专利名称：混合型弹性和易碎分层结构状况传感器的制作方法
技术领域：
本公开涉及结构测试。特别地，本公开涉及监视使用中结构元件随时间的完整性 的技术。
背景技术：
监视结构元件完整性的需要在许多不同应用中出现。例如，有必要监视飞行器结 构。飞行器可保持使用多年并可能经历超过设计极限的环境，导致不同的故障模式，例如疲 劳、断裂和腐蚀。因此，有必要定期检查交通工具的结构完整性，作为任何小心维护计划的 一部分。相似地，其它类型的结构也可需要定期监视。高速公路结构例如天桥和桥梁必须 定期检查。一些建筑结构也可能需要定期测试。测试结构元件的传统测试技术例如视觉检 验、X-射线、染料渗透剂和电场技术(例如涡电流测试等)具有许多缺点。结构元件的视觉检验经常需要对结构进行一些程度的拆卸。这使全部测试成本大 大增加。例如，飞行器结构的视觉检验需要充分拆卸结构，并移除安装的装备，以便提供以 适合视觉检测腐蚀的距离观察感兴趣区域所需的通道。在放射线照相测试大类之下的X-射线测试需要特殊设备和政府许可。该技术利 用短波长电磁辐射穿透各种材料的能力。X-射线机器或放射源可用作光子源。因为从被检 测材料相反侧出现的辐射量可被检测和测量，因此辐射强度的变化用来确定材料的厚度或 成分并揭示任何缺陷。由于安全问题，因此X-射线测试在执行测试时也通常需要完全停止 关于全部其它任务的工作。染料渗透剂测试也是耗时和棘手的。染料渗透剂检查用来通过从裂纹渗出有色染 料或荧光染料揭示表面破损裂纹。该技术基于液体通过毛细作用吸入表面破损裂纹的能 力。在一段时间后，过多表面渗透剂被移除，并且施加显影剂。这充当吸收剂。它将渗透剂 从裂纹吸出，从而显示它的存在。构成的渗透剂和显影剂以及它们的副产物可被确定为危 险的(HAZMAT)，需要昂贵的处理手段。最后，利用施加电场的检验方法(例如，涡电流测试等)在该类应用中特别耗时并 且难以可靠读取，并可需要改变结构。例如在通常的涡电流测试中，将承载AC电流的环形 线圈接近测试的导电样本放置。线圈中的交流电产生变化磁场，该变化磁场与测试物体相 互作用并在其中感应涡电流。这些涡电流的相位和量级的变化可使用第二线圈监视，或通 过测量在主线圈中流动的电流的改变来监视。测试物体存在的任何裂纹或导电率或导磁率 的任何变化将导致涡电流的改变和所测量电流的相位和幅度的相应改变。该技术通常限于 检测表面破损或近表面破裂以及材料组成的变化。考虑到上述，本领域需要有效监视结构元件完整性的设备和方法。特别地，需要这 样的设备和方法来监视结构元件而不需要耗时的拆卸。也需要重量轻且使用廉价的此类设 备和方法。在飞行器应用中特别需要这样的设备和方法。进一步，需要这样的设备和方法 监视结构的断裂和可能的腐蚀以及二者。这些和其它需要通过如下面详述的本公开满足。
发明内容
公开了监视和测试结构元件中可能的断裂和腐蚀的混合型传感设备。包括薄易裂 导体感测环的易碎材料层和包括联结在易碎层上的导电腐蚀感测环的弹性材料层形成联 结到待测试结构元件的组件。导电腐蚀感测环的部分通过在弹性材料层中的漏孔暴露。在 联结的结构元件中的断裂在易碎膜和薄易裂导体感测环中引起破坏，并且导电腐蚀感测环 的腐蚀改变它的电性质。破坏的导体感测环和/或导电腐蚀感测环的所测量的电性质变化 揭示可能的损坏。两个传感器层可利用单一、共享的无线通信标签(tag)，以耦合到电测量 仪器。本发明的典型传感器实施方式包含感测结构完整性的设备，其包括易碎非导电材 料层、布置在易碎非导电材料层上的弹性非导电材料层、在易碎非导电材料层内的易裂导 体感测环和在弹性非导电材料层内的导电腐蚀感测环，并且导电腐蚀感测环具有通过在弹 性非导电材料层中的至少一个漏孔暴露的部分。易碎非导电材料邻近结构表面布置，以使 易裂导体感测环可通过结构表面中的断裂分裂，并且导电腐蚀感测环的暴露部分可腐蚀从 而引起导电腐蚀感测环的电性质改变。在一些实施方式中，易裂导体感测环和结构表面可 包含共同的材料。