用于监测特别由混凝土制成的建筑结构的电容压力传感器制造技术

本申请涉及用于监测特别由混凝土制成的建筑结构的电容压力传感器。一种用于监测作用在建筑结构中的应力的电容传感器，并且该电容传感器具有多层结构，该多层结构设置有限定传感器的上外表面的上导电层。下导电层限定下外表面。绝缘材料的至少第一结构层与上导电层接触，并且绝缘材料的至少第二结构层与下导电层接触。至少第一板层由导电材料制成并且至少第二板层由导电材料制成，在第一板层和第二板层之间插入至少一个介电层，以在传感器的多层结构的内部限定至少一个检测电容器。上导电层和下导电层共同限定电磁屏蔽，以用于屏蔽检测电容器，从而防止源自电容传感器外部的电磁干扰。

Capacitive Pressure Sensor for Monitoring Building Structures Especially Made of Concrete

This application relates to a capacitive pressure sensor for monitoring a building structure, especially made of concrete. A capacitive sensor for monitoring stress in a building structure is provided. The capacitive sensor has a multi-layer structure with an upper conductive layer on the upper and outer surfaces of a finite sensor. The lower conductive layer defines the lower outer surface. At least the first structural layer of the insulating material is in contact with the upper conductive layer, and at least the second structural layer of the insulating material is in contact with the lower conductive layer. At least the first plate layer is made of conductive material and at least the second plate layer is made of conductive material. At least one dielectric layer is inserted between the first plate layer and the second plate layer to limit at least one detection capacitor within the multilayer structure of the sensor. The upper conductive layer and the lower conductive layer jointly limit the electromagnetic shielding, which is used to shield the detection capacitor, thus preventing the electromagnetic interference from the outside of the capacitive sensor.

