大变形柔性织物测量传感器固定方法

摘要

本发明属于降落伞测量应用技术领域，具体为一种用于大变形柔性织物动态测量的传感器在柔性织物上的固定方法。本发明的对欧米伽型传感器的两个底边(与降落伞伞衣的接触面)和底边四周进行打磨，去除传感器上的毛刺，打磨的目的是去除传感器四周的棱和毛刺，由于包伞时要加5000kg左右的压力，开伞过载最大可达到20g，柔软的伞衣织物和钢体材料相接触，那怕是极轻微的毛刺都可能对超薄降落伞伞伞衣材料造成损坏。

权利要求

1.大变形柔性织物测量传感器固定方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、对欧米伽型传感器的两个底边和底边四周进行打磨，去除传感器上的毛刺；

步骤2、对打磨后的欧米伽型传感器底脚及柔性织物表面进行清洗；

步骤3、待柔性织物自然风干后，将选位模具放置在柔性织物表面指定位置并进行按压，使柔性织物表面留下按压印后在按压印周围涂抹凡士林；

步骤4、在柔性织物表面按压印中间涂抹胶水；

步骤5、将清洗后的欧米伽型传感器放置在按压印中间，之后轻压；

步骤6、利用针线将传感器与柔性织物进行缝合；

步骤7、对步骤6缝合过程中的缝合线进行涂胶保护，常温放置一定时间后完成传感器的部署；

步骤1中所述欧米伽型传感器的主体为欧米伽型金属媒介，应变片粘贴在金属媒介外表面，欧米伽型传感器有两个底脚，每个底脚上有三个小孔，该三个小孔用于传感器与柔性织物进行缝合使用；

步骤3中选位模具结构为长方体，长方体中央有两个与欧米伽型传感器底脚相吻合的开口；

步骤5轻压的时间为60s～90s；

欧米伽型传感器的制作方法为：

(1)准备欧米伽钢体原材料，并选取应变片；

(2)对欧米伽钢体原材料进行调质处理；

(3)对欧米伽钢体原材料进行打磨处理；

(4)对欧米伽钢体原材料进行线切割加工成型；

(5)对欧米伽钢体进行精加工，具体包括打磨抛光，倒角，钻孔三个子步骤；

(6)对欧米伽钢体进行检测，并选取应变片与其配对，此时形成应变片媒介，每个媒介产生一个独立的动态应力测试参数有不可互换性；

(7)对应变片媒介进行清洗；

(8)将应变片媒介的外表面上涂胶并将应变片粘贴在应变片媒介的外表面上，涂胶工艺决定传感器的测量精度和灵敏度；

(9)给应变片焊接上引脚，引脚长1.5m用于在降落伞伞衣上和测量节点之间的连接；

(10)在应变片的外表面上涂胶进行保护，涂保护胶的目的是使传感器在降落伞的折叠、加压、出伞、开伞过程中传感器不松脱；

步骤(1)中欧米伽钢体的材料为3Cr13，国标代号为GB/T1220-1992,属马氏体类型不锈钢；

步骤(2)中调质处理对3Cr13加工材料经1000-1050℃温度范围内淬火，淬火后经过低温回火，经过调质后的3Cr13不锈钢的硬度达到HRC28～38；

步骤(3)中所述的打磨处理是使用卧轴矩台平面磨床对加工材料进行双面打磨，将材料厚度打磨至0.5mm厚度。

2.根据权利要求1所述的大变形柔性织物测量传感器固定方法，其特征在于：步骤1中所使用的打磨工具为1000目干磨砂纸。

3.根据权利要求1所述的大变形柔性织物测量传感器固定方法，其特征在于：步骤2中所用的清洗液为工业用无水酒精，所用清洗工具为脱脂棉签。

4.根据权利要求1所述的大变形柔性织物测量传感器固定方法，其特征在于：步骤4中胶水为工业用单组份401胶水；该胶水以α－氰基丙烯酸乙酯为主，是一种高强度的单组份快速固化胶黏剂；具有成分单一，快速接着，常温硬化，透明无色，较高强度的特点，具有中粘度，适用于小面积粘接。