通常，易碎非导电材料层被联结到结构表面。通常，源自结构表面中断裂的易裂导体感测环的分裂和导电腐蚀感测环的电性质 改变可通过耦合到易裂导体感测环和导电腐蚀感测环的电测量器件感测。在进一步的实施 方式中，传感器进一步包含无线通信标签，以便将电测量器件耦合到易裂导体感测环和导 电腐蚀感测环。可选地，有线连接器件可用于将电测量器件联接到易裂导体感测环和导电 腐蚀感测环。在进一步的实施方式中，第二结构表面可布置在弹性非导电材料层上面，例如如 同在密封垫片结构中使用的。在此情况下，弹性非导电材料层可包含与第二结构表面紧靠 的一个或多个密封肋。在一些实施方式中，易碎非导电材料层的构造可包含将易裂导体感测环夹在中间 的两个层。相似地，弹性非导电材料层的构造可包含将导电腐蚀感测环夹在中间的两个层。以相似方式，感测结构完整性的典型方法包含步骤邻近结构表面布置易碎非导 电材料，在易碎非导电材料内具有易裂导体感测环；在易碎非导电材料层上布置弹性非导 电材料层，在弹性非导电材料层内具有导电腐蚀感测环并且导电腐蚀感测环的部分通过弹 性非导电材料层中至少一个漏孔暴露；感测源自结构表面中断裂的易裂导体感测环中的分 裂；和感测源自导电腐蚀感测环的暴露部分中腐蚀的导电腐蚀感测环的电性质变化。本发 明的方法实施方式可进一步被修改与在此描述的设备实施方式一致。已讨论的特征、功能和优点可在本发明的各种实施方式中独立实现，或可在可参 考下面描述和附图进一步详述的其它实施方式中结合实现。
现在参考附图，其中相似附图标记在通篇中表示对应部件图IA图解示例性混合型弹性和易碎分层结构状况传感器的剖面；图IB图解指示结构故障的示例性混合型弹性和易碎分层结构状况传感器的剖
图2A图解示例性混合型弹性和易碎分层结构状况传感器的俯视图；图2B图解示例性混合型弹性和易碎分层结构状况传感器的剖面A-A ；图2C图解示例性混合型弹性和易碎分层结构状况传感器的剖面B-B ；图3A图解可耦合到结构传感器的无线通信标签；图3B图解无线通信标签中接收器的示例安全特征；图4是感测结构完整性的方法的流程图；以及图5是使用图4感测结构完整性方法的感测环感测的子方法流程图。
具体实施例方式1.概述如上面提及，本公开的实施方式涉及检测结构元件中缺陷(例如断裂)和结构元 件中可能的腐蚀导致的不连续性的技术。该混合型传感器将两种先前描述的传感器(Fay 等人在2007年11月16日提交的美国专利申请11/941，307中描述的断裂检测传感器，和 Fay等人在2007年11月16日提交的美国专利申请11/941，367中描述的腐蚀检测传感器) 结合为一个具有腐蚀和破裂检测的结合能力的集成传感器。双层膜传感器有效地成为它安 装的结构上的部分。该传感器可以快速且可靠的方式向用户提供腐蚀和/或损坏状态。该 传感器的操作不需要特殊设备、工具、训练或装备。该传感器包含至少两个不同材料层，包括具有嵌入易裂导体感测环的易碎非导电 材料层和具有嵌入导电腐蚀感测环的弹性非导电材料层。该混合型传感器结构可通过将弹 性密封垫片腐蚀传感器部件直接联结到易碎断裂传感器部件来构造。安装时，断裂传感器 部件可直接联结到感兴趣的结构。易碎非导电层被联结到结构元件，以使结构元件中的断 裂在膜中产生对应的断裂和在易裂导体感测环中产生破裂。关于断裂检测，结构元件可以 是任何材料例如金属材料或复合材料。弹性非导电层布置在易碎非导电层的上表面上，并 包括至少一个漏孔，以暴露导电腐蚀感应层的部分。附近结构的可能腐蚀通过导致导电腐 蚀感测环电性质改变的导电腐蚀感测环的腐蚀来指示。易裂导体感测环的分裂和导电腐蚀感测环的腐蚀都可用耦合到分离环的电测量 器件检测。可选地，也可使用独立的电测量器件。与感测环的连接可通过普通电连接器或 无线通信标签进行。在描述的混合型传感器中，两个传感器层都可利用单一共享的无线通 信标签，来耦合到电测量器件。