[发明专利]构造为消除与应力相关的温度测量值的不准确性的微丝温度传感器以及制造所述传感器的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2011年3月9日提交的序列号为61/464,682的临时申请的优先权，其全部内容合并于此以做参考。

背景技术

技术领域

本发明主要涉及改进的微丝温度传感器，其被特别设计为部分或全部嵌入到可热处理或可固化的材料中，例如碳纤维增强塑料(CFRP)，其它可固化的聚合物，弹性体，橡胶化合物，陶瓷材料，水泥或混凝土，用于精确地感测热处理过程中(例如，预固化和/或后固化温度范围)的材料温度。更具体地，本发明涉及这样的传感器，其具有至少一个封装且包裹在充分坚硬的封闭式保护管中的主温度感测微丝，封闭式保护管由对微丝的重磁化响应没有明显磁偏置的材料形成；优选形式，具有多个微丝，包括位于保护管内的主温度感测微丝和/或校准微丝和/或参考微丝。使用保护管将微丝与材料在其加热或固化过程中产生的应力隔离开，从而提供更加精确的温度感测。而且，这些保护管防止了由于材料的最终后固化尺寸与开始尺寸的不同(例如，由于收缩)而导致微丝产生应变，其中这种应变能改变微丝在任意给定温度下的重磁化响应，并且因此导致了不准确的温度测量值。最后，这些保护管将微丝与在材料的后固化加热或冷却过程中由于伸展和压缩而产生的应力隔离开，因此能够在后固化过程中的任何时刻为材料或部分材料提供准确的温度测量。

现有技术的说明

公开号为2007/0263699、题名为“Magnetic Element Temperature Sensors(磁元件温度传感器)”的美国专利公布文献，公开号为2008/0175753、题名为“Microwire-ControlledAutoclave and Method(微丝控制的高压釜及方法)”的美国专利公布文献，以及公开号为2010/0032283、题名为“Magnetic Element Temperature Sensors(磁元件温度传感器)”的美国专利公布文献中描述了微丝温度传感器的通常构造和工作以及使用这种传感器的总体温度检测装置。一般来说，这些微丝传感器包括至少一个包含有非晶体或纳米晶体金属合金核的温度感测微丝，该温度感测微丝采用拉长的金属丝或带的形式，围绕核具有玻璃护套或包层(参见'753公开文献的图1)。精心地设计这种温度感测微丝的金属合金核，使得微丝在施加的交变磁场的作用下表现出特定的重磁化响应，此外金属合金核具有设定点温度(通常是居里温度或居里温度以下的范围内的多个温度)，使得低于或高于这些温度时微丝重磁化响应有显著不同。重磁化响应由至少一个短的、具有规定持续时间的可检测磁场扰动脉冲定义。一旦到达微丝的居里温度，检测到的响应电压就变为零或接近零。

这些现有的微丝传感器与检测装置一起使用，检测装置包括产生问询交变磁场的磁场产生线圈和检测问询微丝的重磁化响应的检测线圈。然后利用信号处理器对这些响应解码，从而产生表示传感器所承受的温度的输出。因此，可以监控在其中嵌入有微丝传感器的热固化材料所承受的温度。此外，这些温度信息还能用于控制加热过程。

虽然已经建立了已知的微丝温度传感器及相关检测装置的功用，但当现有技术传感器永久性地嵌入未固化的、层状CFRP复合材料，例如那些在航空部件制造中使用的材料，并随后在炉或高压釜中进行热处理以固化复合材料时，也遇到了一些问题。因此，目标是在固化过程中对复合对象的内部温度进行远程和无线检测，使得控制器可利用温度信息来调节炉/高压釜的温度和/或调节在不同温度下消耗的固化时间，以产生更有效和高效的固化周期。

但是，在实际应用中，当利用嵌入式E型热电偶进行比较测试时，发现该嵌入式的现有技术传感器并没有提供完全可靠的温度感测。在一些情况下，通过现有技术传感器感测到的温度曲线与利用热电偶得到的温度曲线有显著不同。

因此，本领域内需要一种改进的微丝传感器，其能够至少部分地嵌入到热固化材料，例如CFRP复合材料或其它材料中，以在热固化过程或放热过程中，以及其后的工艺中，给出准确的温度数据。

发明内容

本发明克服了以上概括出的问题，并且提供了改进的、可嵌入式温度传感器，其在对诸如CFRP复合材料、其它可固化的聚合物、弹性体、橡胶化合物、陶瓷材料、水泥或混凝土这些材料进行热固化或固化过程中，给出高精度的温度信息。此外，由于它们防止了由固化过程在现有技术传感器中长久引起的应力诱发的不准确，因比这些传感器在固化后的任何时刻都能够提供高精度的温度信息。