专利名称：无线腐蚀传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器，更特别地，涉及腐蚀的无线检测和监控。
背景技术：
腐,于象航空航天结构件这样的表面来说是个严重的问题。尽管倾向于 复合材料顿工具，但是在传统和下一代的空运交通工具中，仍然有许多金属 —金属和金属—复合材料界面。大量的空运顾客标需要简单、轻便、便宜的 育巨检测这些界面的腐蚀的腐蚀传感器。他们的目标是在损坏扩大之前以可以检
测腐蚀损坏的低成本检验协iX^检测腐蚀。往往是，当修复(mitigation)成本 很高时他们才发现损坏。如果损坏被^检测，这种开支是本可以被避免的。
不幸的是，腐蚀可能发生在难以触及的地方，这使##统的人工非破坏性 检验耗时且困难。 一种可选方法是设计可以在CTX具制造期间或之后安装的 传感器，该传感器可以用于在结构层的界面区和其它腐t虫起始点之间的紧固件 位置监控界面情况。对于用在难以触及的位置来说，无电池、无线的操作会使 衞對可有潜质的传感器非常有吸弓l力。
发明内容
在一个仅仅作为例子的实施例中，无线腐蚀检测器包括表面声波(SAW) 传麟标签(sensor tag),该传繊标签主要包括SAW滤波器、连接到输A^ 口的天线和至少一,禹合于输出端口的电阻性(ER)传,组成。
在另一个也仅仅作为例子的实施例中，无线腐蚀系统包括处理器。收发机 装置耦合于处理器。腐蚀检测器包括至少一,禹M表面声波(SAW)传皿 标签的输出端口的电阻性(ER)传麟。由收发机产生的射频(RF)信号询问 SAW传ii^标签。SAW传,标签转播引入了幅度变化和延别勺响应RF信号。 该响应RF信号由收发机接收，并由处理器解释为腐蚀行为。
在另外的也仅仅作为例子的实施例中，检测腐蚀的方法包括将腐蚀检测器 固定到遭受腐蚀的表面。腐蚀检测器包括至少一,禹合于表面声波(SAW)传 S^标签的输出端口的电阻性(ER)传感器。ffiil射频信号(RF)询问腐蚀检
测器。接收弓I入了幅度变化和延迟的响应RF信号。将引入在响应RF信号中的
幅度变化和延迟解释为对腐蚀行为的测量，该腐蚀行为在传感器附近发生，并 且由该传s^见证。
图1示出示例性无线腐蚀检测器； 图2示出示例性腐蚀检测系统的方框亂以及 图3示出集鹏遭魏蚀的材料层之间的无线腐蚀检测器。
具体实施例方式
以下的详细描述实质上仅仅^例性的，并且不是为了限定本发明或本申 请以及本发明的使用。此外，不受任何前述背景技术或以下详细描述中提出的 原理所束缚。
要求保护的主题利用了两种新兴技术，当它们被结合时提供一种便宜、无 电池以及无线的传感器，用于检测在难以触及的地方中存在的腐蚀。在具有动 力和接有电线的配置中，可以将电阻性(ER)传麟用于腐蚀的监控。这种ER 传感器可以包括用于，飞机变速器紧固件的智能洗涤器，和见证交通工具经 历的环境负载的、暴露于大气的ER传感器。基于表面声波(SAW)的传感器 标签包括在输入端口带有天线并在其输出端口的阻抗变化传感器的SAW滤波 器。滤波器声阻抗的变化弓胞接收到的询问RF波的反射比的变化。
在一禾中实现方式中，其中ER传麟与这种SAW传感器标签相结合，SAW 滤波器的声波和重新Mt的RF信号的RM比与相应的连接于SAW滤波器输出 端口的ER传繊的阻抗成比例。舰将这种ER传感器与SAW丰礎相结合，
可以在没有电池功率或有线连接的情况下测量腐M控传感器的阻抗。适当的 封装可以允许这种传感器解决方案监控分层界面处、紧固件处的腐蚀或者作为 环境见证。
