传感器接口的制作方法

专利名称：传感器接口的制作方法
技术领域：
本发明涉及监视和保持机器或装置的有效功能的工程元件。更具 体来说，本发明涉及位于相对刚性的物体之间以衰减震动或振动、防 止磨损或控制运动的弹性基底，该基底包括测量静态或动态负载、负 载位置、剪切力、温度或其它感兴趣参数的嵌入式传感器，以及解释 来自传感器的信号的数据处理和存储设备、和将来自传感器的数据发 送到最终用户加以评估的通信设备。
背景技术：
虽然存在附在刚性物体上以测量其中的应力的传感器、可以测量 这种物体之间的相对运动的传感器、和内置在各种建筑材料(常称为
"智能材料")中的传感器的许多应用，但都未将这些传感器嵌在也起 机械接口作用以允许这些物体轻微相对运动的弹性或柔顺
(compliant)基底内。
在机器人和其它人机接口应用中，将一些传感器内置在像手套那 样的柔性物体中，以便提供触觉反馈。这些配置不提供两个刚性物体 之间的期望的持续接口。
本发明的好处是在一个物品内提供柔顺、感测数据处理和通信功 能，该一个物品可以安装在没有任何传感器的相似形状基底的位置上。

发明内容
本发明的目的是提供一种可变形承重基底，该可变形承重基底提 供相对刚性的物体之间的柔顺接口 ，并包括嵌在和封装在本身内的一 个或多个传感器，该传感器可以检测和传送诸如它的温度和/或各种应 力和分布的基底中的状况，由此提供了连续地或周期性地监视固态物体之间的相互作用和主要在它们的接口处或附近的状况的手段。
本发明涉及能位于两个物体之间的接口。该接口包括具有与一个 物体交接的第一表面和与另一个物体交接的第二表面的柔性基底。将 至少一个传感器嵌在柔性基底内。该传感器适用于测量诸如电压差、 发光强度、声音强度、热通量、电流、湿气扩散、化学品扩散、磁通 量、中子通量、电离辐射、温度、位移、速度、加速度、应力、应变、 压强、和力，以及它们的组合的参数。该传感器生成指示参数的电信 号。该接口还包括与传感器通信以便接收和处理传感器生成的信号的 数据处理单元。适用于发送来自数据处理单元的数据的通信设备以及 向传感器、数据处理单元和通信设备提供电力的电源是该接口的一部 分。
该数据处理单元可以包括像微处理器、专用集成电路、现场可编 程门阵列、以及数字信号处理设备和它们的组合那样的部件。
在一个实施例中，该通信设备包括无线电发送器和接收器，这些 设备可以嵌在基底内。
该电源可以包括^f象电池、燃料电池、以及放射性同位素发电机那 样的部件。并且，这些设备的任何一种都可以嵌在基底内。
在一个特定实施例中， 一个附件可以从基底延伸出来并位于物体 之间的空间之外。像数据处理单元、电源和通信设备那样的各种部件 可以嵌在该附件内。
本发明还包括测量和评估两个物体之间的接口处的物理参数的方
法。该方法包括
(a )提供位于物体之间的柔性基底，该基底包括嵌在其中的至少 一个传感器；
(b) 利用传感器测量参数，该传感器生成指示参数的电信号；
(c) 提供与传感器通信的数据处理单元；
(d) 提供适用于发送来自数据处理单元的数据的通信设备；
(e) 提供向传感器、数据处理单元和通信设备供电的电源；
(f) 数据处理单元接收来自传感器的信号；(g) 数据处理单元对信号进行操作，该操作包括求平均、滤波、 比较、定标、校准、谱分析、加密、和模拟到数字转换，以及它们的
组合；和
(h) 通信设备发送数据处理单元从信号中导出的信息。 可以测量的参数包括，例如，电压差、发光强度、声音强度、热
通量、电流、湿气扩散、化学品扩散、磁通量、中子通量、电离辐射、 温度、位移、速度、加速度、应力、应变、压强、和力，以及它们的 组合。
附图简述
图l是描绘按照本发明的接口的示意图； 图2是如

图1所示的接口的局部剖面图； 图3是按照本发明的接口的一个实施例的局部剖面图； 图4是在侧框与轴承适配器之间存在接口的有轨车侧框(railcar side frame)的一部分的分解图；和
