Grid-based spatially-resolved strain measurement in highly stretchable conductive elastomers

Abstract

Zusammenfassung Diese Arbeit befasst sich mit einem gitterbasierten Ansatz zur ortsaufgelösten Dehnungsmessung mit einem Faser-Elastomer-Verbundwerkstoff. Bei der gitterbasierten Methode wird ein Netzwerk aus leitfähigen Textilelektroden verwendet, die in eine weiche Elastomermatrix eingebettet sind, um die Dehnung durch Änderungen des elektrischen Widerstands zu erfassen. Im Gegensatz zur elektrischen Impedanztomographie, deren Einsatz bei großen Verformungen und damit beweglichen Elektroden eine Herausforderung darstellt, sind gitterbasierte Verfahren resistenter gegenüber sich ändernden Randbedingungen. Allerdings ist gegenseitige Beeinflussung der Elektroden nachteilig. Daher wird ein anwendungsspezifisches elektronisches System implementiert, das auf der Zero-Potential-Circuit (ZPC)-Methode basiert. Dadurch werden diese Störeinflüsse drastisch reduziert, während gleichzeitig kurze Erfassungszeiten möglich sind. Die einfache Elektrodenkonfiguration und die direkte Widerstandsmessung des gitterbasierten Systems bieten eine unkomplizierte und dennoch effektive Möglichkeit zur Erfassung von Dehnungen oder Druck und eignen sich daher besonders für Anwendungen, die eine räumliche Auflösung und Robustheit unter verschiedenen mechanischen Bedingungen erfordern. Das umgesetzte Messsystem kann anschließend während einer Zugprüfung mit hohen Dehnungsniveaus von Faser-Elastomer-Verbundwerkstoffen mit unterschiedlichen Leitfähigkeitsgraden oder Sensorgeometrien angewandt werden.