在一些实施中，无线读取测量器件可用来提供RF信号，以激励电路、控制功能和 接收数据。在不存在足够严重到需要修理的腐蚀或损坏情况下，传感器可提供检测能力而 不需要用长时间移除使用的已安装单元。相反，检查结构的传统技术都非常耗时且昂贵。因此，联结的易碎传感器层和弹性腐蚀传感器层在一起可检测隐藏的断裂、其它 结构损坏和可能的腐蚀而没有任何组件或结构拆卸。在不存在足够严重到需要修理的损坏 的情况下，本公开的实施方式可减少如执行常规可视检验另外所需要的组件或结构的任何 需要的拆卸。进一步地，本公开的实施方式不需要特殊设施、训练或政府许可。本公开的实 施方式也提供了更快处理，以确定结构缺陷是否存在而不干扰正进行的其它工作。根据本公开的混合型传感器基于它可节省的劳动和它可提供的额外装备便利性， 可降低所有者(例如飞行器)的总成本。在不存在需要修理的损坏的事件条件下，操作者
6不必采用不起作用的装备。相反，传统方法的完成需要许多劳动和不起作用的长时间—— 即使不需要修理。传统方法也提高了在进入所需要的拆卸期间维护引起损坏的风险。2.混合型分层断裂和腐蚀传感器结构图IA图解示例性混合型弹性和易碎分层结构状况传感器100的剖面。传感器100 包含形成为薄平坦结构的易碎材料层104，其邻近结构102的表面布置。通常，易碎材料层 104联结到结构102。至少一个易裂导体感测环106嵌入在易碎材料层104内。易碎材料 层104必须是非导电的，以便不使用于检测结构102表面中的断裂或其它结构故障的易裂 导体感测环106短路。分离的弹性材料层108布置在易碎材料层104上。弹性材料层108具有至少一个 嵌入在其内的导电腐蚀感测环110。弹性材料层108包括穿透以暴露导电腐蚀感测环110 部分的一个或多个漏孔112。弹性材料层108同样是非导电的，从而避免使导电腐蚀感测环 110短路。尽管不需要，但传感器100可采用密封垫片结构。在此情况下，第二结构114的 表面布置在弹性非导电材料层108上。在该结构中，弹性非导电材料层108可包括与第二 结构114的表面紧靠的一个或多个密封肋116。图IB图解指示结构故障的示例性混合型弹性和易碎分层结构状况传感器的剖 面。在结构102的表面中出现的断裂118在易碎材料层104中引起破裂120，其又穿过从 而在易裂导体感测环104中引起破裂122。在邻近的结构102、114(或未示出的其它结构) 中可能的腐蚀被传感器100的弹性非导电材料层108检测。通常，易裂导体感测环104中 检测的分裂是破裂(其可以是穿过易裂导体感测环104的完全破裂或部分破裂)。然而，易 裂导体感测环104的测量的电性质的任何变化(例如电阻率增加)也可用来检测分裂，并 指示下面结构中的断裂或其它问题。附近的结构102、114(或未示出的其它结构)中可能的腐蚀通过在由一个或多个 漏孔112暴露的部分中的导电腐蚀感测环110的腐蚀指示。在弹性非导电材料层108中的 一个或多个漏孔112中导电腐蚀感测环110上发展的任何腐蚀124都影响导电腐蚀感测 环110的电性质。导电腐蚀感测环110的材料可选择为易腐蚀，使得与该区域接触的任何 湿气进入漏孔112并导致导电腐蚀感测环110的暴露部分至少部分减小。这导致导体的有 效电阻增加，因为腐蚀减小了导体的横截面面积。因此，尽管结构102、114的实际腐蚀可能 还不存在，但漏孔112允许导电腐蚀感测环110提供由于湿气存在引起的结构元件可能腐 蚀的早期警告。可在弹性非导电材料层108中的漏孔112中发展的过度腐蚀也可导致导电 腐蚀感测环110分裂。应注意，导电腐蚀感测环110的设计可被优化，以使导电腐蚀感测环 110的部分可进行不同处理，或包含与导电腐蚀感测环110的未暴露区域不同的材料，从而 增强在该区域中的腐蚀敏感性。易裂导体感测环106和导电腐蚀感测环110的末端都连接到与检测断裂或腐蚀的 测量器件耦合的连接器件，如在接下来的段落中描述的示例混合型分层断裂和腐蚀传感器 装置中说明的。