图5是如图4所示的接口的一部分的细节图。
实施例详述
图1和2示出了按照本发明的传感器接口 10。接口 10包括具有 第一表面14和第二表面16的柔性基底12，每个表面可与相应的物体 18和20接合。这些物体在图2中被显示成厚板只是为了举例。可以 预料，这些物体将包括其间存在持续可变负载或力或者诸如电压差、 发光强度、声音强度、热通量、电流、湿气扩散、化学品扩散、磁通 量、中子通量、电离辐射、温度、位移、速度、加速度、应力、应变、 压强、和力，以及它们的組合的其它类型的可测量物理参数将受到关 注的部件。这种物体的例子包括重型机床和它们的基座、发动机和它 们的机座、建筑物和它们的地基，以及轮轴轴承和它们的支承结构。
将多个传感器22、 24和26嵌在基底内，该传感器包括将诸如电 压差、发光强度、声音强度、热通量、电流、湿气扩散、化学品扩散、磁通量、中子通量、电离辐射、力、温度、位移、速度、加速度、应 力、应变、或压强的物理参数转换成指示参数的电信号的转换器。为 此，传感器的类型包括测压元件、热敏电阻、线性可变位移转换器、
加速度计、应变规、压电设备、磁强计、辐射热计、盖革(Geiger) 计数器、弦音计等。
在通信链路30上将来自传感器的电信号发送到数据处理单元28， 通信链路30可以是，例如，导电体、光纤或无线通信链路。数据处理 单元可以是，例如，微处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、 以及按照在设备内运行的软件接收和解释来自传感器的信号的数字信 号处理设备。模拟信号调节设备以及其它模拟电路也可以是数据处理 单元的一部分。当必须存储和处理大量数据时，数据处理单元也可以 与诸如盘驱动器或固态随机访问存储单元的数据存储设备32链接。
数据处理单元与通信设备34通信。通信设备34可以是，例如， 在数据处理单元的控制下将信息发送到基底12外部的其它设备和从 基底12外部的其它设备接收信息的无线电发送器和接收器。可替代 地，通信也可以通过例如从基底12延伸出来的导电体或光纤的物理链 路36实现。在这个实施例中，设备34可以是分别将适当信号从数据 处理单元馈送到物理链路36的电信号放大器或光信号发生器。
各种设备和传感器接收来自电源38的电力，举几个例子来说，电 源38可以包括电池、燃料电池或放射性同位素发电机。电源可以是太 阳能或可以是从物体18和20之间的相对运动中获得能量的发电机。 电源也可以是像振动磁感应设备那样的从接口传感器本身的运动中获 得能量的设备。可替代地，可以在诸如导电体或输送燃料的装置的物 理链路39上从外部源中获取动力。在这个实施例中，部件38可以是， 例如，用于将适当电压和电流提供给各种部件的变压器或电力调节单 元。
如图3所示，传感器接口 IO是通用的和自适应的，可以安排、模 制和构造成适应特定应用所需。在这个实施例中，例示了能够通过传 感器的适当放置和取向，沿着不同方向测量力或通量的角接口( corner
10interface)。尤其感兴趣的是与嵌在基底内的一个或多个电子部件42 重叠地(overlying)位于基底12的表面14和16内的凹坑40。使用这样 的凹坑旨在减轻物体18和20之间的力引起的作用在电子部件上的应 力，在物体18和20的表面内可以替代地或附加地设置用于减轻应力 的类似凹坑。
图4例示了位于轴承适配器44与有轨车转向架(railcar truck)的 侧框48中的固定槽(retainer pocket) 46之间的传感器接口 10的具 体例子。在这个实施例中，本发明的适应性再次得到印证。传感器接 口包括由衰减轴承适配器44与侧框48之间的振动和垂直、水平和纵 向负栽的柔软、弹性聚合物形成的承重垫片50。这样的塾片通常具有 如美国已公布申请第2005/0268813号所述的类型。传感器和电子设备 嵌在做成与轴承适配器和侧框槽相配的形状的前后接口部分52和54中。
