传感器系统及方法技术方案

一种系统，包括结构结合层和传感器。所述结构结合层设置在结构上。所述结构结合层为金属合金。传感器包括非金属晶片和设置在非金属晶片表面上的传感器结合层。传感器结合层是金属合金。传感器结合层经由金属接合部联接到结构结合层，并且传感器被配置为通过金属接合部、结构结合层和传感器结合层感测结构的数据。

【技术实现步骤摘要】
传感器系统及方法相关申请的交叉引用本申请是于2017年6月7日提交的第15/616105号美国专利申请的部分延续，其通过引用并入本文。
本公开大体上涉及传感器。
技术介绍
传感器可用于各种应用中。例如，在机电系统中，表面声波(SAW)器件可用作测量扭矩、温度、压力和其他参数的传感器。SAW器件可以是晶片级气密加盖或者放置并密封在气密离散封装的内部，然后安装到结构上以便感测结构的数据。SAW装置可以安装在诸如轴、杆、叶片的结构上，或者在诸如航空、石油和天然气、运输、可再生能源提取等的各种应用中使用的替代结构上。将传感器安装到结构上的过程目前包括几个问题。在某些结构上安装传感器存在的一个问题是许多结构太大而不能安装到传统的焊炉或回流设备中，或者可能不能被传送到具有传统的焊炉或回流设备的位置以将传感器安装到结构上。因此，许多SAW器件使用粘合剂或环氧树脂材料安装到结构上。然而，使用环氧树脂或粘合剂将传感器安装到结构限制了系统的操作温度，降低了传感器感测结构数据的灵敏度，限制了安装到结构上的传感器的未来再加工能力，并且需要相当长的时间使环氧树脂或粘合剂正确固化，这增加了相关联的制造和材料成本。因此，具有在现场和在生产设置中附接这些传感器的更稳固的安装方法是有益地。
技术实现思路
在一个实施例中，系统包括结构结合(bonding)层和传感器。所述结构结合层设置在结构上。所述结构结合层为金属合金。传感器包括非金属晶片和设置在非金属晶片表面上的传感器结合层。传感器结合层是金属合金。传感器结合层经由金属接合部联接到结构结合层，并且传感器被配置为通过金属接合部、结构结合层和传感器结合层感测结构的数据。在一个实施例中，一种方法包括在结构上设置结构结合层。所述结构结合层为金属合金。该方法包括在传感器的非金属晶片的表面上设置传感器结合层。传感器结合层是金属合金。该方法还包括经由金属接合部将结构结合层联接到传感器结合层。传感器被配置为通过金属接合部、结构结合层和传感器结合层感测结构的数据。在一个实施例中，系统包括传感器、嵌体和结构结合层。传感器包括设置在传感器表面上的传感器结合层。传感器结合层是金属合金。嵌体设置在结构的弯曲表面上。嵌体包括平坦外表面。结构结合层设置在嵌体的平坦外表面上。所述结构结合层为金属合金。传感器结合层经由金属接合部联接到结构结合层，并且传感器被配置为通过金属接合部、结构结合层和传感器结合层感测结构的数据。附图说明参考附图，通过阅读以下非限制性实施例的描述将更好地理解本专利技术主题，其中：图1示出了根据一个实施例的系统的剖视图；图2示出了根据一个实施例的图1的系统的局部剖视图；图3示出了根据一个实施例的方法流程图；图4示出了根据一个实施例的系统的剖视图；图5示出了根据一个实施例的系统的剖视图；图6示出了根据本公开的另一实施例的系统的透视图；以及图7是图6所示系统的放大剖视图。具体实施方式此处描述的本专利技术主题的一个或多个实施例提供了具有传感器的系统和方法，所述传感器经由金属传感器结合层和接合到金属接合处的金属结构结合层布置在结构上，以便通过金属接合处、传感器结合层和结构结合层感测结构的数据。该结构可以是在诸如航空、石油和天然气、运输、可再生能源提取、电力和能源系统等应用中使用的诸如杆、轴、叶片等的大型结构。传感器可以感测结构的温度数据、应变数据、应力数据等。例如，传感器可以感测传送油的管道的温度数据，可以感测传送在管道内部的油的温度，可以感测旋转轴的应变等。本文描述的系统和方法可以提高传感器灵敏度，使得系统能够暴露于较高的操作温度，并且相对于不具有金属粘合的系统减少粘合材料的蠕变量。图1示出了根据一个实施例的系统100的截面图。系统100包括联接到结构102的传感器104。结构102可以是轴、板、刀片、杆等。结构102可以由金属和/或非金属材料制成。例如，结构102可以是用于输送石油或天然气的轴，可以是风力涡轮的转子叶片，可以是空中装置的旋转轴或固定轴等。可选地，结构102可以是在诸如航空、石油和天然气、运输、可再生能源提取、电力和能源系统等应用中使用的任何替代部件。传感器104具有键合到第二部件112的第一部件110。传感器104的第一部件110和第二部件112可以是通过液晶聚合物(LCP)材料联接在一起的单晶石英晶片。