[发明专利]一种封装集成式应力监测传感器

说明书

本发明公开了一种封装集成式应力监测传感器，涉及应力监测领域，该传感器主要由测量应变片、基底板、单向应变片、校准电阻和校准开关、微型连接器组成，测量应变片、单向应变片和校准电阻按照惠斯通桥路设计，惠斯通桥路输出的电压信号传输至应力监测系统；该传感器的测量应变片可以实现无损安装，且测量应变片和基底板、单向应变片和校准电阻的封装一体式结构对被测壳体不产生附加结构应力，测量精度高、稳定性好，可实现温度补偿作用，具有在线校准功能，能够配合被测设备长期使用。

技术领域

本发明涉及到应力监测领域，尤其是一种封装集成式应力监测传感器。

背景技术

载人舱球壳是载人潜水器的核心部分，在潜水器下潜过程中承受巨大的海水压力，其结构的安全性十分关键，载人舱球壳一般采用钛合金材料制造。由于载人舱球壳的重要性，需要在使用过程中对其结构状态进行长期连续监测。

当前，普通测量应力的方法有粘贴电阻应变片法和专用应力传感器法。其中，粘贴电阻应变片法应用最多，由于应变片体积尺寸小，几乎没有重量，能够适用于动、静载应力测量，能够最真实地反映结构的受力情况，对于高应力区域有非常强的适用性，缺点是长期使用稳定性相对较差，一般只适用于短期测量，对于长期测量需要采取特殊的保护工艺和处理措施，现场操作施工难以保证质量。专用应力传感器法是通过金属弹性体实现间接测量的，其优点是整体性能好，传感性能稳定；缺点是尺寸大，需要通过焊接安装。由于载人舱球壳表面禁止焊接，球壳开孔等位置应力梯度变化大，又要在水下长期监测载人舱球壳应力情况，因此以上两种测量应力方法对于潜水器载人舱球壳应力的测量显然是无法实现的。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种封装集成式应力监测传感器，本发明的技术方案如下：

一种封装集成式应力监测传感器包括测量应变片、基底板、单向应变片、校准电阻、校准开关和微型连接器；基底板的材料与载人舱球壳的材料相同，各个单向应变片的性能参数均与测量应变片的性能参数相同；测量应变片设置在载人舱球壳的待监测位置，基底板设置在载人舱内部，各个单向应变片和各个校准电阻均设置在基底板上，测量应变片连接到基底板，测量应变片与校准电阻以及三个单向应变片电连接形成惠斯通桥路结构，测量应变片与校准电阻串联形成其中一个桥臂，三个单向应变片分别形成另外三个桥臂；每个校准开关分别并联在一个校准电阻的两端且两个校准开关分别引出至基底板的外部；惠斯通桥路结构的输入端和输出端分别通过连接线连接至微型连接器，微型连接器用于连接载人舱的应力监测系统。

其进一步的技术方案为，基底板上固定有配桥电路板，配桥电路板内部预先布设有配桥电路，配桥电路板针对配桥电路提供的正输入端、负输入端、正输出端和负输出端分别通过连接线连接至微型连接器；配桥电路板还针对配桥电路提供焊盘，通过配桥电路板内部布设的配桥电路，正输入端分别与第一焊盘和第二焊盘电连接，负输入端分别与第四焊盘和第五焊盘电连接，正输出端分别和第六焊盘和第七焊盘电连接，负输出端分别和第八焊盘和第九焊盘电连接，配桥电路板还提供第三焊盘；校准电阻的两端分别连接配桥电路板的第一焊盘与第三焊盘，测量应变片分别连接配桥电路板的第三焊盘和第八焊盘，三个单向应变片分别连接在配桥电路板的第二焊盘和第七焊盘之间、第六焊盘和第四焊盘之间以及第五焊盘和第九焊盘之间。

其进一步的技术方案为，封装集成式应力监测传感器还包括导线尾夹，导线尾夹固定在基底板上并固定微型连接器与惠斯通桥路结构之间的各个连接线。

其进一步的技术方案为，测量应变片为单向测量应变片、双向测量应变片和三向测量应变片的任意一种，测量应变片中的每个应变片分别与校准电阻以及三个单向应变片电连接形成一个惠斯通桥路结构。

其进一步的技术方案为，每个校准电阻采用阻值为1Ω、精度为0.05％的精密贴片式电阻。

其进一步的技术方案为，基底板、单向应变片和校准电阻封装成一体。

本发明的有益技术效果是：