5.根据权利要求1所述的大变形柔性织物测量传感器固定方法，其特征在于：步骤6中所用的针为7号针，缝纫方式采用藏针缝的方式进行，根据传感器中底脚小孔的尺寸，每个孔所用针数为一针。

6.根据权利要求1所述的大变形柔性织物测量传感器固定方法，其特征在于：步骤7涂胶保护所用的胶为双组份常温固化型环氧树脂，固化后的环氧树脂具有良好的物理与化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，柔韧性较好；涂胶时将胶水均匀涂抹在传感器底脚的小孔处，将小孔的缝隙填满；放置的时间为8小时以上。

说明书

大变形柔性织物测量传感器固定方法

技术领域

[0001] 本发明属于降落伞测量应用技术领域，具体为一种用于大变形柔性织物动态测量的传感器在柔性织物上的固定方法。

背景技术

[0002] 回收着陆系统的降落伞在工作过程中的伞衣应力测量一直是空投试验测量中的空白和难点。在开伞过程中其受力情况能为新型降落伞的研制和已有伞型的改进提供重要依据。由于降落伞为柔性材料，加之表面积大，且在工作过程中环境恶劣，同时又相对于试验模型有持续相对运动，所以对测量工作是一项极大的挑战。

[0003] 在开伞过程中，由于降落伞会产生很大的形变和抖动，可能会造成传感器脱落，甚至传感器采集线路断裂等异常情况；在对部署了应力测量传感网系统的降落伞进行打包封装时，相关设备巨大的冲击力和压力可能会对传感器节点造成损伤，致使传感器节点无法正常工作。因此如何在伞衣织物上部署传感器，是决定能否完成测量工作的关键之一。

[0004] 目前国内外对降落伞伞衣的性能分析多为静态实验或仿真为主，如何有效地在柔性织物表面部署传感器进行伞衣受力情况动态测量仍然没有较好的解决。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种传感器在柔性织物表面的固定方法，所述方法为传感器的部署步骤与工艺，进而为解决大形变柔性织物的静/动态应力测量问题奠定基础。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

[0007] 本发明的大变形柔性织物测量传感器固定方法，包括如下步骤：

[0008] 步骤1、对欧米伽型传感器的两个底边(与降落伞伞衣的接触面)和底边四周进行打磨，去除传感器上的毛刺。轻微的毛刺都可能对超薄降落伞伞材料造成损坏；

[0009] 步骤2、对打磨后的欧米伽型传感器底脚及柔性织物表面进行清洗；

[0010] 步骤3、待柔性织物自然风干后，将选位模具放置在柔性织物表面指定位置并进行按压，使柔性织物表面留下按压印后在按压印周围涂抹凡士林，涂抹凡士林的目的是阻隔胶水的漫沿，如胶水漫沿到传感器和伞衣的接触面之外将改变伞衣的透气量从而影响测量结果；

[0011] 步骤4、在柔性织物表面按压印中间涂抹胶水，涂胶两次胶水必须浸透到伞衣的内表面，同时对欧米伽传感器底面涂胶一次；

[0012] 步骤5、将欧米伽型传感器放置在按压印中间，之后压紧；

[0013] 步骤6、利用10号棉线将传感器与柔性织物进行缝合，每孔两针，绳结系在伞衣的内表面；

[0014] 步骤7、对步骤6缝合过程中的缝合线进行涂胶保护，常温放置24小时后完成传感器的部署。

[0015] 进一步地，步骤1中所述欧米伽型传感器的主体为欧米伽型金属媒介，应变片粘贴在金属媒介外表面，欧米伽型传感器有两个底脚，每个底脚上有三个小孔，该三个小孔用于传感器与柔性织物进行缝合使用。