可选地，传感器104可以具有多于两个或少于两个的部件。可选地，传感器104的部件可以由任何替代材料保持在一起。传感器104用于感测数据。例如，传感器104可以是包括用于感测结构102的温度数据、应变数据、应力数据等的应变计、扭矩传感器、温度传感器等的SAW器件。可选地，传感器104可以是感测(例如，记录、收集、读取、测量等)关于结构102的信息的替代传感器。传感器104联接到系统100的金属接合部106的第一侧114。另外，结构102联接到金属接合部106的相对的第二侧116。传感器104经由金属接合部106可操作地联接到结构102，以便感测结构的数据。在图1所示的实施例中，联接到金属接合部106的第一侧114的传感器104的表面和联接到金属接合部106的第二侧116的结构102的表面是平坦的或基本平坦的表面(在制造公差内)。可选地，传感器104或结构102中的一个或多个可以具有联接到金属接合部106的非平坦表面。例如，结构102可以是具有大致圆形的截面形状的轴，并且传感器104可操作地联接到轴结构102的外表面的圆形截面形状。可选地，结构102可以是具有弯曲外表面的叶片，并且传感器104可操作地联接到叶片结构102的弯曲外表面。在一个实施例中，系统100包括具有多个传感器104的结构102，多个传感器104经由金属接合部106与结构102可操作地联接。例如，多个传感器104可以被布置为列和行中的多个传感器104的阵列，或者可以被随机布置并与结构102的一个或多个表面联接。可选地，系统100可具有将传感器104与结构102联接的一个或多个金属接合部106。例如，单个金属接合部106可以将多个传感器104与结构102联接，多个金属接合部106可以将多个传感器104与结构102联接，或其他相似联接方式。图2示出了包括根据一个实施例的由石英/非金属材料制成的传感器104的图1的系统100的部分截面图A。传感器104具有设置在传感器104的表面212上的传感器结合层204。传感器结合层204是可以联接到金属接合部106的金属合金。传感器结合层204是可焊接和/或可钎焊的饰面。该层204可以通过溅射、电镀或其他应用技术来沉积。例如，传感器结合层204可以表现或包括设置在传感器104的表面212上的钛、铜、银、锡、镍、金、化学镍浸金(eNIG)等。在非限制性示例中，传感器结合层204是由钛、镍和金的单独层限定的叠层。例如，层的厚度可以是约1.2微米镍、约1500A金和约1000A钛。修饰符“约”表示在阈值范围内包括高于和低于所指示值的其他值，例如所指示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，其特征在于，包括：/n设置在结构上的结构结合层，其中所述结构结合层是金属合金；和/n传感器，所述传感器包括非金属晶片和设置在所述非金属晶片的表面上的传感器结合层，其中所述传感器结合层是金属合金；/n其中，所述传感器结合层经由金属接合部联接到所述结构结合层，并且所述传感器被配置为通过所述金属接合部、所述结构结合层和所述传感器结合层感测所述结构的数据。/n

【技术特征摘要】
20191219 US 16/720,4711.一种系统，其特征在于，包括：
设置在结构上的结构结合层，其中所述结构结合层是金属合金；和
传感器，所述传感器包括非金属晶片和设置在所述非金属晶片的表面上的传感器结合层，其中所述传感器结合层是金属合金；
其中，所述传感器结合层经由金属接合部联接到所述结构结合层，并且所述传感器被配置为通过所述金属接合部、所述结构结合层和所述传感器结合层感测所述结构的数据。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述非金属晶片是单晶石英。


3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括在所述结构上的嵌体，并且所述结构结合层设置在所述嵌体的外表面上，其中所述嵌体的材料与围绕所述嵌体的所述结构的材料不同。


4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，其中，所述嵌体的所述外表面是平...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·埃斯勒，约瑟夫·伊恩诺蒂，克里斯托弗·詹姆斯·卡普斯塔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US