本發(fā)明屬于電力設備監(jiān)測，具體涉及一種石墨烯柔性壓力傳感器及制備方法、gis壓力監(jiān)測方法及裝置。
背景技術：
1、電力設備在長期運行過程中需要進行力學性能監(jiān)測。例如，gis由于跨度大、材料缺陷、制造裝配誤差等原因，易產(chǎn)生應力集中位置。在應力集中的部位，由于反復的機械負荷和溫度變化，材料容易出現(xiàn)疲勞損傷，導致裂紋的產(chǎn)生和擴展，最終可能引發(fā)設備的機械損壞。變壓器繞組由于短路流過大電流、老化、繞組制造或安裝不當?shù)仍?，易產(chǎn)生因電動力引起的機械應力和形變。繞組的機械應力和形變可能導致絕緣層的損傷或開裂，進而導致局部放電；也可能導致變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)松動，產(chǎn)生異常的振動和噪聲，加速結(jié)構(gòu)的疲勞和損壞。鐵塔由于強風、風的脈動、材料老化等原因，易引起結(jié)構(gòu)形變、形成共振。鐵塔的形變?nèi)菀滓痂F塔結(jié)構(gòu)損壞或倒塌；鐵塔與風的共振，可能導致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞加速，甚至引起構(gòu)件的斷裂或連接件的松動，危及整體結(jié)構(gòu)的安全。因此，對電力設備的受力情況或形變程度進行實時監(jiān)測有著非常重要的意義。目前主要通過部署無線傳感器對電力設備進行監(jiān)測，此類傳感器一般使用剛性材質(zhì)制作。因為傳統(tǒng)剛性傳感器具有體積大和難以與電力設備曲面處緊密貼合的缺點，所以難以實現(xiàn)緊湊空間和曲面外形電力設備的壓力準確測量。
技術實現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供一種石墨烯柔性壓力傳感器及制備方法、gis壓力監(jiān)測方法及裝置，攻克了對緊湊空間與曲面外形電力設備進行壓力測量的難題。
2、為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：
3、第一方面，提供一種石墨烯柔性壓力傳感器的制備方法，包括：制作石墨烯壓力敏感單元；通過柔性基板對石墨烯壓力敏感單元進行封裝，得到石墨烯柔性壓力傳感器半成品；對石墨烯柔性壓力傳感器半成品進行裁剪，得到具有設定外形結(jié)構(gòu)的石墨烯柔性壓力傳感器。
4、進一步地，制作石墨烯壓力敏感單元，包括：將紙浸沒于設定濃度的氧化石墨烯溶液中，使氧化石墨烯粘附在紙上；對粘附著氧化石墨烯的紙放入烘箱中進行退火處理，烘干多余的水分并使氧化石墨烯還原得到石墨烯，最終得到石墨烯壓力敏感單元。
5、進一步地，所述柔性基板上設置有用于封裝石墨烯壓力敏感單元的c型焊盤和用于提供導電通路的銅電極，所述銅電極上設置有供導線穿過的過孔。
6、進一步地，通過柔性基板對石墨烯壓力敏感單元進行封裝，包括：通過定位銷將作為底板的柔性基板固定在鋼板上；在作為底板的柔性基板的c型焊盤區(qū)域均勻涂覆錫膏；將石墨烯壓力敏感單元覆蓋在作為底板的柔性基板的銅電極上；將作為頂板的柔性基板覆蓋在石墨烯壓力敏感單元上，并使作為頂板的柔性基板上的銅電極對準所述石墨烯壓力敏感單元；使用另一鋼板壓在作為頂板的柔性基板上并壓合；使用熱風槍對c型焊盤區(qū)域進行加熱，直至錫膏融化，使兩個基板實現(xiàn)機械連接。
7、進一步地，通過柔性基板對石墨烯壓力敏感單元進行封裝，包括：通過定位銷將作為底板的柔性基板固定在鋼板上；將石墨烯壓力敏感單元覆蓋在作為底板的柔性基板的銅電極上；在作為頂板的柔性基板的設定區(qū)域涂覆膠水，并將作為頂板的柔性基板覆蓋在石墨烯壓力敏感單元上，同時，使作為頂板的柔性基板上的銅電極對準所述石墨烯壓力敏感單元；使用另一鋼板壓在作為頂板的柔性基板上，待膠水固化后完成封裝。
8、進一步地，所述柔性基板上設置有用于裁剪的絲印圖案。
9、第二方面，提供一種石墨烯柔性壓力傳感器，所述石墨烯柔性壓力傳感器采用第一方面所述的石墨烯柔性壓力傳感器的制備方法制作而成。
10、第三方面，提供一種gis壓力監(jiān)測方法，采用第二方面所述的石墨烯柔性壓力傳感器，包括：使用裁剪成第一設定形狀的石墨烯柔性壓力傳感器采集gis氣室內(nèi)的氣體壓力數(shù)據(jù)；使用裁剪成第二設定形狀的石墨烯柔性壓力傳感器采集gis殼體設定位置處的拉力數(shù)據(jù)；將所述氣體壓力數(shù)據(jù)與預設的氣體壓力閾值進行比較，當氣體壓力數(shù)據(jù)超出預設的氣體壓力閾值時，發(fā)出氣體壓力過低的預警信號；對所述拉力數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，得到gis殼體設定位置處的應力值并與預設的應力閾值進行比較，當gis殼體設定位置處的應力值超出預設的應力閾值時，發(fā)出應力超限的預警信號。
11、進一步地，還包括：統(tǒng)計gis殼體設定位置處的應力值超出預設的應力閾值的次數(shù)，并與預設的次數(shù)閾值進行比較，當gis殼體設定位置處的應力值超出預設的應力閾值的次數(shù)超過預設的次數(shù)閾值時，發(fā)出gis殼體疲勞預警信號。
