用于监视装配式结构的健康状况的应力传感器制造技术

本公开涉及一种应力传感器，包括膜板；布置在膜板的顶部上的第一接合区域；布置在第一接合区域的顶部上的盖板，第一接合区域将膜板接合到盖板；跨越膜板延伸、嵌入接合层中的三维压阻元件；以及跨过膜板延伸、被接合层包围并与接合层分离的平面压阻元件。

【技术实现步骤摘要】
用于监视装配式结构的健康状况的应力传感器
本公开涉及用于监视诸如建筑、建筑物、基础设施等装配式结构的健康状态的应力传感器。因此，在不将本公开的范围限制为这种类型的结构和/或该材料的情况下，应具体参考混凝土建筑结构。本公开整体适用于在制造或生产时由液体或流体材料(例如，塑料)制造然后被硬化(为此，需要随时监视应力状态)的任何类型的结构或结构部分。
技术介绍
众所周知，为了检测施工场地中所制造的结构的健康状态，检测其结构的机械强度是有用的。机械强度取决于许多因素。例如，对于道路交通路线上的结构(例如，隧道、立交桥等)，机械强度尤其取决于其(制造时的)初始强度、随着时间的推移取决于正常操作中负载的类型、任何异常应力、制造的环境条件、寿命期间的温度、湿度、结构年龄等。此外，随着时间的推移，观察、监视和评估结构状况以尽可能地防止灾害、同时减少深入和昂贵检查的需求变得越来越重要。现有的非破坏性评估(NDE)技术使用传感器，传感器被附接到待监视的结构并通过与其他变量(外力、倾斜、变形等)的相关性间接测量作用于所观察的构造上的应力。但是，现有的传感器体积大、成本高、易出现相当大的误差。现有系统的附加缺点与以下事实有关，即，这样的系统具有小的覆盖面积并且需要复杂的信号处理，并且在一些情况下，传感器在所监视的结构上引起高的局部机械失真。目前，这些传感器基于不同的物理原理，利用其光学或磁性性质。这些方法中的每一个都具有特定的优点和缺点。例如，已提出使用应变仪和光纤设备。然而，应变仪价格昂贵、安装在外部、并且需要间接测量变形。因此这样的测量需要转化为张力，并且这需要大量简化，因此结果并不总是可靠的和精确的。光纤设备操作成本高且复杂。此外，光纤设备还需要间接测量变形。即使在将这些传感器嵌入待监视的结构中的情况下，传感器也没有得到适当的保护，并且因此不会免于受到可能扭曲结果和/或缩短其使用寿命的湿度和其他因素的影响。一般地，使用大规模应用于建筑物和土木工程结构的传感器的可能性将受益于能够满足以下特征的创新型分布式传感器的开发：高精度、高鲁棒性、低成本、高磁性抗扰度、定位简单、操作简单、与待监视的结构有最佳的表面粘附性、以及远程控制的可能性。
技术实现思路
本公开的一个或多个实施例针对装配式结构提供了克服现有技术中的缺点的应力传感器。本公开的至少一个实施例提供了应力传感器，应力传感器包括：膜板；叠覆在膜板上的第一接合层；叠覆在第一接合层上的盖板，第一接合层将膜板接合到盖板；跨越膜板延伸并嵌入第一接合层中的三维压阻元件；以及跨越膜板延伸的平面压阻元件，平面压阻元件被第一接合层横向包围并与第一接合层分离。附图说明以下参考纯粹作为非限制性示例提供的优选实施例以及附图来进一步描述本公开，其中：图1是具有所去除的一些部分以及一些透明部分的本传感器的一个实施例的俯视图，图2是沿图1中的截面线II-II截取的截面，图3是沿图1中的截面线III-III截取的截面，图4是沿图1中的截面线IV-IV截取的截面，图5示出了图1-图4中的传感器的电气等同物，图6A-图6E是组成图1-图5中的传感器的不同层的俯视图，图7是示出使用条件下的作用力的本传感器的示意侧视图，图8示出了包括本传感器的监视系统，图9是具有所去除的一些部分以及一些透明部分的本传感器的另一实施例的俯视图，图10是图9中的传感器沿截面线X-X截取的截面，图11是图10中的传感器沿截面线XI-XI截取的截面，图12示出了图8-图11中传感器的电气