一种封装集成式应力监测传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种封装集成式应力监测传感器，涉及应力监测领域，该传感器主要由测量应变片、基底板、单向应变片、校准电阻和校准开关、微型连接器组成，测量应变片、单向应变片和校准电阻按照惠斯通桥路设计，惠斯通桥路输出的电压信号传输至应力监测系统；该传感器的测量应变片可以实现无损安装，且测量应变片和基底板、单向应变片和校准电阻的封装一体式结构对被测壳体不产生附加结构应力，测量精度高、稳定性好，可实现温度补偿作用，具有在线校准功能，能够配合被测设备长期使用。

A packaged integrated stress monitoring sensor

The invention discloses a package integrated stress monitoring sensor, which relates to the field of stress monitoring. The sensor is mainly composed of a measuring strain gauge, a base plate, a unidirectional strain gauge, a calibration resistance and a calibration switch, and a micro connector. The measuring strain gauge, a unidirectional strain gauge and a calibration resistance are designed according to the Wheatstone Bridge Road, and the voltage signal output by the Wheatstone bridge road is transmitted to the stress monitoring System: the measuring strain gauge of the sensor can be installed without damage, and the packaging integrated structure of the measuring strain gauge and the base plate, the unidirectional strain gauge and the calibration resistance does not produce additional structural stress to the measured shell, has high measurement accuracy and good stability, can realize temperature compensation, has online calibration function, and can be used for a long time with the tested equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种封装集成式应力监测传感器
本专利技术涉及到应力监测领域，尤其是一种封装集成式应力监测传感器。
技术介绍
载人舱球壳是载人潜水器的核心部分，在潜水器下潜过程中承受巨大的海水压力，其结构的安全性十分关键，载人舱球壳一般采用钛合金材料制造。由于载人舱球壳的重要性，需要在使用过程中对其结构状态进行长期连续监测。当前，普通测量应力的方法有粘贴电阻应变片法和专用应力传感器法。其中，粘贴电阻应变片法应用最多，由于应变片体积尺寸小，几乎没有重量，能够适用于动、静载应力测量，能够最真实地反映结构的受力情况，对于高应力区域有非常强的适用性，缺点是长期使用稳定性相对较差，一般只适用于短期测量，对于长期测量需要采取特殊的保护工艺和处理措施，现场操作施工难以保证质量。专用应力传感器法是通过金属弹性体实现间接测量的，其优点是整体性能好，传感性能稳定；缺点是尺寸大，需要通过焊接安装。由于载人舱球壳表面禁止焊接，球壳开孔等位置应力梯度变化大，又要在水下长期监测载人舱球壳应力情况，因此以上两种测量应力方法对于潜水器载人舱球壳应力的测量显然是无法实现的。
技术实现思路