[0016] 进一步地，步骤1中所使用的打磨工具为1000目干磨砂纸。

[0017] 进一步地，步骤2中所用的清洗液为工业用无水酒精，所用清洗工具为脱脂棉签。

[0018] 进一步地，步骤3中选位模具结构为长方体，长方体中央有两个与欧米伽型传感器底脚相吻合的开口。

[0019] 进一步地，步骤4中胶水为工业用单组份401胶水。该胶水以α－氰基丙烯酸乙酯为主，是一种高强度的单组份快速固化胶黏剂；具有成分单一，快速接着，常温硬化，透明无色，较高强度的特点，具有中粘度，适用于小面积粘接。

[0020] 进一步地，步骤5压紧的时间为60s～90s。

[0021] 进一步地，步骤6中所用的针为7号针，缝纫方式采用藏针缝的方式进行，根据传感器中底脚小孔的尺寸，每个孔所用针数为两针。

[0022] 进一步地，步骤7涂胶保护所用的胶为双组份常温固化型环氧树脂，固化后的环氧树脂具有良好的物理与化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，柔韧性较好；涂胶时将胶水均匀涂抹在传感器底脚的小孔处，将小孔的缝隙填满；放置的时间为24小时以上。

[0023] 上述的欧米伽型传感器的制作方法为：

[0024] (1)准备欧米伽钢体原材料，并选取应变片；

[0025] (2)对欧米伽钢体原材料进行调质处理；

[0026] (3)对欧米伽钢体原材料进行打磨处理；

[0027] (4)对欧米伽钢体原材料进行线切割加工成型，此时形成应变片媒介；

[0028] (5)对欧米伽钢体进行精加工，具体包括打磨抛光，倒角，钻孔三个子步骤；

[0029] (6)对欧米伽钢体进行检测，并选取应变片与其配对，此时形成应变片媒介，每个媒介产生一个独立的动态应力测试参数有不可互换性；

[0030] (7)对应变片媒介进行清洗；

[0031] (8)将应变片媒介的外表面上涂胶并将应变片粘贴在媒介的外表面上，涂胶工艺决定传感器的测量精度和灵敏度；

[0032] (9)给应变片焊接上引脚，引脚长1.5m用于在降落伞伞衣上和测量节点之间的连接；

[0033] (10)在应变片的外表面上涂胶进行保护，得到欧米伽传感器，即该欧米伽传感器包括应变片媒介、应变片、引脚以及胶。涂保护胶的目的是使传感器在降落伞的折叠、加压、出伞、开伞过程中传感器不松脱。

[0034] 进一步地，步骤1中欧米伽钢体的材料为3Cr13，国标代号为GB/T1220-1992,属马氏体类型不锈钢。

[0035] 进一步地，所述3Cr13的主要化学成分如下：

[0036] 碳C   0.26～0.35

[0037] 硅Si  ≤1.00

[0038] 锰Mn  ≤1.00

[0039] 硫S   ≤0.030

[0040] 磷P   ≤0.035

[0041] 铬Cr  12.00～14.00

[0042] 镍Ni  允许含有≤0.60％

[0043] 进一步地，所述3Cr13的主要力学性能如下：

[0044] 抗拉强度σb(MPa)淬火回火,≥735

[0045] 条件屈服强σ0.2(MPa)淬火回火,≥540

[0046] 伸长率δ5(％)淬火回火,≥12

[0047] 断面收缩率ψ(％)淬火回火,≥40

[0048] 冲击功Akv(J)淬火回火,≥24

[0049] 硬度退火,≤235HB；淬火回火,≥217HB

[0050] 进一步地，步骤2中调质处理对3Cr13加工材料经1000-1050℃温度范围内淬火，淬火后经过低温回火，经过调质后的3Cr13不锈钢的硬度达到HRC28～38。