在一个实例中，易碎材料层可由两层薄塑料易碎膜构造，其含有夹在两层之间的 一个或多个细金属丝感测环。易碎材料层可以是可固化的，使得它在安装之前是柔软的，但 在完全固化时变得硬且脆。如先前描述，在损坏时，例如破裂在下面结构上发生时，该易碎 膜也破裂，在损坏位置破坏了金属丝感测环。易碎材料层是可在安装时自粘附并有效密封和保护下面结构免遭腐蚀的非导电材料。相似地，弹性材料层也可由含有一个或多个金属丝感测环的两层薄塑料构造。弹 性材料层也可以是可固化的，但它固化为弹性材料。弹性材料层也是非导电的并可自粘附 到易碎材料层的上面。如上面描述，弹性材料层上面中的一个或多个漏孔容许导电腐蚀感 测环指示可能的腐蚀。传感器可安装在破裂和/或腐蚀受关注的结构位置，例如加压结构中的紧固孔和 切口。在合适的距离，操作者使用读取器件激励并读取传感器。无线读取器件或另一外部 器件可用来比较感测环的读数与在每个特殊装置处测量的参考值的读数，从而确定可能的 腐蚀或损坏是否存在。参考值可在设计传感器用于具体应用和制造时确定。具体应用的参 考值可以书面形式存在，以便手动测量和分析，或加载于无线读取器，以便自动分析。易碎和弹性层共享一些共同性质，但也具有不同特征。通常，易碎材料层是非多 孔的并且在安装之后易碎(脆性的)。易碎材料层的材料可具有外表上相似于漆涂料的特 征。目的是易碎材料层的成分应匹配它联结的结构材料，使得如果破裂在结构元件中发生， 那么易碎材料层也破裂，使形成感测环的导体破损。另一方面，弹性材料层在安装后应是柔 软的。两个材料层都可以是预制件或原位制造。易碎材料层和弹性材料层都应为有效电绝 缘体，并在安装之前足够柔软，从而容许容易安装。两个材料层都应具有良好储存寿命质 量，从而容许贮存备用品。两个层都必须是非腐蚀性的，特别对于导电腐蚀感测环。合适的 层和感测环材料以及尺寸和电测量特征可选择用于具体的安装，从而最大化传感器性能。 易碎膜层的不同材料可包括但不限于聚碳酸酯、氨基甲酸乙酯、聚氨酯、珐琅、聚酯、丙烯酸 类、环氧和广泛种类的塑料和其它相似材料。弹性密封垫片层的材料可包括但不限于硅氧 烷、橡胶、腈、丁腈橡胶、氯丁橡胶、聚四氟乙烯和其它相似材料。对于具体应用，感测环可定制调节。对于易裂导体感测环，它可通常由与安装界面 处结构元件相同的材料构造(例如贱金属(base metal)与合金)。感测环的结构和尺寸应 适合，以确保在膜破损时导体破损以及如果膜破损则导体破损。导电腐蚀感测环不需要是 易碎的。该感测环的材料包括但不限于铝、钢、铜、镁、钛和其它相似材料。膜传感器设备也 可以以密封垫片结构实施，如在接下来的章节中描述的。3.示例混合型分层断裂和腐蚀传感器装置图2A到2C分别图解示例性混合型弹性和易碎分层结构状况传感器200的俯视图 和两个剖面。图2B图解在图2A中示出的示例性混合型弹性和易碎分层结构状况传感器200 的剖面A-A，并且图2C图解在图2A中示出的示例性混合型弹性和易碎分层结构状况传感器 200的剖面B-B。传感器200包含形成为薄平坦结构的易碎和弹性材料层204A、204B，其在 两个结构202A、202B的表面之间邻近布置，如在图2B和2C的剖面中示出。在此情况下，易 碎材料层204A布置在第一结构202A的表面上。在该实例中，三个易裂导体感测环206A、 206B、206C嵌入在易碎材料层204A内。这里同样，易碎材料层204A必须是非导电的，以便 不使易裂导体感测环206A、206B、206C短路，易裂导体感测环206A、206B、206C用于以关于 图IA和IB先前描述的方式检测结构202A、202B的表面中的断裂或其它结构故障。弹性材料层204B布置在易碎材料层204A上面。弹性材料层204B包括穿透层204B 以暴露导电腐蚀感测环208的不同部分的多个漏孔230A-230R。