本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种封装集成式应力监测传感器，本专利技术的技术方案如下：一种封装集成式应力监测传感器包括测量应变片、基底板、单向应变片、校准电阻、校准开关和微型连接器；基底板的材料与载人舱球壳的材料相同，各个单向应变片的性能参数均与测量应变片的性能参数相同；测量应变片设置在载人舱球壳的待监测位置，基底板设置在载人舱内部，各个单向应变片和各个校准电阻均设置在基底板上，测量应变片连接到基底板，测量应变片与校准电阻以及三个单向应变片电连接形成惠斯通桥路结构，测量应变片与校准电阻串联形成其中一个桥臂，三个单向应变片分别形成另外三个桥臂；每个校准开关分别并联在一个校准电阻的两端且两个校准开关分别引出至基底板的外部；惠斯通桥路结构的输入端和输出端分别通过连接线连接至微型连接器，微型连接器用于连接载人舱的应力监测系统。其进一步的技术方案为，基底板上固定有配桥电路板，配桥电路板内部预先布设有配桥电路，配桥电路板针对配桥电路提供的正输入端、负输入端、正输出端和负输出端分别通过连接线连接至微型连接器；配桥电路板还针对配桥电路提供焊盘，通过配桥电路板内部布设的配桥电路，正输入端分别与第一焊盘和第二焊盘电连接，负输入端分别与第四焊盘和第五焊盘电连接，正输出端分别和第六焊盘和第七焊盘电连接，负输出端分别和第八焊盘和第九焊盘电连接，配桥电路板还提供第三焊盘；校准电阻的两端分别连接配桥电路板的第一焊盘与第三焊盘，测量应变片分别连接配桥电路板的第三焊盘和第八焊盘，三个单向应变片分别连接在配桥电路板的第二焊盘和第七焊盘之间、第六焊盘和第四焊盘之间以及第五焊盘和第九焊盘之间。其进一步的技术方案为，封装集成式应力监测传感器还包括导线尾夹，导线尾夹固定在基底板上并固定微型连接器与惠斯通桥路结构之间的各个连接线。其进一步的技术方案为，测量应变片为单向测量应变片、双向测量应变片和三向测量应变片的任意一种，测量应变片中的每个应变片分别与校准电阻以及三个单向应变片电连接形成一个惠斯通桥路结构。其进一步的技术方案为，每个校准电阻采用阻值为1Ω、精度为0.05％的精密贴片式电阻。其进一步的技术方案为，基底板、单向应变片和校准电阻封装成一体。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术公开了一种封装集成式应力监测传感器，应用于载人潜水器球壳应力监测的传感器，根据测量要求可以更换测量应变片的类型，测量应变片、单向应变片和校准电阻形成惠斯通桥路，且惠斯通桥路和其温度补偿作用实现了高精度稳定测量，校准电阻和校准开关配合应力监测系统解决了在线校准的难题，该封装集成式应力监测传感器实现了无损安装，降低现场施工难度，保证应力监测效果，且对被测壳体不产生附加结构应力，采用微型连接器作为信号输出，以便于产品化使用，其基底板、单向应变片和校准电阻的封装集成方式，能够使该传感器在深海压力温度环境下长期使用。附图说明图1是本申请中的封装集成式应力监测传感器的结构示意图。图2是本申请中的封装集成式应力监测传感器的配桥电路板的示意图。图3是本申请中的封装集成式应力监测传感器的基底板及其AA剖面示意图。图4是本申请公开的封装集成式应力监测传感器的使用流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。请参考图1-3，封装集成式应力监测传感器包括测量应变片1、基底板2、单向应变片、校准电阻、校准开关和微型连接器3。其中，基底板2的材料与载人舱球壳的材料相同，比如基底板2与载人舱球壳的材料都使用钛合金。各个单向应变片的性能参数均与测量应变片1的性能参数相同。测量应变片1设置在载人舱球壳内部待监测位置，基底板2设置在测量应变片附近位置，实现了传感器的集成一体化。各个单向应变片和各个校准电阻均设置在基底板2上，测量应变片1连接到基底板2，测量应变片1与校准电阻以及三个单向应变片电连接形成惠斯通桥路结构，其中，测量应变片1与校准电阻串联形成其中一个桥臂，三个单向应变片分别形成另外三个桥臂。每个校准开关分别并联在一个校准电阻的两端且两个校准开关分别引出至基底板2的外部。由于基底板2与载人舱球壳都使用钛合金材料，且两者同处于载人舱内也即处于同一温度环境中，所以性能参数相同的双向测量应变片1和各个单向应变片由温度引起的应变相同，惠斯通桥路结构的输出不会因受到温度变化的影响而产生温度应变，从而可以起到温度补偿作用且实现高精度稳定测量。