传感器及集成化应变温度传感测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种传感器及集成化应变温度传感测量系统，集应变和温度测量于一体，包括应变传感单元、连接引线、柔性基底及覆盖层，应变传感单元及连接引线均贴附于柔性基底上，覆盖层密封覆盖在应变传感单元及连接引线上，所述连接引线与应变传感单元相连，连接引线包括第一引线、第二引线和第三引线，其中，第二引线和第三引线连接在应变传感单元的同一输出端。本实用新型专利技术的传感器第一引线、第二引线和第三引线组合形成三线制测量可以消除引线过长导致的线路电阻和线路应变带来的误差，实现一方面测量温度，另一方面利用测量的温度对应变测量时的温度误差进行补偿，进一步提高传感器的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
传感器及集成化应变温度传感测量系统
本技术涉及应变-温度传感测量
，特别涉及一种传感器及集成化应变温度传感测量系统。
技术介绍
在机械系统、航空领域等的健康监测中，应变和温度是非常重要的两个要素。例如机械在运转过程中结构件受力会产生应变，应变可以监测表现载荷，应变过大会导致结构件破裂；另一方面机械系统在运行过程中会受到外界温度的影响，温度的改变不仅影响机械系统的性能，温度的失控会给系统带来不可逆转的影响。同时应变传感器的测量参数会随着温度的改变而改变。设计可以测量应变和温度两个参数传感器并且通过温度对应变进行修正具有重要的意义。要完成对机械系统、航空航天等系统的健康监控任务，在保证测量精度的前提下，还要求传感器具有高可靠性、小体积、小质量等特性。然而，目前的应变和温度传感器，大多是制作在非柔性基底上，这样的传感器对于机械系统曲面无法完全贴合，会导致测量误差。此外，目前的传感器主要还是单独测一个参数，而没有将两个参数结合起来，这导致了两个测量量相互影响，精度下降，而且同时布置两种传感器导致引线过多过乱，占用空间。现在虽然出现了基于光纤的温度和应变同时测量传感器，但光纤机械强度差、弯曲灵活性不如金属强，不是很适合所描述的工况。更重要的是，传统应变传感器应用于机械系统结构检测时，易受引线电阻和温度影响，测量结果精确性需要进一步提高。综上所述，研究具有柔性基底、小尺寸、高集成度的薄膜式应变-温度传感器测量系统在机械系统等结构健康监测领域将具有科学研究与实际应用的双重价值。
技术实现思路
本技术的目的是克服上述
技术介绍
中不足，提供一种传感器及集成化应变温度传感测量系统，通过本技术的集成化应变温度传感测量系统既能实现对应变和温度的感知，又能够对应变的引线电阻和温漂进行补偿，实现高精度应变测量和温度测量。为了达到上述的技术效果，本技术采取以下技术方案：一种传感器，集应变和温度测量于一体，包括应变传感单元、连接引线、柔性基底及覆盖层，应变传感单元及连接引线均贴附于柔性基底上，覆盖层密封覆盖在应变传感单元及连接引线上，所述连接引线与应变传感单元相连，连接引线包括第一引线、第二引线和第三引线，其中，第二引线和第三引线连接在应变传感单元的同一输出端；在本技术的传感器中，第一引线、第二引线和第三引线组合形成三线制测量可以消除引线过长导致的线路电阻和线路应变带来的误差，其中，第二引线和第三引线则可以组成热电偶，一方面测量温度，另一方面利用测量的温度对应变测量时的温度误差进行补偿，进一步提高传感器的测量精度。进一步地，第二引线、应变传感单元由康铜制成，所述第一引线、第三引线由铜制成，所述柔性基底由聚酰亚胺制成，所述覆盖层由聚对二甲苯制成，从而使得传感器具备较好的柔性可弯折性能，能够贴附在曲面构件上测量。同时，本技术还公开了一种薄膜型集成化应变温度传感测量系统，包括上述的传感器及测量补偿电路；所述测量补偿电路包括三线制应变测量电路和热电偶测量电路；所述三线制应变测量电路用于测量应变；所述热电偶测量电路用于测量温度；所述连接引线接入三线制应变测量电路中；在实际测量中，热电偶测量电路测量的温度值又反馈给三线制应变测量电路，进行温度补偿，从而提高传感测量系统的应变测量精度；本技术的薄膜型集成化应变温度传感测量系统在一个传感器上集成两种信号测量功能，在测量方式上非简单的重复叠加，而是充分利用设计的传感器结构特点，实现对温度和应变的感知测量；此外，测量信号之间互补，进一步提高了传感器测量精度。进一步地，所述三线制应变测量电路包括惠斯通桥路、运算放大电路和低通滤波电路，本技术的三线制应变测量电路的主要作用是消除导线过长以及温度变化对导线电阻的影响；所述惠斯通桥路与传感器的连接引线的三根引线相连，从而使电桥输出在初始状态下保持平衡；在工作状态中，引线电阻被消除，即使温度发生变化导致电阻变化也不会给输出带来影响；惠斯通桥路输出的电压信号接入运算放大电路中，运算放大电路为比例放大电路，能够放大接入电路的电压，经运算放大电路放大输出后的电压信号输入低通滤波电路中，以滤除信号中的杂波，提高测量精度；其中，惠斯通桥路、运算放大电路和低通滤波电路均是现有的较为成熟且常用的电路设计，将三线制引线接入惠斯通桥路以使得即使温度发生变化导致电阻变化也不会给输出带来影响的具体连接方式也为现有技术，故此处不再赘述。