这种实现方式可以通过在基于SAW的传感器标签的输出端口结合一个或 几个电阻性传^l来实现。对于电阻性(ER)传lg^来说，可以预见多种开沐 因子。为了监控多重金属层之间的界面处或金属一复合材料界面处的腐蚀，电 阻性传感器可以由4顿多层挠曲电路设计的SAW "收发机"标签制造，或者连 接于该SAW "收发机"标签。这种薄的"智能洗涤器"可以在装配期间安装， 并且埋在遭受腐蚀的结构的各层之间，其中SAW传感器标签显现在互搭接头的
或类似连接结构的紧密接合边缘。
可以以各种并联和串联的拓扑结构的组合将单个SAW传感tl标签有线连
接于一组ER传感器。连接于多个ER传感器的齡SAW传感器标签都能够监 控结构区的腐蚀。通过改变由SAW标签服务的ER传感器的数量，或者通过使 用更复杂的SAW标签设计，该设计會,基于附加的通信复杂性在输出端口传感 器之间进行区分，可以调节腐蚀检测的位置特性的程度。
安装之后，通过与正被监测结构未被腐蚀的或相对未被腐蚀的部分接触的 ER传皿的电阻的变化，感测存在的腐蚀。ER传感器的电阻由于腐蚀产品的 存在或由于因腐蚀行为在牺牲保护涂层中造成的损坏而改变。
SAW滤波器为将电能转换为声能的带通、选频装置。当SAW滤波器被适 当的RF信号询问时，将RF能量转换为弹性波，该弹性波行向下游历SAW滤 波器，并经历传输时间延迟。当转换的超声波信号到达SAW鹏线的末端时， 其由输出端口负载RI寸，并且向上游历回延迟线，以便由连接于SAW标签的输 A^j口的天线重新发送。可以将ER传麟阻抗的变化看作是转播的RF信号中 的幅度变化和延迟。可以将使用相同的SAW-ER传感器封装中的虚拟负载的参 考RF反射用于校准幅度响应，以便去除信号幅度变化的共報。
转向图1 ，示出示例性腐蚀检测器10。检测器10包括基于SAW的传SII 标签12，该传繊标签具有分别ffil导体16和20连接至诉俞入端口的天线14 和地22。输入叉指^i^换器(IDT)结构18也连接于导体16和20。 M3i结构 18将RF电信号转换为弹性波，并且弹性波行向下游历SAW滤波器。这由箭头 24表示。当弹性波包到达输出叉指式变换器结构26时，弹性波在输出端口逆向 转换为电信号。输出IDT经由耦合于输出端口点28和30的导体36和38而耦 M ER传感器34。电阻负载32如图所示在点30耦合于输出端口 。
此外，如前所述，随着弹性波至l腿输出IDT 26的末端，其被输出端口负载 (包括传 34)反射，并沿着SAW滤波器12反向游历至lJ天线14，在该处被 重新发送。可以将ER传麟34阻抗变化看作是转播的RF信号中的幅度变化 和延迟。
转向图2，示出示例性腐蚀检观孫统。系统40包括耦合于具有收发机驢 的询问单元44的控制器/处理器42。收发机装置广播适当的RF询问信号46， 该RF询问信号由腐蚀检测器10中的天线14接收。这里，如前所述，将RF信
号46转换为声能，该声能游历SAW传感器12的长度，引入反映腐蚀传感器 34的阻抗的幅度变化和延迟。然后将能量再转换为RF响应信号48，该RF响 应信号由天线14广播给询问单元44 。
幅度和延迟的变化可以由控制器/处理器解释为在传感器附近已经出现腐 蚀的证据。此外，例如，可以将使用相同的SAW-ER传感器封装中的虚拟负载 但是经历ER传感器响应的不同的时间延迟的参考RF反射用于^ l幅度响应， 去除信号幅度变化的共 。
可以串联耦合一组ER腐蚀传,34 (未示出)，然后与SAW传,12 并联耦合。在这种情形下，可以选择性地将ER传感器34想遣在期望lffi控的 区域。此外，可以将不同的ER传麟34方爐在各种不同的材料层中，其中挠 曲电路元件(未示出)将ER传感器34互相连接，或者将它们连接到SAW传 麟12。如本领域技术的人员理解的，可以以多种开邻因子实现ER传繊34 的多种配置，以便适合于特定的应用。