【技术实现步骤摘要】
用于监测特别由混凝土制成的建筑结构的电容压力传感器
本解决方案涉及一种用于监测诸如建筑物、基础设施等的建筑结构的状态的电容压力传感器。
技术介绍
下面参考由混凝土制成的建筑结构作为优选的应用领域。然而，本解决方案原则上适用于各种类型的结构或结构的部件，特别是由在制造或生产时部分为液体或流体并且随后要在其中进行硬化的材料制成的那些结构或结构的部件，其中需要随时监控这些结构的健康状况和应力。众所周知，认为有必要随时监测和评估由建筑业生产的诸如隧道、桥梁或天桥的结构的健康状况，以防止发生裂缝和事故。特别地，必须监测所支撑的载荷以及可能作用于构成该结构的材料的任何特殊应力、力或应变。一些当前的非破坏性评估(NDE)技术使用传感器，例如通过机械、光学或磁性原理操作的该传感器固定在待监测的结构外部，间接测量作用在结构上的应力，通过与其他可测量的变量(倾斜，变形等)相关联地考虑该应力。例如，已经提出使用从外部安装在待监测的结构上的引伸计来进行变形的间接测量。然而，通常，这些传感器体积大、成本高并且容易出错。通常还需要复杂的电子接口来处理所获取的信息并将其与待监测的力和应力相关联。其他已知的解决方案提供了嵌入待监测的结构中的例如陶瓷传感器的合适传感器的使用。然而，在这种情况下，如果传感器没有得到充分保护，它们经常受到湿度和/或其他因素的影响，这些因素会使其结果失真和/或缩短其使用寿命。此外，这些传感器的定位通常是关键的，并且特别是它们会变成与待监测的结构的材料(称为分层的过程)部分分离，例如由于存在困在混凝土结构中的沙子、砂砾或气泡，这会干扰传感器。通常，应用于建筑物和土木工程结构的传感器的大规模使用需要开发能够满足以下要求中的一个或多个要求的创新传感器：高精度；高稳健性；低成本；对可能会使检测结果失真的电磁干扰的高抵抗性；定位的简单化和稳定化；操作的简单化；和对待监测的结构的良好表面粘附性。特别地，关于抗电磁干扰的要求发现，在传感器进行监测的环境中，特别是在待监测的结构的建筑期间，通常存在在使用时生成高磁场的电机，包括例如挖掘机、用于提取材料的机器、液压泵等。
技术实现思路
本公开提供了一种用于监测建筑结构的传感器，其克服了现有技术的缺点中的至少一些缺点并且可以满足工业的需求和要求。根据本公开，提供了如所附权利要求中限定的电容压力传感器。附图说明为了使本公开更容易理解，现在将参照附图纯粹通过非限制性示例描述其优选实施例，其中：图1A是根据本解决方案的一个实施例的电容压力传感器的平面图中的示意表示；图1B是图1A的传感器的截面图；图2是图1A和图1B的电容压力传感器的等效电气图；图3A至图3B是本公开的电容压力传感器的变型实施例的示意性俯视图；图4至图5是根据本公开的实施例的电容压力传感器的其他变型的截面图；图6A是根据本解决方案的另一实施例的电容压力传感器的截面图；图6B是图6A的传感器的第一板层的布局图；图6C是图6A的传感器的下金属层的布局图；图7是根据本公开的一个实施例的电容压力传感器的示意表示，该电容压力传感器被固定到支撑结构，特别是用于混凝土建筑的笼；图8A是根据本解决方案的又一实施例的电容压力传感器的截面图；图8B是图8A的传感器的上金属层的布局图；图8C是图8A的传感器的第一板层的布局图；图8D是图8A的传感器的第二板层的布局图；图8E是图8A的传感器的下金属层的布局图；图9是图8A的传感器的截面图，示出了与对应的检测电容器相关联的电场线；图10A至图10B是根据本公开的实施例的电容压力传感器与对应的测量电路之间的电连接的示意表示；图11A是根据本解决方案的又一实施例的电容压力传感器的截面图；图11B是图11A的传感器的上金属层的布局图；图11C是图11A的传感器的第一板层的布局图；图11D是图11A的传感器的第二板层的布局图；图11E是图11A的传感器的下金属层的布局图；图12是根据本公开的实施例的电容压力传感器的另一变型的板层的布局图；图13A至图13B是根据本公开的实施例的电容压力传感器的又一变型的截面图；图14A是根据本公开的实施例的电容压力传感器的另一变型的截面图；图14B是图14A的传感器的示意平面图；图15示出了与根据本公开的实施例的电容压力传感器相关联的电气量的曲线图；和图16示出了根据本解决方案的另一方面的、根据本公开的实施例的电容压力传感器的一组基本单元的平面图。具体实施方式本申请人首先发现，具有平的平行片材或板的电容传感器(被称为PPCS，平行板电容器传感器)可以具有如下这样的特性，它能够满足用于特别是混凝土结构的建筑结构内的应力检测的要求，并且可以提供对板之间(由于待监测的应力)的小的相对运动的高灵敏度，耦合到标准电子接口的可能性，适应不同检测要求的高可配置性，以及对待监测的结构的材料的高附着性，使得分离的风险最小化，以及使得结构中的气泡、沙子、砂砾或其他粗糙区域的干扰的可能性最小化。如现在将详细描述的，本解决方案提供了技术生产布置，以确保平坦平行板电容传感器正确操作为待监控结构中、特别是混凝土结构中的优化的压力传感器。图1A和图1B分别以平面图和截面示出了平坦平行板类型的根据本解决方案的实施例的电容压力传感器的一般检测结构，当被插入到考虑的结构中时，该电容压力传感器可被用于监测混凝土结构(未示出)的状态。如下所述，该结构通过用于半导体材料、特别是用于印刷电路板(PCB)的技术形成。以1总体表示的电容传感器包括第一外金属层2a和第二外金属层2b，该第一外金属层2a例如由铜或其他导电材料制成，在水平面xy中具有平面延伸，第二外金属层2b也例如由铜或其他导电材料制成并且在水平面xy中具有平面延伸。相对于正交于水平面xy的竖直轴z的方向，第一外金属层2a可以被认为是上金属层(并且在下面被称为上金属层)，第二外金属层2b可以被认为是下金属层(并且在下面被称为下金属层)。电容传感器1还包括在上金属层2a和下金属层2b之间的第一板层4a，该第一板层4a例如由铜制成，在水平面xy中具有平面延伸。第一结构层5a，例如由玻璃陶瓷、Vetronite或FR-4(由环氧树脂接合在一起的玻璃纤维组成的复合材料)的绝缘材料制成，接触地插入在上金属层2a和第一板层4a之间。第二板层4b例如也由铜制成，在水平面xy中具有平面延伸，并且第二结构层5b例如也由玻璃陶瓷、Vetronite或FR-4的绝缘材料制成，接触地插入在下金属层2b和第二板层4b之间。电容传感器1还包括介电层6，介电层6在水平面xy中具有平面延伸并插入在第一板层4a和第二板层4b之间，以便形成具有平坦平行面的检测电容器C，其板由第一板层4a和第二板层4b限定。因此，电容传感器1具有多层结构，其中层在竖直轴z的方向上堆叠，该多层结构凭借第一板层4a和第二板层4b以及插入的介电层6而在其自身内限定检测电容器C。电容传感器1还包括由导电材料(例如铜)制成的第一接触元件8a，第一接触元件8a电接触第一板层4a，并且特别是电接触由第一板层4a限定的检测电容器C的板。在所示的示例中，第一接触元件8a竖直延伸通过第一结构层5a的整个厚度，与第一板层4a接触。在第一接触元件8a的位置处通过上金属层2a形成第一接触开口9a，并允许从外部向第一板层4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容传感器，包括：多层结构，包括：上导电层，限定所述传感器的上外表面；下导电层，限定所述传感器的下外表面，所述上导电层和所述下导电层被配置为共同限定电磁屏，以用于屏蔽所述检测电容器以防止来自所述电容传感器外部的电磁干扰；绝缘材料的至少第一结构层，与所述上导电层接触；绝缘材料的至少第二结构层，与所述下导电层接触；至少第一板层，由导电材料制成；至少第二板层，由导电材料制成；和至少一个介电层，插入在所述第一板层和所述第二板层之间，以在所述电容传感器的所述多层结构内部限定至少一个检测电容器。