垫片部分52详细显示在图5中，它包括其中嵌入传感器和电子部 件的柔软、弹性基底12。在本例中，负载传感器56位于基底的表面 垂直取向部分58中，使它可以测量由制动引起或在转向架不稳定(例 如摇晃)期间引起的车轮与侧框之间的力。另一个负载传感器60位于 沿着与部分58垂直的平面取向的基底侧翼部分62内，用于测量车轮 与侧框之间的横向负载。热敏电阻64嵌在基底的水平部分66内，用 于测量轴承温度。另一个负载传感器68位于水平部分66上，用于测 量轴承适配器与侧框之间的垂直负载。能量利用设备(scavenging device) 70，例如，压电基底也有利地位于这个基底部分上，以便从 轴承适配器相对于侧框的垂直运动引起的应力中生成电能，以便对各 种部件供电。
可以是例如导电体或光纤的通信链路30将各种传感器和能量生 成设备与数据处理单元28连接。数据处理单元与数据存储设备32和 通信设备34 —起嵌在附件(appendage ) 72内。该附件是基底12的 一部分，该部分向外伸出而不位于任何相对运动部分之间，因此，与 负载或偏转隔离，从而保护嵌在其中的电子设备。在本实施例中，通信设备34包括如嵌在附件内的RF天线74所示的无线电发送器和接 收器。
上述的示范性应用提供了可以用于诊断货车上的各种操作缺陷的 传感器接口。
在一个实施例中，传感器接口是用于改善货车的转弯性能的氨基 甲酸乙酯基底的一部分。基底由热固聚氨基甲酸乙酯，尤其是来自 Middleberry, Connecticut的Chemtura Corporation的Adiprene L167 制成。基底材料的选择要最适合预定的应用(例如，耐用转向垫)。
为了诊断货车上的各种操作缺陷，传感器接口垂直、纵向、横向 和根据偏航运动解析和测量直接施加于它的静态和动态力。还能够测 量轴承适配器的温度，以评估轴承的温度。另外，也可以测量垂直震 动。
由于在传感器所在的区域中的表面14和16之间的接口 12中产生 的大应力，可以支承和保护导线30，以防止损坏。该支承件由刚性50 Shore D聚氨基甲酸乙酯制成，与基底材料相比，它提供了相对高的 抗拉强度。尽管可以使用其它类型材料，但将聚氨基曱酸乙酯用于支 承件提供了与用在基底中的聚氨基曱酸乙酯的良好接合。
该支承件可以处在由于基底和轴承适配器的联锁使变形最小的基 底的轴承适配器侧，并且使它与轴承适配器良好配合，以便使支承件 的弯曲最小。在支承件中可以包括凹进通道，用于连线、连接器和传 感器。这些通道使与导线的方向垂直作用的大剪切力有所减轻。如果 预计存在多向剪切，可以将用于导线的通道设计成弯曲的。通过利用 室温固化聚氨基甲酸乙酯或借助于基底材料本身将它们埋嵌在通道 中，可以进一步减轻作用在导线、连接器和传感器上的大剪切力。
因为支承件上的连线很少变形或没有变形，所以可以使用铜线。 利用埋嵌化合物或基底材料本身将这些导线接合到通道中。 一种替代 方案是使用激光直接构建， 一种由德国Garbsen的LPKF开发的工艺， 它使用改进支承材料和激光器在通道中画出连线路径，该导电连线通 过随后的化学操作形成。来自Princeton Junction, New Jersey的ATTechnology公司的环氧化银可以形成各个部分之间的导电连接，而铆 钉可以形成穿过和围绕两个部分的机械连接。
至少三种不同类型的传感器用于测量三种不同特性。压力通过来 自Boston, Massachusetts的Tekscan的厚膜压敏电阻压力传感器测 量。振动用来自Hampton, Virginia的MSI的压电薄膜传感器检测。 温度通过来自德国Munich的Epcos公司的NTC热敏电阻测量。