进一步地，本技术的技术方案中，热电偶测量电路需要综合考虑测量的冷热端温度，尤其是冷端温度干扰影响，需要对其进行补偿，因此本方案采用了基于模拟电路的测量方法；所述热电偶测量电路包括温度补偿电路和低通滤波电路，温度补偿电路输出的电压信号输入至低通滤波电路；消除测量干扰；其中，温度补偿电路和低通滤波电路是现有的较为成熟且常用的电路设计，此处不再赘述。进一步地，所述温度补偿电路包括温度传感芯片及分压电阻，分压电阻与温度传感芯片的输出端相连；具体的，分压电阻可由滑动变阻器实现，能实现分压功能，并根据热电偶的灵敏度来调节分至热电偶回路内的电压大小，从而实现抵消由于冷端温度变化带来的热电偶输出电压值变化，补偿冷端温度；具体的设计由温度传感芯片及分压电阻实现温度补偿电路的方式实现补偿冷端温度为现有技术常用设计，此处不再赘述。本技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：本技术的薄膜型集成化应变温度传感测量系统，由集应变和温度测量于一体的传感器和测量补偿电路两部分构成，其中，传感器不仅能够感知应变信号，还能够测量温度信号；测量补偿电路采用三线制测量方案，能够完全消除传感器应变区域连接引线过长线路电阻带来的影响；此外，采用热电偶测量的温度信号能够对应变测量结果进行温度补偿，从而进一步提高传感器应变测量精度；同时，本技术的传感器制作在柔性基底上，具有较好柔性弯折性能，能够贴附在曲面构件上进行测量，且应变敏感区域尺寸小，因此非常适合于安装空间狭小、测量线路长、受温度影响较大结构的健康检测领域的应用附图说明图1是本技术的传感器的示意图。图2是沿图1中A-A方向的剖视图。图3是本技术的一个实施例中测量补偿电路中三线制应变测量电路示意图。图4是本技术的一个实施例中测量补偿电路中热电偶测量电路示意图。图5是本技术的薄膜型集成化应变温度传感测量系统的应变单元温度补偿示意原理图。附图标记：1-应变传感单元，2-第一引线，3-第二引线，4-第三引线，5-覆盖层，6-柔性基底。具体实施方式下面结合本技术的实施例对本技术作进一步的阐述和说明。实施例：实施例一：如图1及图2所示，一种传感器，集应变和温度测量于一体，包括应变传感单元1、连接引线、柔性基底6及覆盖层5，应变传感单元1及连接引线均整齐的贴附于柔性基底6上，覆盖层5密封覆盖在应变传感单元1及连接引线上，对其进行密封保护；连接引线与应变传感单元1相连，连接引线包括第一引线2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器，集应变和温度测量于一体，其特征在于，包括应变传感单元、连接引线、柔性基底及覆盖层，应变传感单元及连接引线均贴附于柔性基底上，覆盖层密封覆盖在应变传感单元及连接引线上，所述连接引线与应变传感单元相连，连接引线包括第一引线、第二引线和第三引线，其中，第二引线和第三引线连接在应变传感单元的同一输出端。/n

【技术特征摘要】
1.一种传感器，集应变和温度测量于一体，其特征在于，包括应变传感单元、连接引线、柔性基底及覆盖层，应变传感单元及连接引线均贴附于柔性基底上，覆盖层密封覆盖在应变传感单元及连接引线上，所述连接引线与应变传感单元相连，连接引线包括第一引线、第二引线和第三引线，其中，第二引线和第三引线连接在应变传感单元的同一输出端。


2.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述第二引线、应变传感单元由康铜制成。


3.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述第一引线、第三引线由铜制成。


4.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述柔性基底由聚酰亚胺制成，所述覆盖层由聚对二甲苯制成。


5.一种集成化应变温度传感测量系统，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一所述的传感器及测量补偿电路；所述测量补偿电路包括三线制应变测量电路和热电偶测量电...

【专利技术属性】
技术研发人员：田昕，黄永安，甘海啸，付涛，梁晓辉，温茂萍，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51