等同物，图13是类似于图1中的视图的本传感器的不同实施例的简化视图，图14是图13中的传感器沿截面线XIV-XIV截取的截面，图15是本传感器的变型的透视图，该变型设置有用于嵌入待制造的结构中的支撑和耦合结构，图16是图15中的传感器在建筑物结构的建造期间的透视图，图17是与图1中的视图类似的、本传感器的另一实施例的简化视图，图18是图17中的传感器沿截面线XVIII-XVIII截取的截面，图19示出了用于图17和图18中的传感器的可能的支撑和耦合方法，图20是与图1中的视图类似的、本传感器的另一实施例的简化视图，图21是图20中的传感器沿截面线XX-XX截取的截面，图22是与图1中的视图类似的、本传感器的另一实施例的简化视图，图23是图22中的传感器沿截面线XXIII-XXIII截取的截面，图24是图22中的传感器沿截面线XXIV-XXIV截取的截面，图25示出了图22-图24中传感器的电气等同物。具体实施方式图1-图6示出了应力传感器1的第一实施例，应力传感器1被设计为嵌入在低温(小于300-350℃)下最初为流体的材料中，该材料在温度降低时变为固体和/或随时间变为固体。特别地，本文描述的传感器特别适合于嵌入大量混凝土中以用于建筑物构造(例如，建筑物基础设施)。应力传感器1由层的堆叠构成，层的堆叠依次包括：以下称为基板2的第一外板2、第一接合层3、以下称为膜板4的中间板4、第二接合层5、以及以下称为盖板6的第二外板6。在图1-图6所示的示例中，板2、4和6具有带有圆形基部和相等直径整体的圆柱形形状，并且其中心垂直地对齐并平行于笛卡尔坐标系XYZ的轴Z，由此传感器1具有圆形基部的整体大致圆柱形形状。第二板6和第二接合层5在一侧(在图1中向右，在图6D和图6E中也可见)具有切口30。切口30露出膜板4的圆形区段4A。因此，传感器1具有分别由基板2和盖板6形成的第一面和第二面(圆柱形的基部)1A和1B，其中第一面1A为圆形而第二面1B为钝化圆(bluntedcircle)。基板和盖板2、6被用于将所测量的应力均匀地传递到膜板4。此外，所述板被配置为在不断裂的情况下，承受外部应力。在所示的实施例中，基板2和盖板6由陶瓷(通常是氧化铝)制成，并且相对较厚。膜板4优选可以在由基板和盖板2、6传递的应力下变形，但也足够坚固来承受所施加的任何载荷。所述板因此也由足够薄的陶瓷制成，以提供良好的灵敏度。所述板因此比基板2和盖板6薄得多。除了接合板2、4、6之外，接合层3、5被设计为将作用在基板2和盖板6上的应力传递到膜板4，并将容纳在传感器中的组件密封。所述层较薄并且因此由玻璃(例如，低熔点玻璃)制成。传感器1的确切尺寸与预期应用有关。通常，传感器1的总厚度大约为基部1A、1B的直径的十分之一。特别地，对于所涉及(即，用于嵌入混凝土结构中)的应用，混凝土是包含可能引起局部应力峰值的不可忽略尺寸的颗粒(例如，沙子、空隙等)的不均匀材料，板2、4和6的直径可以在1mm至10cm之间(例如，2.5cm)，基板和盖板2、6的厚度可以在200μm至5mm之间(例如，1.2mm)，膜板4的厚度可以在5μm至2mm之间(例如，250μm)，并且接合层3和5的厚度可以在1μm至200μm之间(例如，50μm)。膜板4具有检测电路10，检测电路10包括3D检测电阻器11-1、11-2(以下也称为3D检测电阻器11)、平面检测电阻器12-1、12-2(以下也统称为平面检测电阻器12)和参考电阻器13-1、13-2、13-3和13-4(以下也统称为参考电阻器13)。电阻器11-13经由线性导体17(图3)连接在一起并连接到焊盘16-1至16-8(下文也统称为焊盘16)，例如以形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应力传感器，包括：膜板；叠覆在所述膜板上的第一接合层；叠覆在所述第一接合层上的盖板，所述第一接合层将所述膜板接合到所述盖板；三维压阻元件，跨越所述膜板延伸并嵌入所述第一接合层中；以及跨越所述膜板延伸的平面压阻元件，所述平面压阻元件被所述第一接合层横向包围并与所述第一接合层分离。