[0051] 进一步地，步骤3中所述的打磨处理是使用卧轴矩台平面磨床对加工材料进行双面打磨，将材料厚度打磨至0.5mm厚度。

[0052] 进一步地，步骤4中的线切割加工成型是将打磨处理之后的不锈钢原材料经电火花切割机床切割出欧米伽钢体。

[0053] 进一步地，步骤5中打磨抛光是使用电动研磨工具通过人工将欧米伽钢体外表面打磨抛光。

[0054] 进一步地，步骤5中的倒角是使用电磨对欧米伽钢体底部四个角进行倒角处理。

[0055] 进一步地，步骤5中的钻孔是使用台钻对欧米伽钢体两边底脚各钻三个等距离小孔，孔的直径为1.2mm。

[0056] 进一步地，步骤6中的应变片媒介检测是使用游标卡尺对应变片媒介的长度、宽度、厚度、直径进行测量，使用测力器对弹力进行测量。

[0057] 进一步地，步骤7中使用的清洗液为工业用无水酒精，使用的工具为脱脂棉签。

[0058] 进一步地，步骤8中使用的胶为单组份工业401胶水，使用竹签作为应变片粘贴的工具，使用圆柱体金属棒作为应变片媒介的固定工装。

[0059] 进一步地，步骤9中焊接点在应变片媒介底脚与圆弧的交界处外表面。

[0060] 进一步地，步骤10中保护是在应变片表面及焊点处涂硅胶进行保护。

[0061] 有益效果

[0062] 本发明步骤1)对欧米伽型传感器的两个底边(与降落伞伞衣的接触面)和底边四周进行打磨，去除传感器上的毛刺，打磨的目的是去除传感器四周的棱和毛刺，由于包伞时要加5000kg左右的压力，开伞过载最大可达到20g，柔软的伞衣织物和钢体材料相接触，那怕是极轻微的毛刺都可能对超薄降落伞伞伞衣材料造成损坏；

[0063] 本发明步骤2)中对打磨后的欧米伽型传感器底脚及柔性织物表面进行清洗，清洗的目的是去除伞衣织物和传感器由于纺织和机械加工残留在表面的油污，否则胶液将不能完全浸透到织物的内部使胶粘不牢；

[0064] 本发明步骤3)中待柔性织物自然风干后，将选位模具放置在柔性织物表面指定位置并进行按压，使柔性织物表面留下按压印后在按压印周围涂抹凡士林，涂抹凡士林的目的是阻隔胶水的漫沿，如胶水漫沿到传感器和伞衣的接触面之外将改变伞衣的材料特性如透气量、强度、伸长、抗撕性能等，从而影响测量结果；

[0065] 本发明步骤4)中在柔性织物表面按压印中间涂抹胶水；(涂胶两次胶水必须浸透到伞衣的内表面，同时对欧米伽传感器底面涂胶一次；

[0066] 本发明步骤5)中将欧米伽型传感器放置在按压印中间，之后压紧，压紧的目的是增加胶粘强度同时使胶液更好的浸渍到伞衣的组织内，减少由于拉伸而产生的织纱经纬剪切应力，达到测量方向和受力方向的一致性；

[0067] 本发明步骤6)中利用10号棉线将传感器与柔性织物进行缝合，每孔两针，绳结系在伞衣的内表面，缝针是胶粘的一个辅助手段，用于当传感器受到极端外力时保护胶粘处不松脱，由于缝线的断裂伸长小于伞衣的断裂伸长所以在开伞过程中可以保证传感器不产生位移牢固于伞衣上；

[0068] 本发明步骤7)中对步骤6缝合过程中的缝合线进行涂胶保护，常温放置24小时后完成传感器的部署，降落伞的开伞速度达100m/S以上，缝线固定在伞衣上由于直径的原因将产生一定的阻力面积，涂胶保护的目的是减小缝线的阻力面积，消除其在工作中由于降落伞的呼吸作用而对传感器产生的拉力；

[0069] 设计出能够适应降落伞伞衣的传感器，对柔性伞衣静/动态过程中的受力情况进行测量，从而解决大变形柔性织物形变过程的应力测量问题。

附图说明

[0070] 图1是传感器与伞衣的部署结构示意图；图中，标号所代表的含义为：1-降落伞，2-在伞衣上已经安装好的传感器，3-欧米伽传感器，4-选位模具。

[0071] 图2是传感器与选位模具的结构示意图；图中，标号所代表的含义为：3-欧米伽传感器，4-选位模具，5-传感器固定线，6-固定线保护胶。

[0072] 图3是本发明的应变片媒介的结构示意图；

[0073] 图4是本发明提供的应变片粘贴过程示意图；图中，标号所代表的含义为：7-应变片媒介，8-应变片焊点，9-应变片媒介底部小孔，10-圆柱形金属支撑物，11-箔式电阻应变片。