运行系统所需的储能器来自Port Washington, New York的 Tadiran公司制造的长寿命电池。可替代地，来自Hampton, Virginia 的MSI公司的压电薄膜用于从环境中的振动中生成电能以对电容器 充电。可替代地，能量可以来自列车的动力系统，从ECP制动器中获 取动力或利用安装在车轮或转向架的相邻部分上的磁性元件，从而利 用车轮与侧框之间的相对运动。
用于这个系统的电子线路可以是Crossbow OEM芯片、运算放大 器、分压器电路、储能电容器和天线。
特征和进一步示例
本发明的一个特征是，通过将传感器以及其它上述部件嵌在形成 基底或它的未受应力的延伸部分的柔性材料内，为它们提供保护，这 可以提供防止湿气、蒸汽和化学侵蚀的密封，以及防止冷热、沖击和 震动的极端状况的保护。
本发明的一个特征是，嵌入式传感器、数据处理单元、通信设备 和内部能源组合在一起使本发明可以自动地起作用，并且，可以通过 使用电磁学、声学或光学手段，无需电连接地将传感器读数传送到外 界。关于这后一种效果，可以使基底完全由半透明或透明聚合材料制 成或包括半透明或透明聚合材料。
本发明的一个特征是，通过修改基底的机械特性或通过降低它的 耐用性，传感器不会严重影响基底作为柔顺接口构件的功能。
本发明的一个特征是，可以将基底设计成具有位置相关和各向异 性的特性，例如沿着不同轴具有不同硬度或具有取决于运动方向的不 同运动范围。本发明的一个特征是，基底是耐磨的，并且防止传感器在基底的 交接面上受到磨损。
基底材料可以是像橡胶那样的天然弹性材料，或合成聚合物，例 如热塑性或热固性材料。本发明的一个特征是，将基底和嵌在其中的 组成器件的构成材料设计成与提供组成部分之间的良好机械接合相 容，以便基底的机械功能不会变差，或者在制造时或在使用期间由于 部件与基底的分离或脱层而使得基底的机械功能受损。
基底的形式不局限于是平板，也可以是如填充相互交接的刚性物 体之间的空间所需的任何适当形状。也可以将形状修整成提供对准物 体的手段，并且包括容纳除了传感器之外的其它部件所需的从基底伸 出的不承重的附件。如上所述，这些特性维护了防止各种部件受恶劣 环境影响的密封。
由于承重基底在一个或多个方向受到压缩或剪切时可能变形，通 信链路，例如，将各种部件相互链接的连线和连接器必须能够适应这
些变形。可以对连线使用两种基本策略来满足这种要求(i)建立可 变形连线，或(ii)为连线提供抗变形的支承件。另一方面，连接器 需要提供连线与部件之间的机械接合，并且往往需要某种类型的支承 件。
期望可变形连线在展示长疲劳寿命的同时，能够适应大的应变和 高的剪切速率。提供高电导率来支持好的电连接性也是有利的。导线 最好具有相对小的剖面，以便使大量导线能够在基底内共存。在例如 具有在柔性基底中感生波紋的柔性电路板、和甚至柔性导电聚合物的 应用中，发现扁钢弹簧是理想的，但后者在变形时可能呈现显著的电 导率变化。
当对导线进行支承以抵抗变形时，支承件与它周围的基底材料相 比，应该具有相对高的抗拉强度。它应该是薄的，具有高的抗剪切性， 并且视应用而定，应该与基底材料很好地接合。该支承件还应该展示 某种柔性、以及抗疲劳和大压缩力性。例如硬聚氨基甲酸乙酯、添加 了玻璃的尼龙、碳化纤维或Kevlar⑧叠层，或甚至钢板的多种材料都可以用于支承导线或其它通信链路。如果使用的支承件是导电的，那 么必须将导线与它绝缘。
任何导线都可以与抗变形支承件一起使用。另外，当未发生显著 变形时，也可以利用其它连线技术。这包括使用柔性电路或激光直接
构建(LDS)。后一种工艺牵涉到利用包括金属-有机物复合体的激光 可激活塑性品级，借助于标准注入模塑法生成支承件。借助于激光激 活该材料，这为随后的无电镀敷工艺生成籽层，无电镀敷工艺在激光 激活的区域上生长出5微米到8微米的铜。