因此，导电腐蚀感测环208 可用来提供早期腐蚀检测，如先前关于图IA和IB描述的。传感器200的密封垫片结构也可包括构建在弹性材料层204B顶部表面中的一个或多个肋210A、210B。肋210A、210B设计 来针对结构202B的邻近表面提供密封。如先前描述的，导电腐蚀感测环208材料可选择为易受腐蚀，以便与该区域接触 的任何湿气进入漏孔230A-230R中的一个或多个，并导致该导体至少部分侵蚀。由于腐蚀 减少了导体的横截面面积，因此这导致导体的有效电阻增加。因此，尽管结构202A、202B的 实际腐蚀可能不存在，但漏孔230A-230R允许导电腐蚀感测环208提供结构元件由于湿气 存在可能腐蚀的早期警报。应注意，密封垫片结构特别适合早期腐蚀检测，因为弹性材料层 204B的顶部表面旨在保持与环境密封(具有或没有密封肋210A、210B)。因此，该区域的视 觉检验不会揭示存在于漏孔230A-230R中的任何湿气。参考图2A，导电腐蚀感测环208和三个易裂导体感测环206A、206B、206C的末端都 连接到连接器件，该连接器件然后可耦合到检测断裂或腐蚀的测量电路。与传感器200通 信可使用任何已知技术实现。在该结构中，两个层204A、204B被两个结构202A、202B的表 面夹在中间，如图2B和2C中描述。例如，结构202A、202B可以是飞行器中两个组件之间的 连结部。一系列螺栓224A-224R在结构202A、202B之间的界面周围布置。易裂导体感测环 206A、206B、206C嵌入在易碎材料层204A内，如先前描述，并也围绕所述界面排列。易裂导 体感测环206A、206B、206C垂直于任何结构故障可能出现处放置。另外，在沿导电腐蚀感测环208的各个位置也具有如前面描述操作以提供腐蚀早 期警报的漏孔230A-230R。肋210A、210B也围绕弹性材料层204B顶侧上传感器200内边缘 和外边缘的周边放置，如在图2B和2C中先前描述，以将层表面和结构202B表面密封隔开湿气。密封垫片传感器200的易裂导体感测环206A、206B、206C和导电腐蚀感测环208 被耦合到连接器件232，连接器件232用来连接到测量环206A、206B、206C、208电性质改变 的电测量器件(例如，指示腐蚀的电阻增加或指示断裂的开放电路)。电测量器件可以是 能够测量环206A、206B、206C、208合适电性质的任何已知器件。在简单实施方式中，连接器 件232可包含电连接器。然而，连接器件232也可包含提供比简单电连接器具有许多优点 的无线通信标签，如在接下来的章节中描述的。无线通信标签合并入具有标签的一些读取 器件。4.与传感器无线通信图3A图解可耦合到结构传感器310的无线通信标签300。示例性无线通信标签 300包含一个或多个RF接收器302。一个或多个RF接收器302耦合到一系列整流电路304 和解调器306。RF接收器应该被设计具有一个或多个谐振频率，从而最大化接收器整流电 路和解调器的激励。每个RF接收器整流电路304都可与特定的串联/并联谐振频率相关 联，从而最大化信号电压308，其产生用于在不同操作模式期间向标签和传感器310的必需 部件(即感测环)供电。源自整流器304的电压308被供给产生测量逻辑电路312的被测 变量(measurand) 318的传感器310。源自解调器306的时钟信号302和控制信号330用来 控制测量逻辑312以将被测变量318转化为传输到存储器314的数据334。解调器306时 钟332用来从测量逻辑312生成时钟信号，以便将数据记录到存储器314。源自解调器322 的时钟信号和控制信号用来控制逻辑控制器326，以读取和写入数据到存储器314。RF接收器302可包含一个或多个串联和/或并联谐振频率，以便接收器解调器306合适控制并同步化测量逻辑312和存储器314的目标位置。RF接收器302天线316可 通过使用本领域已知的分布电容、电感和电阻支持串联和并联谐振频率。