12、第四方面，提供一種gis壓力監(jiān)測裝置，采用第二方面所述的石墨烯柔性壓力傳感器，包括：氣體壓力采集模塊，用于使用裁剪成第一設定形狀的石墨烯柔性壓力傳感器采集gis氣室內(nèi)的氣體壓力數(shù)據(jù)；殼體拉力采集模塊，用于使用裁剪成第二設定形狀的石墨烯柔性壓力傳感器采集gis殼體設定位置處的拉力數(shù)據(jù)；氣體壓力預警模塊，用于將所述氣體壓力數(shù)據(jù)與預設的氣體壓力閾值進行比較，當氣體壓力數(shù)據(jù)超出預設的氣體壓力閾值時，發(fā)出氣體壓力過低的預警信號；殼體應力預警模塊，用于對所述拉力數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，得到gis殼體設定位置處的應力值并與預設的應力閾值進行比較，當gis殼體設定位置處的應力值超出預設的應力閾值時，發(fā)出應力超限的預警信號。
13、進一步地，還包括：殼體疲勞預警模塊，用于統(tǒng)計gis殼體設定位置處的應力值超出預設的應力閾值的次數(shù)，并與預設的次數(shù)閾值進行比較，當gis殼體設定位置處的應力值超出預設的應力閾值的次數(shù)超過預設的次數(shù)閾值時，發(fā)出gis殼體疲勞預警信號
14、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所達到的有益效果：
15、（1）本發(fā)明通過制作石墨烯壓力敏感單元；通過柔性基板對石墨烯壓力敏感單元進行封裝，得到石墨烯柔性壓力傳感器半成品；對石墨烯柔性壓力傳感器半成品進行裁剪，得到具有設定外形結(jié)構(gòu)的石墨烯柔性壓力傳感器，攻克了對緊湊空間與曲面外形電力設備進行壓力測量的難題；
16、（2）本發(fā)明能精準測量96pa至500kpa的壓力，滿足gis設備從極低氣壓到高壓環(huán)境的監(jiān)測需求。其動態(tài)響應迅捷且穩(wěn)定，能實時捕捉gis內(nèi)部氣壓的快速變化，如氣體泄漏或溫度波動引起的瞬態(tài)過程。在200kpa-500kpa區(qū)間，傳感器靈敏度與線性度表現(xiàn)卓越，可精確監(jiān)測gis設備正常運行及故障預警時的氣壓變化。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)封裝，傳感器抗環(huán)境干擾能力顯著增強，適應gis設備惡劣運行環(huán)境。其成熟制備工藝利于大規(guī)模生產(chǎn)，降低成本，適用于gis設備等電力設備中需大量部署壓力傳感器的場景，有效提升電力設備運維效率與可靠性。
1.一種石墨烯柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，制作石墨烯壓力敏感單元，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，所述柔性基板上設置有用于封裝石墨烯壓力敏感單元的c型焊盤和用于提供導電通路的銅電極，所述銅電極上設置有供導線穿過的過孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，通過柔性基板對石墨烯壓力敏感單元進行封裝，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，通過柔性基板對石墨烯壓力敏感單元進行封裝，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于，所述柔性基板上設置有用于裁剪的絲印圖案。
7.一種石墨烯柔性壓力傳感器，其特征在于，所述石墨烯柔性壓力傳感器采用權(quán)利要求1~6任一項所述的石墨烯柔性壓力傳感器的制備方法制作而成。
8.一種gis壓力監(jiān)測方法，其特征在于，采用權(quán)利要求7所述的石墨烯柔性壓力傳感器，包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的gis壓力監(jiān)測方法，其特征在于，還包括：統(tǒng)計gis殼體設定位置處的應力值超出預設的應力閾值的次數(shù)，并與預設的次數(shù)閾值進行比較，當gis殼體設定位置處的應力值超出預設的應力閾值的次數(shù)超過預設的次數(shù)閾值時，發(fā)出gis殼體疲勞預警信號。
10.一種gis壓力監(jiān)測裝置，其特征在于，采用權(quán)利要求7所述的石墨烯柔性壓力傳感器，包括：
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的gis壓力監(jiān)測裝置，其特征在于，還包括：殼體疲勞預警模塊，用于統(tǒng)計gis殼體設定位置處的應力值超出預設的應力閾值的次數(shù)，并與預設的次數(shù)閾值進行比較，當gis殼體設定位置處的應力值超出預設的應力閾值的次數(shù)超過預設的次數(shù)閾值時，發(fā)出gis殼體疲勞預警信號。