可变形连线提供了在变形相对较大的情况下被支承的连线的替代物。
用于将导线附在传感器上的连接器应该提供高导电性路径和可能 不相似的材料之间的机械接合(譬如，将金属导线与用于厚膜传感器 的柔性聚合物基底接合)。连接器还应该经得住用于制造基底的处理 温度，以及基底可能要承受的工作温度范围。连接器还应该展示某种 柔性和良好的抗疲劳性。在这种苛刻环境下，添加银的导电环氧化物 提供了很好的选择。
虽然传统的应变规依赖于支承材料的弹性，但在本发明中应用其 功能不依赖于基底材料的弹性的应力测量传感器是有利的。这是由于 优选基底材料的流变特性一般来说高度非线性，并且常常允许相对大 的变形。
像温度传感器、加速度计、压电震动或振动传感器、或入射辐射 传感器那样的其它传感器被选择成对作为柔顺接口的基底的性能具有 最小程度或可忽略不计的影响。
如果使用像安装在柔性电路上的厚膜传感器那样的柔性传感器， 可能需要支承件。该支承件应该具有与描述成支承连线和连接器的那 种支承件相似的特性。另外，该支承件可以用于隔离对一个特定方向 的感测，以便使例如传感器能够测量垂直负载而不受横向剪切力影响。
支承件也可以为传感器提供额外强度，使它能够经受得住否则将 超出它的机械设计界限的环境。
15像数据处理和存储设备、通信设备和能源那样的各种部件最好包 括电子线路。这些设备不需要是平面的，而是可以配置成与与分离的 刚性物体的形状一致的基底的几何形状相匹配。
数据处理单元最好包括像微处理器那样的电子部件，该微处理器 提供传感器输出的模拟到数字转换，存储从传感器中获得的数据，和 在软件或嵌入式算法的命令下，管理通信和提供存储数据的局部分析。
虽然按照本发明的基底的最简单形式可以配置成从基底的外部到 嵌入式传感器直接电连接，以提取传感器生成的原始模拟或数字数据， 但在向外界发送从传感器中获得的信号之前对它们进行一 些操作是有 好处的。
这样的操作可以包括，但不局限于，求平均、滤波以除去噪声成 分、定标、非线性校准和解释调整、谱分析、来自未必相同类型的多 个传感器的读数的组合、通过像神经网络那样的手段作出有关这种读 数的推测，建立主要状况的评估、减少要发送的信息以消除数据流的 冗余、或为了安全发送而加密或编码信息或准备警告信号。
基底中的电子部件的进一步功能是控制数据获取的定时以适合应 用。例如， 一些应用需要突发性的密集数据收集活动，而其它应用需 要延长间隔的规则测量。提供这样的设施还使可能有限的电能得到节 约。为嵌入式控制系统设计的微处理器可以回复到低功率休眠状态， 其中时钟仍然提供定时以便在确定间隔之后返回到激活状态。
能够双向通信的基底的进一步特征是，在安装之后，可以进行校 准测试，以便将必要的转换因子和调整量提供给内部部件，将来自传 感器的原始数据转换成适合以后使用的幅度。
基底中的电子部件的进一步功能是，在推测或检测主要状况的处 理之前，或在提供历史记录的分析之后，可以将从传感器中获得的数 据存储在像闪速存储器那样的数据存储设备中。
数据存储设备的功能可以包括存储传感器的校准数据，在对趋势 或其它评估进行统计分析之前保存来自传感器的原始数据，保存由这 样的统计分析引起的关联系数，保存从以前保留的传感器数据的镨分析中获得的谱数据，和保存其它推测性分析的结果，以便为以后的按 时或按需输送创建可查询历史记录。
数据存储设备的进一 步功能是存储访问代码和地址密钥，以便设 备的网络能够核实通信业务、查询和响应是合法的和安全的。
数据存储设备的又一种功能是为用在数据处理单元中的额外软件 程序提供存储。这样的设施使设备可以具有比可以内置在数据处理单 元本身中更大的功能库。借助于适合数据处理单元的操作系统的编程， 可以将这种能力扩展成允许在安装之后重新编程设备。这样的功能可
