電極層。

進(jìn)一步，所述下電極層和上電極層包括多個導(dǎo)電片，且每一層上的導(dǎo)電片通過導(dǎo)線連接形成鏈狀結(jié)構(gòu)，且各導(dǎo)線互不相交。

進(jìn)一步，所述上電極層的導(dǎo)電片為與下電極層導(dǎo)電片鏈相相互垂直但互不相交的鏈狀結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，還包括下隔離層，所述下隔離層位于下電極層的下表面，且下隔離層的下表面與被檢測物體的表面貼合。

進(jìn)一步，還包括上隔離層，所述上隔離層位于上電極層上表面。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種非規(guī)則曲面表面法向載荷檢測系統(tǒng)，包括檢測單元和處理單元；

所述檢測單元包括力敏電阻層、固定敷設(shè)于力敏電阻層上表面的上電極層以及敷設(shè)于力敏電阻層下表面的下電極層，所述上電極層和下電極層均與處理單元的輸入端電氣連接。

進(jìn)一步，所述下電極層和上電極層包括多個導(dǎo)電片，且每一層上的導(dǎo)電片通過導(dǎo)線連接形成鏈狀結(jié)構(gòu)，且各導(dǎo)線互不相交；上電極層的各導(dǎo)電片和下電極層的各導(dǎo)電片均與處理單元的輸入端連接。

進(jìn)一步，所述上電極層的導(dǎo)電片為與下電極層導(dǎo)電片鏈相相互垂直但互不相交的鏈狀結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述檢測單元還包括上隔離層和下隔離層；

所述上隔離層位于上電極層上表面；

所述下隔離層位于下電極層的下表面，且下隔離層的下表面與被檢測物體的表面貼合。

進(jìn)一步，所述處理單元包括選通電路和微處理器，以及顯示級數(shù)據(jù)通信模塊，所述選通電路與上電極層和下電極層電氣連接，所述選通電路和微處理器連接。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明非規(guī)則曲面表面法向載荷檢測裝置，能夠?qū)Ω咚龠\(yùn)動的設(shè)備(或工具)表面載荷變化進(jìn)行檢測，而且不會破壞設(shè)備表面的流場，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，能夠得出準(zhǔn)確的表面載荷分布，利于產(chǎn)品的研究開發(fā)；而且能夠適應(yīng)于不同的被測表面，適應(yīng)性強(qiáng)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明的檢測裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的力敏電阻層及導(dǎo)電極片分布結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的電氣連接原理圖。

其中，1為被測表面，2為下隔離層，3為下電極層，4為力敏電阻層，5為上電極層，6為上隔離層。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明的導(dǎo)電片布置結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本發(fā)明的電氣連接原理圖，如圖所示，本發(fā)明提供的一種非規(guī)則曲面表面法向載荷檢測裝置，包括力敏電阻層4、固定敷設(shè)于力敏電阻層上表面的上電極層5以及敷設(shè)于力敏電阻層下表面的下電極層3；

其中，力敏電阻層為高分子聚合物和磁性顆粒按照設(shè)定的比例混合后，在設(shè)定的磁場下固化后形成，力敏電阻層的兩表面間的電阻與作用于表面的壓力之間存在指數(shù)關(guān)系，并且在一定的壓力范圍內(nèi)，電阻變化的靈敏度高；力敏電阻層具有防水、穩(wěn)定以及耐腐蝕特性，其機(jī)械特性、電學(xué)特性可以根據(jù)固化溫度、磁場實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)；

通過上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Ω咚龠\(yùn)動的設(shè)備(或工具)表面載荷變化進(jìn)行檢測并輸出，而且不會破壞設(shè)備表面的流場，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而能夠得出準(zhǔn)確的表面載荷分布，利于產(chǎn)品的研究開發(fā)；而且能夠適應(yīng)于不同的被測表面，適應(yīng)性強(qiáng)。

本實(shí)施例中，所述下電極層3和上電極層5包括多個導(dǎo)電片，且每一層上的導(dǎo)電片通過導(dǎo)線連接形成鏈狀結(jié)構(gòu)，且各導(dǎo)線互不相交,所述上電極層5的導(dǎo)電片為與下電極層導(dǎo)電片鏈相相互垂直但互不相交的鏈狀結(jié)構(gòu)，如圖1所示，每一層上的導(dǎo)電片通過導(dǎo)線連接形成行或列式排列結(jié)構(gòu)。