具体实施方式

[0074] 以单个欧米伽传感器在小型降落伞上部署为例，结合附图，具体介绍本发明的实施方式。特别说明，此处所描述的具体实施实例用以解释本发明，但并不用于限定本发明。

[0075] 实施例

[0076] 一种用于大形变柔性织物静/动态测量的传感器在柔性织物上的固定方法。其具体步骤如下：

[0077] 步骤一：打磨传感器两个脚的底部及底边四周，采用1000目干磨砂纸对传感器底脚及底部周边进行打磨，使传感器与柔性织物相接处的部分平整，并不会对柔性织物产生损坏。

[0078] 步骤二：对柔性织物表面所选位置及欧米伽型传感器底脚进行清洗，使用工业用无水酒精作为清洗液，利用清洗工具对所需清洗的部位进行清洗，清洗后将柔性织物及传感器放置使其自然风干。

[0079] 步骤三：如图1所示在柔性织物表面选择安装传感器的位置，将特制的模具安置在柔性织物表面，在选位位置形成按压印。

[0080] 步骤四：在柔性织物表面所选位置进行涂胶操作，为保证柔性织物表面不受胶水渗透进而影响性能，首先在图1中所选位置四周及中间涂抹凡士林，使胶水不会通过渗透影响所测部位性能；其次在所选位置中间即模具的方形空格内涂抹工业用单组份401胶水，使用涂胶工具将胶水均匀涂抹在所选位置中；然后将传感器的底脚对准所选位置，垂直安放在柔性织物表面，并轻微按压60s～90s。

[0081] 步骤五：截取适当长度的线穿好在针上，尾端打结以不能通过引脚上的孔为准，将针从欧米伽型传感器两个引脚上的孔中垂直穿过。

[0082] 步骤六：从反面将针穿过来。继续上边步骤一的操作，将整个针穿出传感器底脚，注意不要损坏引线和让传感器产生形变。

[0083] 步骤七：在内表面打结固定。针穿出传感器后，在底端打一个结，注意打结的位置应贴紧在传感器上，使得传感器不易松动和脱落，打结完毕后，剪断上面的线。

[0084] 步骤八：每个传感器有两只脚共六个孔，重复步骤一至三，直到六个孔全部缝合完毕。

[0085] 步骤九：将完成缝纫操作步骤的传感器平整放置，选用双组份常温固化型环氧树脂胶水，利用玻璃棒将胶水均匀涂抹在传感器两个底脚的六个小孔处，将小孔的缝隙填满，使传感器固定线不会产生晃动。

[0086] 步骤十：选用双组份常温固化型环氧树脂胶水，利用玻璃棒将胶水均匀涂抹在柔性织物上缝纫走线的位置，涂胶保护后需在常温环境下放置24个小时以上。

[0087] 步骤二中所用选位模具的形状与尺寸均与欧米伽型传感器的底脚相匹配。

[0088] 步骤三中所用清洗工具为脱脂棉签。

[0089] 步骤四中所用涂胶工具为圆柱形玻璃棒。

[0090] 步骤五中所用针的型号为7号手缝针，所用线为10号棉线。

[0091] 上述的欧米伽型传感器的制作方法为：

[0092] 步骤一：备料阶段，应变片媒介的备料选取的材料为3Cr13,国标代号为GB/T1220-1992,属马氏体类型不锈钢。该不锈钢材料机械加工性能好，经热处理(淬火回火)后，具有优良的耐腐蚀性能，抛光性，较高的强度和耐磨性，适宜制造承受高负荷，高耐磨及在腐蚀介质作用下的媒介。调质处理后硬度在HRC30左右的3Cr13材料加工性能较好，达到了较好的表面质量。而硬度大于HRC30时加工出的零件，表面质量虽然较好，但刀具易磨损。所以，在材料进厂后，先进行调质处理硬度达到HRC25～38，然后再进行切削加工。本实施方式所需的应变片媒介的备料为直接在钢材市场上购买的不锈钢圆块。