作为San Jose， California的Crossbow, Inc.当前制造的无线传感器网 络中的特制套件的一部分获得。通过由操作系统控制的无线电/处理器 电路使这些设备具有双向通信能力。该操作系统运行允许传感器与无 线电/处理器电路接口并从那里向诸如个人计算机、个人数字助理或因 特网的外部处理系统接口，以及与其它网络接口的软件。软件的使用 提供了极大的通用性，并且便于编程可以用于改变功能或修理受损或 有缺陷代码的嵌入式设备。
基底中的电子部件的进一步功能是可以控制传出数据的发送定 时。可以以预定间隔或在接收到来自外界的信号时发送数据。例如， 可以使设备对信息请求作出响应，仿佛它是RFID标签。请求信号不 必具有与发送的响应信号相同的类型。例如，光脉冲可以形成请求， 通过形成基底的半透明聚合材料检测，而响应可以通过电磁感应。可 以想4象，许多其它组合也适合应用。
虽然认为电子部件的上述功能通过微处理器提供是方便的，但既 没有必要也不经济。视应用而定，如上所迷，所需功能可以通过专用 集成电路，现场可编程门阵列，数字信号处理设备或包括模拟电路部 件以及分立逻辑和数字部件的它们的各种组合来提供。基本功能是能 够从传感器中检索测量结果和作好发送它们的准备。
作出有关主要状况的推测可以基于来自各种传感器的读数的比 较。例如，承受垂直负载的基底可能检测到负载正在摇摆，因为基底 的相对边缘附近的压强读数正在相互异相地变化。周期性行为可能是局部机械问题；非周期性行为可能由地震或其它干扰引起。
倘若基底可以发送和接收信号，那么，可以将基底配置成可互操 作，以便可以组合来自不止一个基底的读数。例如，遵从例如 IEEE802.15.4 (系统间远程通信和信息交换，在此引用以供参考)的 信息技术标准的自组织网络提供了这种相互作用的基础。这样的信息 纟且合可以利用例:i口 San Jose, California的Crossbow, Inc.制造的 "Mica"单元的微处理器和无线电组合来处理。
嵌在基底内的通信设备可以通过使用电磁学、声学或光学手段， 无需电连接地将局部处理的传感器读数传送到外界。这个系统的一个 特征是通信设备可以在它的内部生成的能源和存储器所施加的约束内 工作。像网状联网那样的低功率射频通信方案提供了在比单个低功率 RF发送器提供的距离长得多的距离上通信的途径。
本发明的可替代特征提供了有线通信和电力。
本发明允许通过利用压电产生或电-机械微型发电机或类似部件， 对相邻物体的微小相对运动或振动的效应加以利用的手段，无限期地 在内部为它的功能生成足够的电能，以便在需要这样的电力时，向前 述传感器、电子线路和通信设备供电。
一种替代是在需要时，使用热生成电能或光电生成，包括使用激 光能源。
本发明的可替代特征允许连续地或只有当需要测量或提取数据 时，通过电磁感应输送所需电能。例如，可以从传送千线电流的相邻 回路的交变磁场中提取少量所需能量。
电能的可替代来源是使用生成少量但持续的电荷产物的少量放射 性成分。
本发明的一个实施例允许通过例如可以在需要时提供燃料的燃料 电池的电-化学装置提供所需电能。 另一种能源是芯片大小的电池。
本发明还有一个特征是，如果在较长时段内緩慢地生成电能，可 以通过电池中的光化学装置或通过电容器存储电能，供需要比连续产 生的电力大的电力时使用。本发明的可替代特征是将高能量密度电池用作不可再充电储能设 备。 一个例子是亚石克酰氯化锂电池。
权利要求
1. 一种能位于两个物体之间的传感器接口，所述传感器接口包括柔性基底，具有与一个所述物体交接的第一表面和与另一个所述物体交接的第二表面；和嵌在所述柔性基底内的至少一个传感器，所述传感器适用于测量参数和生成指示所述参数的电信号。
2. 根据权利要求1所述的传感器接口，进一步包括 与所述传感器通信以便接收和处理所述信号的数据处理单元； 适用于发送来自所述数据处理单元的数据的通信设备；和 向所述传感器、所述数据处理单元和所述通信设备提供电力的电源。