为了使在线校准功能的精度提高和实现封装一体化，每个校准电阻采用阻值为1Ω、精度为0.05％的精密贴片式电阻。惠斯通桥路结构的输入端和输出端分别通过连接线连接至微型连接器3，微型连接器3用于连接载人舱的应力监测系统。封装集成式应力监测传感器还包括导线尾夹15，导线尾夹15固定在基底板2上并固定微型连接器3与惠斯通桥路结构之间的各个连接线。其中，测量应变片1为单向测量应变片、双向测量应变片和三向测量应变片的任意一种，当测量应变片1为双向测量应变片或三向测量应变片时，测量应变片1实际包括多个应变片，通常为应变花结构，则测量应变片中的每个应变片分别与校准电阻以及三个单向应变片电连接形成一个惠斯通桥路结构。比如本申请以双向测量应变片为例，如图1所示，本申请的封装集成式应力监测传感器包括双向测量应变片1、基底板2、六个单向应变片、两个校准电阻、两个校准开关和微型连接器3。双向测量应变片1是带引线的应变片，具有双向应力测量功能，直径不大于10mm，双向测量应变片1的纵向测量应变片和横向测量应变片分别连接到基底板2，纵向测量应变片与校准电阻4以及单向应变片5、单向应变片6、单向应变片7电连接形成惠斯通桥路结构，纵向测量应变片与校准电阻4串联形成其中一个桥臂，单向应变片5、单向应变片6、单向应变片7分别形成另外三个桥臂，校准开关8并联在校准电阻4的两端且校准开关8引出至基底板2的外部，此惠斯通桥路结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封装集成式应力监测传感器，其特征在于，所述封装集成式应力监测传感器包括测量应变片、基底板、单向应变片、校准电阻、校准开关和微型连接器；所述基底板的材料与载人舱球壳的材料相同，各个所述单向应变片的性能参数均与所述测量应变片的性能参数相同；所述测量应变片设置在载人舱球壳的待监测位置，所述基底板设置在载人舱内部，各个所述单向应变片和各个所述校准电阻均设置在所述基底板上，所述测量应变片连接到所述基底板，所述测量应变片与所述校准电阻以及三个所述单向应变片电连接形成惠斯通桥路结构，所述测量应变片与所述校准电阻串联形成其中一个桥臂，三个所述单向应变片分别形成另外三个桥臂；每个所述校准开关分别并联在一个所述校准电阻的两端且两个所述校准开关分别引出至所述基底板的外部；所述惠斯通桥路结构的输入端和输出端分别通过连接线连接至所述微型连接器，所述微型连接器用于连接所述载人舱的应力监测系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种封装集成式应力监测传感器，其特征在于，所述封装集成式应力监测传感器包括测量应变片、基底板、单向应变片、校准电阻、校准开关和微型连接器；所述基底板的材料与载人舱球壳的材料相同，各个所述单向应变片的性能参数均与所述测量应变片的性能参数相同；所述测量应变片设置在载人舱球壳的待监测位置，所述基底板设置在载人舱内部，各个所述单向应变片和各个所述校准电阻均设置在所述基底板上，所述测量应变片连接到所述基底板，所述测量应变片与所述校准电阻以及三个所述单向应变片电连接形成惠斯通桥路结构，所述测量应变片与所述校准电阻串联形成其中一个桥臂，三个所述单向应变片分别形成另外三个桥臂；每个所述校准开关分别并联在一个所述校准电阻的两端且两个所述校准开关分别引出至所述基底板的外部；所述惠斯通桥路结构的输入端和输出端分别通过连接线连接至所述微型连接器，所述微型连接器用于连接所述载人舱的应力监测系统。


2.根据权利要求1所述的封装集成式应力监测传感器，其特征在于，所述基底板上固定有配桥电路板，所述配桥电路板内部预先布设有配桥电路，所述配桥电路板针对所述配桥电路提供的正输入端、负输入端、正输出端和负输出端分别通过连接线连接至所述微型连接器；所述配桥电路板还针对所述配桥电路提供焊盘，通过所述配桥电路板内部布设的所述配桥电路，所述正输入端分别与第一焊盘和第二焊盘电连接，所述负输入端分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华伟，黄进浩，周平，秦天，郑庆新，孙函宇，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心中国船舶重工集团公司第七零二研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32