图3示出在材料顿受腐蚀的层52和54之间的腐蚀检测器的示例性定位 50。在描述的例子中，将腐蚀检测器IO (包括SAW传感器12和至少一个腐蚀 传繊34)布置在层52和54之间。在描述的实施例中，检测器10的一部分保 持暴露，以便接收和转换适当的RF信号。例如，暴露部分可以包括SAW传感 器标签12，而掩埋部分可以包括一个或多个腐蚀传感器34。此外，本领域技术 人员可以理解，可以实现各种配置以形成有效的腐 控系统。
虽然己经参照优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解， 在不脱离本发明的范围的情况下，可以进1亍各种改变，并且可以用等价物替换 其元件。此外，根据本发明的教导，在不脱离其本质范围的情况下，可以进行 许多修改以适应特殊的情况或材料。因此，本发明不限于作为预期实现本发明 的最佳方式公开的特定实施例。
权利要求
1、一种无线腐蚀检测器(10)，包括具有输出端口(28，30)的表面声波(SAW)传感器标签(12)；和耦合于所述输出端口(28，30)的至少一个电阻性(ER)传感器(34)。
2、 如权利要求l所述的装置，其中，所述SAW传感器标签(12)和ER 传感器(34)集jteil^ii蚀的材料层之间。
3、 如权利要求2所述的驢，其中，所述SAW传感器标签(12)的暴露 部分緒述材料层延伸。
4、 如权利要求1所述的^S，进一步包括与该至少一个ER传皿(34) 串联耦合的附加的ER传皿。
5、 一种无线腐蚀系统(40)，包括 处理器(42);耦M所述处理器的收发机^S (44);禾口包括至少一W禺合于表面声波(SAW)传感器标签(12)的输出端口 (28， 30)的电阻性(ER)传麟(34)的腐蚀检测器(10)，其中ffl31由所述收发机(44)产生的射频(RF)信号询问所述SAW传繊标 签(12)，所述SAW传jg^标签(12)转播引入了幅度变化和g的响应RF信号，禾口所述响应RF信号由收发机(44)接收，并由 器(42)解释为腐蚀行为。
6、 如权利要求5所述的系统，其中，所述SAW传感器标签(12)和ER 传 (34)集自遭受腐t虫的材料层之间。
7、 如权利要求6所述的系统，其中，所述SAW传感器标签(12)的暴露 部分服述材料层延伸。
8、 一种检测腐蚀的方法，包括将腐蚀检测器(10)固定到遭受腐蚀的表面，其中，所述腐蚀检测器包括 至少一个耦合于表面声波(SAW)传 标签(12)的输出端口 (28， 30)的 电阻性(ER)传感器(34); ffiW频信号(RF)询问所述腐蚀检测器(10); 接收弓l入了幅度变化和舰的响应RF信号；将引入在所述响应RF信号中的幅度变化和延迟解释为腐蚀行为。
9、 如权利要求15所述的方法，其中，固定所述腐蚀检测器进一步包括将 所述腐蚀检测器(10)定位在遭受腐蚀的材料层之间。
10、 如权利要求16所述的方法，其中，将所述腐蚀检测器(10)定位在材 料层之间进一步包括定位所述腐蚀检测器的暴露部分以便从所述材料层延伸。
全文摘要
本发明涉及无线腐蚀传感器。一种无线腐蚀检测器包括表面声波(SAW)传感器标签。该SAW传感器标签具有输出端口。至少一个电阻性(ER)腐蚀传感器耦合于该输出端口。
文档编号G01N17/04GK101363791SQ20081016110
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月5日 优先权日2007年8月6日
发明者G·A·戈顿 申请人:霍尼韦尔国际公司