3. 根据权利要求1所述的传感器接口，其中，所述参数是从由电 压差、发光强度、声音强度、热通量、电流、湿气扩散、化学品扩散、 磁通量、中子通量、电离辐射、温度、位移、速度、加速度、应力、 应变、压强、和力，以及它们的组合构成的一个组中选择出来的。
4. 根据权利要求2所述的传感器接口，其中，所述数据处理单元 嵌在所述基底内。
5. 根据权利要求4所述的传感器接口，其中，所述第一和第二表 面的至少一个具有位于其中并与所述数据处理单元重叠的凹坑。
6. 根据权利要求4所述的传感器接口，其中，所述数据处理单元 包括从由模拟信号调节设备、模拟电路、微处理器、专用集成电路、 现场可编程门阵列和数字信号处理设备，以及它们的组合构成的一个 组中选择出来的部件。
7. 根据权利要求2所述的传感器接口，其中，所述通信设备嵌在 所述基底内。
8. 根据权利要求7所述的传感器接口，其中，所述第一和第二表 面的至少一个具有位于其中并与所述通信设备重叠的凹坑。
9. 根据权利要求7所述的传感器接口，其中，所述通信设备包括无线电发送器。
10. 根据权利要求9所述的传感器接口，其中，所述通信设备进 一步包括无线电接收器。
11. 根据权利要求2所述的传感器接口，其中，所述电源嵌在所 述基底内。
12. 根据权利要求ll所述的传感器接口，其中，所述第一和第二 表面的至少一个具有位于其中并与所述电源重叠的凹坑。
13. 根据权利要求2所述的传感器接口，其中，所述电源包括从 由电池、燃料电池和放射性同位素发电机构成的一个组中选择出来的 部件。
14. 根据权利要求ll所述的传感器接口，其中，所述电源包括从 所述物体间的相对运动中获得能量的发电机。
15. 根据权利要求11所述的传感器接口，其中，所述电源包括从 传感器接口的运动中获得能量的振动磁感应设备。
16. 根据权利要求2所述的传感器接口，进一步包括从所述基底 延伸出来并位于所述物体之间的空间外部的附件，所述数据处理单元 和所述通信设备嵌在所述附件内。
17. 根据权利要求16所述的传感器接口，其中，所述电源嵌在所 述附件内。
18. 根据权利要求16所述的传感器接口，进一步包括嵌在所述附 件内的数据存储设备。
19. 根据权利要求2所述的传感器接口，进一步包括数据存储设备。
20. 根据权利要求19所述的传感器接口，其中，所述数据存储设 备嵌在所述基底内。
21. 根据权利要求20所述的传感器接口，其中，所述第一和第二 表面的至少一个具有位于其中并与所述数据存储设备重叠的凹坑。
22. —种能位于两个物体之间的传感器接口，所述传感器接口包括柔性基底，具有与一个所述物体交接的第一表面和与另一个所述物体交接的第二表面；嵌在所述柔性基底内的多个传感器，所述传感器适用于测量从由 温度、位移、速度、加速度、应力、应变、压强、和力，以及它们的 组合构成的一个组中选择出来的多个参数，所述传感器生成指示所述 参数的电信号；数据处理单元，嵌在所述基底内并与所述传感器通信以便接收和 处理所述信号；通信设备，嵌在所述基底内并适用于发送来自所述数据处理单元 的数据；和电源，嵌在所述基底内并向所述传感器、所述数据处理单元、和 所述通信设备提供电力。
23. 根据权利要求22所述的传感器接口，其中，所述第一和第二 表面的至少一个具有位于其中并与所述数据处理单元重叠的第一凹 坑、与所述通信i殳备重叠的第二凹坑、和与所述电源重叠的第三凹坑。
24. 根据权利要求22所述的传感器接口，进一步包括从所述基底 延伸出来并位于所述物体之间的空间外部的附件，所述数据处理单元、 所述通信设备和所述电源嵌在所述附件内。