【技术特征摘要】
2017.07.05 IT 1020170000737631.一种电容传感器，包括：多层结构，包括：上导电层，限定所述传感器的上外表面；下导电层，限定所述传感器的下外表面，所述上导电层和所述下导电层被配置为共同限定电磁屏，以用于屏蔽所述检测电容器以防止来自所述电容传感器外部的电磁干扰；绝缘材料的至少第一结构层，与所述上导电层接触；绝缘材料的至少第二结构层，与所述下导电层接触；至少第一板层，由导电材料制成；至少第二板层，由导电材料制成；和至少一个介电层，插入在所述第一板层和所述第二板层之间，以在所述电容传感器的所述多层结构内部限定至少一个检测电容器。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述多层结构包括至少第一双面片材和第二双面片材，在所述电容传感器的所述多层结构中，所述第一双面片材限定所述上导电层、所述第一结构层和所述第一板层，并且所述第二双面片材限定所述下导电层、所述第二结构层和所述第二板层。3.根据权利要求2所述的传感器，其中形成所述第一结构层和所述第二结构层以及所述介电层的材料满足以下关系：EC≥EP≥ED，其中EP表示形成所述第一结构层和所述第二结构层的材料的杨氏模量的值；ED表示形成所述介电层的材料的杨氏模量的值；并且EC表示建筑结构的材料的杨氏模量，所述电容传感器被配置为嵌入在所述建筑结构中。4.根据权利要求3所述的传感器，其中还满足以下进一步的关系：其中α是在1到2的范围内的比例因数，并且β是在8到11的范围内的相应的比例因数。5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一结构层和所述第二结构层中的每一个是FR-4，并且所述介电层是Kapton。6.根据权利要求1所述的传感器，还包括：多个支架，在所述电容传感器的所述多层结构外部耦合到所述上导电层或所述下导电层中的至少一个，其中每个支架具有耦合部分，所述耦合部分被配置为耦合到相应的所述上导电层或所述下导电层的表面；主体部分，从相应的所述上导电层或所述下导电层的所述表面横切该表面延伸；和头部分，连接到所述主体部分并且横切所述主体部分而延伸，并且基本上平行于相应的所述上导电层或所述下导电层的所述表面。7.根据权利要求6所述的传感器，其中所述支架的所述主体部分的形状是：平行六面体；梯形；截断的金字塔；或截断的圆锥体。8.根据权利要求6所述的传感器，其中所述支架被配置为允许检测拉伸应力，所述拉伸应力在所述上导电层和所述下导电层上产生反压。9.根据权利要求6所述的传感器，还包括支架，所述支架横向地耦合到所述多层结构并且横切所述多层结构的堆叠的垂直方向。10.根据权利要求1所述的传感器，包括第一沟槽，所述第一沟槽至少通过所述第一板层的整个厚度而形成，以限定和分离在所述第一沟槽内部的所述第一板层的有源部分，并且以从位于所述第一沟槽外部的所述第一板层的外部分限定所述检测电容器的第一板。11.根据权利要求10所述的传感器，还包括第二沟槽，所述第二沟槽至少通过所述第二板层的整个厚度而形成，以限定和分离在所述第二沟槽内部的所述第二板层的有源部分，并且以从位于所述第二沟槽外部的所述第二板层的外部分限定所述检...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·帕帕拉多，A·彭尼西，E·圭德蒂，A·多里亚尼，
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