应力传感器和负载检测系统技术方案

本公开涉及应力传感器和负载检测系统。该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】
应力传感器和负载检测系统
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。根据本技术的第一方面，提供一种应力传感器，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。在某些实施例中，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。在某些实施例中，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。在某些实施例中，应力传感器还包括：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。在某些实施例中，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。在某些实施例中，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。在某些实施例中，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。在某些实施例中，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。在某些实施例中，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。在某些实施例中，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。在某些实施例中，传感器还包括覆盖所述膜板的所述周边区域的密封块。在某些实施例中，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：第一外部接入端子，被电耦合到所述第一桥式电路并且被布置在所述膜板的所述中心区域中；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的所述中心区域中。在某些实施例中，所述第二接合区域具有围绕所述平面压阻元件的第二通孔。在某些实施例中，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：压阻校准元件，被串联连接到每个三维压阻元件和每个平面压阻元件，所述压阻校准元件被布置在所述膜板的所述周边区域上。在某些实施例中，传感器还包括覆盖所述膜板的所述周边区域的保护块。在某些实施例中，传感器还包括在所述膜板上承载的温度校准电阻器，每个温度校准电阻器被串联连接到所述压阻校准元件中的相应的一个压阻校准元件。在某些实施例中，传感器还包括：外部端子；以及在所述膜板上承载并连接到所述传感器的所述外部端子的温度测量电阻器，所述温度测量电阻器被所述第一接合层围绕并与所述第一接合层分离。在某些实施例中，传感器具有中央通孔，所述中央通孔完全延伸穿过所述膜板、所述第一接合层和所述盖板。在某些实施例中，传感器还包括：耦合到所述膜板的基板；从所述基板向外延伸的第一对突片；以及从所述盖板向外延伸的第二对突片，所述第二对突片被布置在与所述第一对突片不同的高度处，并且相对于所述第一对突片成角度地交错。本技术的第二方面提供一种负载检测系统，包括：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；信号处理单元；将所述传感器电连接到所述信号处理单元的有线连接；通信路径；以及通过通信路径耦合到所述信号处理单元的处理单元。在某些实施例中，所述通信路径包括无线发射器和接收器元件。本技术的第三方面提供一种应力传感器，包括：支撑结构；定位在所述支撑结构上的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应力传感器，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于：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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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：第一外部接入端子，被电耦...

【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：新型
国别省市：意大利,IT