25. —种测量和评估两个物体之间的接口处的物理参数的方法， 所述方法包括提供位于所述物体之间的柔性基底，所述基底包括嵌在其中的至 少一个传感器；利用所述传感器测量所述参数，所述传感器生成指示所述参数的 电信号；提供与所述传感器通信的数据处理单元； 提供适用于发送来自所述数据处理单元的数据的通信设备； 提供电源以便向所述传感器、所述数据处理单元和所述通信设备 供电；所述数据处理单元接收来自所述传感器的所述信号；所述数据处理单元对所述信号进行操作，所述操作是从由求平均、 滤波、比较、定标、校准、谱分析、加密、和模拟到数字转换，以及它们的組合构成的一个組中选择的；和所述通信设备发送所述数据处理单元从所述信号中导出的信息。
26. 根据权利要求25所述的方法，其中，所述测量步骤进一步包 括测量从由电压差、发光强度、声音强度、热通量、电流、湿气扩散， 化学品扩散、磁通量、中子通量、电离辐射、温度、位移、速度、加 速度、应力、应变、压强、和力，以及它们的组合构成的一个组中选 择的参数。
27. —种具有传感器接口的有轨车转向架，所述传感器接口位于 轴承适配器与所述转向架的侧框的固定槽之间，所述传感器接口包括柔性基底，具有与所述轴承适配器交接的第一表面和在所述固定 槽中与所述侧框交接的第二表面；嵌在所述柔性基底内的至少一个传感器，所述传感器适用于测量 从由温度、位移、速度、加速度、应力、应变、压强、和力，以及它 们的組合构成的一个组中选择出来的参数，所述传感器生成指示所述 参数的电信号；数据处理单元，与所述传感器通信以便接收和处理所述信号； 通信设备，适用于发送来自所述数据处理单元的数据；和 向所述传感器、所述数据处理单元、和所述通信设备提供电力的 电源。
28. 根据权利要求27所述的有轨车转向架，其中，所述数据处理 单元嵌在所述基底内。
29. 根据权利要求28所述的有轨车转向架，其中，所述数据处理 单元包括从由模拟信号调节设备、模拟电路、微处理器、专用集成电 路、现场可编程门阵列和数字信号处理设备，以及它们的组合构成的 一个组中选择出来的部件。
30. 根据权利要求27所述的有轨车转向架，其中，所述通信设备 嵌在所述基底内。
31，根据权利要求30所述的有轨车转向架，其中，所述通信设备 包括无线电发送器和接收器。
32. 根据权利要求27所述的有轨车转向架，其中，所述电源嵌在 所述基底内。
33. 根据权利要求27所述的有轨车转向架，其中，所述电源包括 从由电池、燃料电池和放射性同位素发电机构成的一个组中选择出来 的部件。
34. 根据权利要求32所述的有轨车转向架，其中，所述电源包括 从所述轴承适配器与所述侧框之间的相对运动中获得能量的发电机。
35. 根据权利要求27所述的有轨车转向架，进一步包括从所述基 底延伸出来并位于所述轴承适配器和所述侧框外部的附件，所述数据 处理单元和所述通信设备嵌在所述附件内。
36. 根据权利要求35所述的有轨车转向架，其中，所述电源嵌在 所述附件内。
37. 根据权利要求27所述的有轨车转向架，进一步包括数据存储 设备。
38. 根据权利要求37所述的有轨车转向架，其中，所述数据存储 设备嵌在所述基底内。
39. 根据权利要求35所述的有轨车转向架，进一步包括嵌在所述 附件内的数据存储设备。
全文摘要
本发明公开了一种传感器接口，包括柔性基底，在柔性基底中嵌入了传感器，所述传感器用于测量例如有轨车轴承和转向架侧框的物体之间出现的诸如温度、位移、速度、加速度、应力、应变、压强和力的物理参数。该基底位于感兴趣的物体之间。像数据处理单元、数据存储设备、通信设备和电源那样的电子部件也可以嵌在基底内。电子设备相互通信并与传感器通信，以便处理传感器生成的指示正在测量的参数的信号。
文档编号G01G3/12GK101427113SQ200780014575
公开日2009年5月6日 申请日期2007年4月19日 优先权日2006年4月28日
发明者A·H·马丁, F·贝克三世, M·J·迈卡恩, W·莱弗布里 申请人:Asf-基斯通公司