RF接收器302可 被设计为使用0FDM、CDMA或本领域已知的跨频谱的任何其它多载波谐振频率进行操作。RF 接收器302应该设计有安全特性，以确保基于安全需求不发生不合适操作。图3B图解无线通信标签300中接收器302 (例如图3A的RF接收器302)的示例 性安全特性。独特的谐振频率(或频率模式)输入组348 (Ii1)、350 (I-Ii2)、352 (I-Ii3)用 于分别指向器件的电源、时钟和控制。通常，电源谐振频率输入组348指向整流器(例如图 3A的整流器304)，而时钟和控制谐振频率输入组350、352指向器件的解调器(例如图3A的 解调器306)。本公开的实施方式可进一步实施安全特性，以防止整个器件可能使用每器件 一组安全谐振频率输入354(I-Ii4)的疏忽行为。(安全谐振频率输入354可以是电源、时钟 和/或控制谐振频率输入348、350、352使用的独特谐振频率模式或是该频率的子集)。行 为逻辑340操作从而使电源、时钟和控制门342、344、346分别仅在安全频率输入组354(例 如，具有对应振幅的特殊频率)符合行为逻辑电路340需要的安全条件时启用。例如，行为 逻辑340可需要对接收频率输入组348、350、352、354特殊计时或排序。安全条件可以是行 为逻辑电路340的静态部分，或以允许重配置的方式实施，例如通过可编程元件重配置。本领域技术人员将认识到相似的安全结构可容易应用于发射机应答器(例如图 3A的RF发射机应答器318)。RF发射机应答器318应该设计具有一个或多个谐振频率，从 而最大化一个或多个发射机应答器整流电路320、解调器322和调制器324的激励。RF发 射机应答器318可使用本领域已知的RFID技术操作。每个RF发射机应答器整流电路320 都应与特定串联和/或并联谐振频率相关联，从而最大化产生用于在不同操作模式期间向 标签的必需区段供电的信号电压。RF发射机应答器318可设计具有一个或多个串联和/ 或并联谐振频率，以便发射机应答器解调器322合适控制和同步化发射机应答器控制逻辑 326和存储器314的目标位置。RF发射机应答器318应该设计具有一个或多个串联和/或 并联谐振频率，以便发射机应答器调制器324合适生成通过天线328向外部发射到读取器 (未示出)的发射信号。RF发射机应答器318应包括本领域已知的支持RFID的全部频带 或其子集。RF发射机应答器应该设计具有安全特性，从而确保基于安全需求不发生不合适 操作。回来参考图3A，测量逻辑312可支持从传感器310(感测环)输入被测变量318、 将被测变量318的值转为数字形式，并将该值写入数据信道334上存储器314的目标部分。 测量逻辑312可支持串联或并联控制信号330和时钟信号332。存储器314最小可支持非 易失参考信息(例如标识、加密密钥)和非易失或易失值域(例如测量)。进一步，存储器 314也可支持串行或并行读取和写入。全部解调器306、322可提供串联和/或并联控制信 号和时钟信号。逻辑控制器326可提供目标存储器314区域的读取能力并同时输入到解调 器 324。重要的是注意到，无线通信标签可设计为与距离传感器例如先前描述的包括断裂 和/或腐蚀感测的传感器一起操作。另外，无线通信标签可被设计与可安装从而监视结构 的任何其它传感器一起操作。在一个实例中，每个都具有无线通信标签的多结构传感器(例如混合型断裂和腐 蚀传感器)被安装在飞行器结构中，并在全部测试计划下应用。传感器首先在飞行器建造
