Page 48 - 2023中国无损检测年度报告
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1 先进传感技术研究 可或缺的方面。团队提出了一种可同时测量正负
团队针对现有柔性压力传感器测量的部分瓶 压的柔性电容式压力传感器，如图 2 所示。该传
颈问题，开展高灵敏宽量程的压力 / 温度双参数 感器结构简单，采用 ITO/PET 电极，介电层以
解耦、面向正 / 负气动压力测量的传感器设计与 PVA/KOH 材料为主，表面具有微结构均匀的碱
验证等研究。研究成果在 Journal of Materials 性水凝胶，以 PDMS 为腔体，采用硅橡胶和环氧
Chemistry C、Sensors and Actuators 树脂胶黏剂保证形成封闭环境。水凝胶与电极在
A-Physical 和 ACS Omega 等期刊上发表。 内外压差作用下接触面积发生变化，从而使电容
发生变化，因此可以检测正负压。该传感器测量范
1.1 高灵敏宽量程温度压力双参数解耦柔性传感器
围大，灵敏度高。当 PVA : KOH = 2 : 1，水凝胶
多参数综合传感作为测量和评价物理状态
表面粗糙度 R a = 6.3 μm，厚度为 4.02 mm，腔
的方法，已成为先进传感技术的重要发展方向 体高为 5 mm 时，测量范围为 −100 ~ 250 kPa，
之一。温度和压力是两个常见的物理参数，通常 负压区灵敏度为15.6 nF/kPa，正压区灵敏度为5.2
相互耦合。团队提出一种基于热阻效应和压容 nF/kPa。该传感器还具有快速响应能力，循环稳
效应的柔性双参数传感器，实现温度和压力的完
定性和低测量极限。
全解耦测量，如图 1 所示。采用点胶工艺制备
PEDOT:PSS/MWCNTs 蛇形电极以测量温度；
采用静电纺丝工艺在多孔导电织物上制备 PVA/
H 3 PO 4 离子膜介电层以感测压力。测量温度的蛇
形电极可以用作压电电容传感器的一个电极。在
温度测量方面，测量范围为 15 ~ 80 ℃，在低于
−1
50 ℃的低温区域，灵敏度高达 0.032 ℃ ；在
压力测量方面，测量范围为 0 ~ 600 kPa，整个
−1
测量范围的灵敏度达到 64.31 kPa 。该项研究
结果发表在期刊Journal of Materials Chemistry
C 上。
图 2 表面微结构的水凝胶电容式全压测量传感器
1.3 多点压力测量的 SAP 增强离子层压阻传感
网络
柔性压阻传感器的特性是将压力转换为电阻
的变化，电阻包括体积电阻和接触电阻。前者受
材料特性（包括几何形状和内部电特性）的影响，
而后者与材料和电极之间的接触面积和界面有关。
柔性压力传感器具有易于适应各种表面的优点，
可减小测量过程中的误差。传感器的阵列配置增
强了空间压力分布感知能力。团队设计了一种基
于 SAP、H 3 PO 4 和 CNTs 复合导电填料的电阻式
压力传感器，如图 3 所示。该传感器具有高灵敏
−1
图 1 高灵敏宽量程温度压力双参数解耦柔性传感器 度（0.094 kPa ），快速响应时间（105 ms）
和特殊的循环加载 / 卸载稳定性（超过 5 000 个
1.2 表面微结构的水凝胶电容式全压测量传感器
周期）。使用弹性聚合物 SAP 代替常见的刚性导
全压测量包括正压测量和负压测量。在传感 电填料可以更好地与基材 PDMS 结合，大大提高
器设计中，与正压相关的信号反馈受到了广泛的
了传感器的稳定性，降低了传感器的杨氏模量。
关注，而负压的测量已成为传感器设计中一个不
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