具有柔软翼部的平面电气板以及用于在由建筑材料构成的组块中感测内力的沿着三个坐 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及监视建筑结构中的装置，并且更具体地涉及具有可折叠翼部的平面电气板，其适用于实现在建筑材料构成的组块中感测内部压力的沿着三个坐标轴的分量的系统。
【背景技术】
[0002]用于实施机械结构的损伤检测和特征化的策略通常称作结构健康监视(SHM)。损伤定义为结构系统的材料和/或几何特性的修改，包括系统的边界调节和连接的修改，其损害了系统性能。SHM方法意味着在周期性使用的时间期间对机械系统的观测:
[0003]一来自传感器阵列的动态响应的测量，
[0004]-从这些测量感测到的损伤特征的数据提取，
[0005]一对这些特征数据的统计学分析以用于确定系统的当前健康状态(也称作结构分析)。
[0006]该方法提供了关于执行其功能的结构性能的信息，考虑了不可避免的老化以及在工作环境中的退化。在诸如地震或爆炸之类的极端事件之后，SHM用于快速筛选结构的状况以用于几乎实时地提供关于结构自身完整性的可靠信息。
[0007]当前，SHM系统使用放置在待控制表面上的传感器。例如，用于监视桥梁的传感器(用于计算风速的风速计，加速度计，伸长计，运动换能器，温度传感器，用于检测重量运动的传感器等等)放置在梁、钢索或柱子的外表面上，以便于:
[0008]—估算桥梁上负载的效应，
[0009]一计算桥梁的弱化，
[0010]一预测桥梁的可能的演化及其预计寿命。
[0011]已经设计出了具有适用于埋设在待监视建筑结构中的传感器的SHM系统。这些感测装置包括至少具有用于在建筑材料组块外部发射测得值的远程供电和传输天线，如 A.Finocchiaro, G.Ferla, G.Girlando, F.Carrara e G.Palmisano 等人在 2008 IEEERad1 Frequency Integrated Circuits Symposium 上第 281-284 页的文章 “A 900-MHzRFID System with TAG-Antenna Magnetically-Coupled to the Die” 中所不的 RFID 装置(是无传感器的)。这种感测装置例如公开在美国专利申请案号2009/0033467和PCTW02012/084295中，在此引用以作参考，并且示出在图1、图2、图3和图4中。
[0012]如图3所示，传感器10集成在由半导体材料制成的芯片IC I中，以无接触方式供电并通信，因为其与具有外侧的电气通信线电磁地耦合(例如电感性地、或电容性地或者通过天线)，如图1和图2所示。采用该技术，埋设在建筑材料中的传感器可以从外侧供电并且保持与具有外侧的相应通信线电流地隔离。
[0013]在图3和图4中示出了具有电磁地耦合至相应通信线2、最终以天线22结束并且装备具有电磁扩展元件的传感器的感测装置。在PCT申请W02012/084295中详细描述了它们的结构以及如何使用它们的方法。它们可以捆绑至埋设在建筑材料组块中的支座211以用于至少沿着整个组块或至少其一部分中感测建筑材料的特征。
[0014]在大型建筑结构中，诸如例如在桥梁的柱子中，重要的是感测结构中力的分布。为此目的，文献US 2009/0033467和/或W02012/084295中公开的装置埋设在结构内部以便保持定向沿着三个坐标参考轴线，以用于测量结构中力的三个正交分量(或者在任何情形下根据三个不同轴线)。
[0015]这些压力传感器通常由具有感测表面的集成半导体电路而构成，感测表面最终钝化以便适用于与建筑材料直接接触而放置，压力传感器感测了沿与垂直于感测表面方向的压力值。
【发明内容】
[0016]由申请人执行的测试表明在建筑材料的灌注和/或随后固化阶段期间，难以保持所述感测装置的期望相互定向。这可以引起在建筑材料的组块中内力分量的分布确定中的相对误差。
[0017]在预形成的刚性三维结构上建立安装所述现有文献中所述类型的感测装置，其建立了装置的相互定向，这将使得装置的相互定位变得复杂和经济上不太便利。
[0018]为了消除这些缺点，已经设计了沿着限定在基底表面上以限定定向平面的折叠线而可折叠翼部的平面电气板，其具有包括电容性耦合板的配对的辅助电路，被预定成电磁地耦合至对应的天线以用于无接触供电以及用于收发感测装置的数据，以及具有对应的电容性耦合板与其连接的至少两个共用通信线。
[0019]通过在可折叠翼部和在基底表面上结合具有该物理量的定向传感器的感测装置，该电气板可以用于实现在建筑材料的组块中内部压力的感测系统，以及更通常用于实现沿着任何物理向量的三个坐标轴线的分量的感测系统。
[0020]根据一个实施例，平面电气板包括由可以热和/或冷折叠的材料制成的平面支座，其中辅助电路放置在该支座上。该支座可以例如形式为具有多个翼部的特氟纶(Teflon)或任何其它热塑性材料的刻塑条带，适用于热和/或冷折叠以便呈现期望定向。
[0021]根据一个实施例，辅助电路实现在层叠于平面支座之上的柔性材料层中和/或上。
[0022]根据本公开的适用于结合在用于建筑感测系统的该公开的电气板上的感测装置电流地隔离并且通过用于无接触供电的天线而供电，诸如例如在文献US2009/0033467和/或TO2012/084295中所述的装置。
[0023]根据一个实施例，沿着建筑材料组块的三个坐标轴线的内部压力的感测系统包括本公开的电气板以及具有电流地隔离的压力传感器的感测装置，每个感测装置具有适用于与建筑材料接触放置的钝化的感测表面。
[0024]进一步公开了包括埋设在其中的内部压力的感测系统的建筑材料组块，其中建筑材料与压力传感器的感测钝化表面直接接触。
[0025]权利要求是本说明书的整体部分并且在此包含以作参考。
【附图说明】
[0026]图1和图2示出了在美国专利公开案号2009/0033467中公开的已知的感测装置，包括适用于以无接触方式发送对埋设传感器供电所需的电磁能量的电路。
[0027]图3和图4示出了在文献W02012/084295中公开的已知的感测装置，包括适用于以无接触方式发送电磁能量和信息的电路。
[0028]图5示出了根据本公开的感测系统的一个示例，具有形式为具有折叠翼部的条带的支座，其上固定了包括压力传感器的感测装置。
[0029]图6是根据本公开的电气板的详细视图，具有结合在支座的相应翼部上并且以无接触方式与电气通信线耦合的感测装置。
[0030]图7a是图6的电气板的实施例，具有连接至电气通信线的收发和无接触供电天线。
[0031]图7b是图6的电气板的实施例，其中电气通信线通过电缆以及通过相关连接端子连接至外部。
[0032]图8a和图8b是根据本公开的支座的实施例的平视图，具有尚未折叠的翼部以及指定容纳感测装置的空间。
[0033]图9示出了感测装置的一个实施例，具有压力传感器以及用于无接触供电和用于收发数据的相应天线。
[0034]图10是根据本发明的图9的感测装置以及封装衬底的实施例的剖视图，封装衬底嵌入了电磁地耦合至感测装置天线的天线，以及用于在支座上实现与电气通信线电容性耦合的金属化层。
[0035]图1lA和图1lB是图10中所示封装衬底的实施例的平视图。
[0036]图12是