10期间安装在它们的各位置。为全部传感器执行第一读取，从而验证它们的功能，并用读取器 件提供标识和传感器结果。此后，飞行器建造完成，并且然后重验证传感器的功能性。(该 传感器安装可在原飞行器建造期间进行或在飞行器维护期间翻新)。记录各传感器的标识 和位置。接下来，传感器在预定检查与修理的任何指示问题读取。示例读取过程在后面描 述。无线读取器件用于通过向其中安装了一个或多个传感器的飞行器结构的定位区 域传输“Ping”来读取传感器标识号。该区域中任何传感器以它们的标识号响应。然后标 识号对照飞行器记录从而确定传感器位置。然后读取器通过传输另一 “Ping”询问全部传 感器，从而激励传感器的感测元件电路。每个传感器标签都通过读取器传输功率在其中感 生的电压供电。然后无线通信标签校证感生功率在系统规定内。如果失败，那么向读取器 返回错误信息。如果成功，那么标签的感测部分激励导体感测环。然后标签的感测部分读 取激励的感测环的电特征。然后该标签向读取器传输感测元件读数以便分析。然后读取器 接收传输的标签数据，并将值与各传感器的参考标准比较。最后，读取器为每个传感器显示 检验结果。如果结果是成功的，那么接下来的正常检查按计划进行，如果指示失败，那么按 计划修理。5.监视结构完整性的方法图4是感测结构完整性的方法400的流程图。方法400开始于在邻近结构表面 布置在易碎非导电材料内具有易裂导体感测环的易碎非导电材料的第一操作402。在操作 404，将弹性非导电材料层布置在易碎非导电材料层上面，在弹性非导电材料层内具有导电 腐蚀感测环并且使导电腐蚀感测环的部分通过弹性非导电材料层中至少一个漏孔暴露。在 操作406，感测到源自结构表面中断裂的易裂导体感测环的分裂。在操作408，感测到源自 导电腐蚀感测环暴露部分中腐蚀的导电腐蚀感测环的电性质改变。感测结构完整性的该方 法400可被修改与在此描述的任何器件或其它方法相一致。应注意到，通常，操作404首先在制造过程中进行，将弹性非导电材料层联结到易 碎非导电材料层，从而产生混合型传感器，并且操作402后来在混合型传感器安装在结构 上时进行。然而，这两个操作可以相反顺序执行。例如，混合型传感器可在安装于该结构上 的时候装配，其中在操作402中易碎非导电材料层首先联结到结构，并且此后在操作404中 弹性非导电材料层联结到易碎非导电材料层上面。图5是使用感测环感测的操作406和408的子方法500的流程图。用感测环感 测的子方法500开始于将易裂导体感测环和导电腐蚀感测环连接到无线通信标签的操作 502。在操作504，无线连接在无线通信标签和电测量器件之间形成。在操作506，用电测量 器件检测在易裂导体感测环中的分裂。在操作508，用电测量器件测量导电腐蚀感测环电性 质的改变(例如电阻改变)。用两个感测环感测的该方法500可被修改与在此描述的任何 器件或其它方法相一致。本发明的各种实施方式的描述在此结束。包括本公开描述的实施方式的上面描述 为说明和描述目的呈现。在上述教导范畴内许多修改是可能的。本公开的另外变化可在不 背离在权利要求中阐述的本发明概念的情况下想到。
权利要求
1.一种感测结构完整性的设备，其包括 易碎非导电材料层；布置在所述易碎非导电材料层上面的弹性非导电材料层； 在所述易碎非导电材料层内的易裂导体感测环；以及在所述弹性非导电材料层内的导电腐蚀感测环，并且所述导电腐蚀感测环具有通过所 述弹性非导电材料层中至少一个漏孔暴露的部分；其中所述易碎非导电材料邻近结构表面布置，以使所述易裂导体感测环可通过所述结 构表面中的断裂分裂，并且其中所述导电腐蚀感测环的所述暴露部分可腐蚀，以引起所述 导电腐蚀感测环的电性质改变。
2.根据权利要求1所述的设备，其中源自所述结构表面中断裂的所述易裂导体感测环 的分裂和所述导电腐蚀感测环的所述电性质改变通过耦合到所述易裂导体感测环和所述 导电腐蚀感测环的电测量器件感测。
3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括无线通信标签，以便将所述电测量器件耦 合到所述易裂导体感测环和所述导电腐蚀感测环。
4.根据权利要求2所述的设备，进一步包括有线连接器件，以便将所述电测量器件联 接到所述易裂导体感测环和所述导电腐蚀感测环。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述易裂导体感测环和所述结构表面包含共同的 材料。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述易碎非导电材料层联结到所述结构表面。
7.根据权利要求1所述的设备，其中第二结构表面布置在所述弹性非导电材料层上。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述弹性非导电材料层包括紧靠所述第二结构表 面的一个或多个密封肋。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述易碎非导电材料层包含将所述易裂导体感测 环夹在中间的两个层。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述弹性非导电材料层包含将所述导电腐蚀感 测环夹在中间的两个层。
11.一种感测结构完整性的方法，包括以下步骤邻近结构表面布置易碎非导电材料层，在所述易碎非导电材料层内具有易裂导体感测环；在所述易碎非导电材料层上面布置弹性非导电材料层，在所述弹性非导电材料层内具 有导电腐蚀感测环，并使所述导电腐蚀感测环的部分通过在所述弹性非导电材料层中的至 少一个漏孔暴露；感测源自所述结构表面中断裂的所述易裂导体感测环的分裂；以及感测源自所述导电腐蚀感测环的暴露部分中腐蚀的所述导电腐蚀感测环的电性质改变。
12.根据权利要求11所述的方法，其中源自所述结构表面中所述断裂的所述易裂导体 感测环的分裂和所述导电腐蚀感测环的所述电性质改变通过耦合到所述易裂导体感测环 和所述导电腐蚀感测环的电测量器件感测。
13.根据权利要求12所述的方法，其中无线通信标签将所述电测量器件耦合到所述易裂导体感测环和所述导电腐蚀感测环。
14.根据权利要求12所述的方法，其中有线连接器件将所述电测量器件联接到所述易 裂导体感测环和所述导电腐蚀感测环。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述易裂导体感测环和所述结构表面包含共同 的材料。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述易碎非导电材料层联结到所述结构表面。
17.根据权利要求11所述的方法，其中第二结构表面布置在所述弹性非导电材料层上。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述弹性非导电材料层包含紧靠所述第二结构 表面的一个或多个密封肋。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述易碎非导电材料层包含将所述易裂导体感 测环夹在中间的两个层。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述弹性非导电材料层包含将所述导电腐蚀感 测环夹在中间的两个层。
全文摘要
公开了一种监视和测试结构元件中可能的断裂和腐蚀的传感器。包括薄易裂导体感测环的易碎材料层和联结在易碎层上面的包括导电腐蚀感测环的弹性材料层形成联结到待测试的结构元件的组件。导电腐蚀感测环的部分通过弹性材料层中的漏孔暴露。在被联结的结构元件中的断裂在易碎膜和薄易裂导体感测环中引起分裂，并且导电腐蚀感测环的腐蚀改变它的电性质。断裂的导体感测环和/或导电腐蚀感测环的所测量的电性质改变揭示可能的损坏。两个传感器层可利用单一的、共享的无线通信标签，以耦合到电测量器件。
文档编号G01N17/04GK102112862SQ200980130606
公开日2011年6月29日 申请日期2009年9月2日 优先权日2008年9月2日
发明者G·L·舍费尔德, M·K·费 申请人:波音公司