所述上電極層的導(dǎo)電片為與下電極層導(dǎo)電片位置一一對應(yīng)，各層導(dǎo)電片片間通過導(dǎo)線連接形成行或列結(jié)構(gòu)，上下層電極片構(gòu)成相互垂直的行列式陣列結(jié)構(gòu)；其中，導(dǎo)電片與連接導(dǎo)線采用相同的材料制備，例如導(dǎo)電膠、導(dǎo)電薄膜等材料，該類型具有良好的貼覆性，提高與橡膠的結(jié)合度，利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，連接導(dǎo)線采用與導(dǎo)電片相同的材料構(gòu)成。

本實(shí)施例中，還包括下隔離層，所述下隔離層位于下電極層的下表面，且下隔離層的下表面與被檢測物體的表面貼合；還包括上隔離層，所述上隔離層位于上電極層上表面，其中，上隔離層用于隔離外界干擾對本發(fā)明的干擾，而下隔離層用于被測表面對本發(fā)明的干擾，其中，隔離層采用絕緣橡膠、有機(jī)絕緣薄膜或者絕緣漆等材料制成。

為了使本發(fā)明能夠穩(wěn)固的貼敷于被測表面，并且不會對流場造成影響，本發(fā)明通過如下步驟制成：

S1.在被測表面上涂敷下隔離層；其中，下隔離層可以采用絕緣漆、絕緣橡膠，下隔離層的厚度為1-2mm，既能夠保證本發(fā)明的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，又不會影響檢測精度；

S2.在下隔離層上布置下電極層，將下電極層的各導(dǎo)電片通過導(dǎo)線連接成互不相交的鏈狀結(jié)構(gòu)，其中，導(dǎo)電片優(yōu)選導(dǎo)電膠或者導(dǎo)電薄膜；

S3.在下電極層上方涂敷力敏電阻層；該力敏電阻層采用60％-80％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鎳粉填充導(dǎo)電橡膠液體成型，力敏電阻層在涂敷時為液態(tài)粘稠狀，在室溫條件下涂敷，并且在80℃下凝固成型，這種條件下成型的力敏電阻層的靈敏度高，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)固；反復(fù)涂敷力敏電阻層直至力敏電阻層達(dá)到3-8mm厚，尤其以3-5mm厚為最佳；

S4.在力敏電阻層凝固成型后，在力敏電阻層上方布置上電極片，其布置方式與下電極片相同，不同的是：上極片通過導(dǎo)線連接成與下極片鏈相垂直的行或列式排列結(jié)構(gòu)；

S5.在上電極層上方涂敷與下隔離層材料相同的上隔離層。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種非規(guī)則曲面表面法向載荷檢測系統(tǒng)，包括檢測單元和處理單元；

所述檢測單元包括力敏電阻層、固定敷設(shè)于力敏電阻層上表面的上電極層以及敷設(shè)于力敏電阻層下表面的下電極層，所述上電極層和下電極層均與選通電路的輸入端電氣連接；通過上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Ω咚龠\(yùn)動的設(shè)備(或工具)表面載荷變化進(jìn)行檢測并輸出，而且不會破壞設(shè)備表面的流場，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而能夠得出準(zhǔn)確的表面載荷分布，利于產(chǎn)品的研究開發(fā)；而且能夠適應(yīng)于不同的被測表面，適應(yīng)性強(qiáng)。

本實(shí)施例中，所述下電極層和上電極層包括多個導(dǎo)電片，且每一層上的導(dǎo)電片通過導(dǎo)線連接形成鏈狀結(jié)構(gòu)，且各導(dǎo)線互不相交；上電極層的各導(dǎo)電片和下電極層的各導(dǎo)電片均與處理單元的輸入端連接；所述上電極層的導(dǎo)電片為與下電極層導(dǎo)電片行或列式排列結(jié)構(gòu)，上下導(dǎo)電片構(gòu)成相互垂直的陣列式結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例中，所述檢測單元還包括上隔離層和下隔離層；

所述上隔離層位于上電極層上表面；

所述下隔離層位于下電極層的下表面，且下隔離層的下表面與被檢測物體的表面貼合。

本實(shí)施例中，所述處理單元包括選通電路和微處理器，所述選通電路與上電極層和下電極層電氣連接，所述選通電路和微處理器連接，其中，選通電路可采用由高速開關(guān)MOS管構(gòu)成，微處理器通過PWM波實(shí)現(xiàn)對選通電路的控制，選通電路采集各導(dǎo)電片輸出的檢測信號，微處理器根據(jù)檢測信號得出各點(diǎn)的電阻值，然后在顯示器或者上位機(jī)中繪出被測表面的載荷分布。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。