[0093] 步骤二：原材料的调质处理，调质是淬火和高温回火的综合热处理工艺。3Cr13不锈钢材料有良好的热加工性能，热加工时需控制加工温度，热加工后需缓冷并及时退火。需经1000-1050℃温度范围内淬火处理，淬火后再经过低温回火。经过调质后的3Cr13不锈钢的硬度达到HRC28～38.此时的3Cr13不锈钢原材料可以达到传感器媒介加工生产的要求。

[0094] 步骤三：原材料的打磨处理。经过调质处理后的3Cr13不锈钢原材料可以进行加工生产。将3Cr13不锈钢圆块放置于磨床上，通过磨床对3Cr13不锈钢圆块进行双面打磨，使其达到图3所需要的厚度。

[0095] 步骤四：欧米伽钢体的线切割加工成型，将打磨好的3Cr13不锈钢圆块装夹固定在电火花线切割机床的工作台面上，穿好走丝用的钢丝线。在电火花线切割机床的控制电脑上绘制图3所示的欧米伽钢体加工图所示的外形，即为钢丝线的走丝路程。启动电源后，即可自行完成线切割加工。

[0096] 步骤五：欧米伽钢体的精加工，由于电火花线切割加工工艺的限制，切割下来的应变片媒介在外形、粗糙度等技术指标上还达不到使用要求。因此必须对其进行精加工。对欧米伽钢体的精加工包括打磨抛光、倒角、钻孔等三个步骤。由于此时的欧米伽钢体尺寸较小，厚度较薄，已不适宜在车床上进行进一步加工。所以欧米伽钢体的打磨抛光、倒角、钻孔等精加工步骤是靠人工加工来完成的。

[0097] 步骤三中对3Cr13不锈钢圆块进行加工的磨床为卧轴矩台平面磨床，型号为M7130B，其工作台面为300mm*1000mm。

[0098] 步骤四中加工所使用的切割机床为电火花线切割机床，型号为DK7755。

[0099] 步骤五中所述的打磨抛光工艺，采用人工方式，对欧米伽钢体表面打磨与抛光，以便粗糙度达到要求。

[0100] 步骤五中所述倒角，是由于柔性材料易破损的特点，将欧米伽钢体底部四个顶角进行倒角处理，以避免在测试时划破柔性材料，影响测量结果。

[0101] 步骤五中所述钻孔，是为了便于将欧米伽钢体固定在柔性织物上所做的一道工序，在欧米伽钢体底部两边各钻三个孔，每个孔的直径为1.2mm。

[0102] 步骤六中所述检测是使用游标卡尺(精度0.02mm)对应变片媒介的长度、宽度、厚度、直径进行测量，使用测力器对弹力进行测量。

[0103] 如图4所示，应变片的粘贴方法，其制作方法的具体步骤如下：

[0104] 步骤一：应变片媒介的清洗，为保证金属表面残留的薄油膜不会影响应变片的粘贴，首先采用清洗剂对应变片外表面进行清洗，采用棉签作为清洗的工具。

[0105] 步骤二：应变片媒介的涂胶，经过清洗的应变片媒介经过自然风干，在外表面选取位置进行涂胶操作；将应变片放置于固定胶上，使用工具将应变片拨动到指定的位置；在应变片表面进行均匀的按压，使应变片与应变片媒介紧密贴合。

[0106] 步骤三：应变片引脚的焊接，为保证引脚的牢固性，将应变片的引脚焊接点选在应变片媒介的底脚与圆形的连接处。

[0107] 步骤四：应变片及焊点的保护，在应变片表面及焊点处涂抹硅胶对其进行保护。

[0108] 经过应力试验、空中投放试验和风洞试验的验证，经本工艺步骤能够将欧米伽传感器牢固地部署在柔性织物表面，并能够采集到柔性织物静/动态形变过程的数据。