【技术特征摘要】
2017.04.21 IT 1020170000443011.一种应力传感器，包括：膜板；叠覆在所述膜板上的第一接合层；叠覆在所述第一接合层上的盖板，所述第一接合层将所述膜板接合到所述盖板；三维压阻元件，跨越所述膜板延伸并嵌入所述第一接合层中；以及跨越所述膜板延伸的平面压阻元件，所述平面压阻元件被所述第一接合层横向包围并与所述第一接合层分离。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一接合层包括至少一个通孔，所述至少一个通孔横向地包围所述平面压阻元件并且与所述平面压阻元件分离。3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述三维压阻元件包括第一对压电电阻器，并且所述平面压阻元件包括第二对压电电阻器，每对压电电阻器中的压电电阻器被布置在桥式电路的相对分支上。4.根据权利要求1所述的传感器，还包括：第二接合层；以及经由所述第二接合层接合到所述膜板的基板。5.根据权利要求4所述的传感器，其中所述盖板、所述膜板和所述基板包括陶瓷材料，并且所述第一接合层和所述第二接合层各自包括玻璃层。6.根据权利要求4所述的传感器，其中所述膜板具有朝向所述盖板定向的面，所述三维压阻元件和所述平面压阻元件跨越所述膜板的所述面延伸。7.根据权利要求6所述的传感器，还包括跨越所述膜板的所述面延伸的参考压阻元件。8.根据权利要求7所述的传感器，其中：所述膜板包括托架，所述托架由延伸穿过所述膜板并且各自具有开放形状的相应沟槽横向包围；所述第一接合层具有延伸穿过所述第一接合层的第一孔，所述第一孔分别与所述托架对齐；所述第二接合层具有延伸穿过所述第二接合层的第二孔，所述第二孔分别与所述托架对齐，并且所述参考压阻元件分别布置在所述托架上。9.根据权利要求8所述的传感器，其中所述三维压阻元件包括第一对压电电阻器，所述平面压阻元件包括第二对压电电阻器，并且所述参考压阻元件包括第三对压电电阻器和第四对压电电阻器，所述传感器还包括：第一桥式电路，具有包括所述第一对压电电阻器中的所述压电电阻器的第一相对分支、以及包括所述第三对压电电阻器中的所述压电电阻器的第二相对分支；第二桥式电路，具有包括所述第二对压电电阻器中的所述压电电阻器的第三相对分支、以及包括所述第四对压电电阻器中的所述压电电阻器的第四相对分支。10.根据权利要求9所述的传感器，其中所述膜板包括周边区域，并且所述盖板和所述第一接合层具有相应的切口区域，在所述切口区域中，所述膜板的所述周边区域未被所述盖板和第一接合区域覆盖，所述传感器还包括：第一外部接入端子，被电耦合到所述第一桥式电路并且被布置在所述膜板上的所述周边区域上；以及第二外部接入端子，被电耦合到所述第二桥式电路并且被布置在所述膜板上的所述周边区域上。11.根据权利要求10所述的传感器，还包括覆盖所述膜板的所述周边区域的密封块。12.根据权利要求9所述的传感器，其中所述膜板包括中心区域，并且所述盖板和所述第一接合层具有相应通孔，在所述相应通孔中，所述膜板的所述中心区域未被所述盖板和第一接合区域覆盖，所述传感器还包括：第一外部接入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·圭德蒂，M·亚巴西加瓦蒂，D·卡尔塔比亚诺，G·贝尔塔格诺里，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT