太阳城集团

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用于层压结构的传感器系统.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201610414157.8

申请日:

2016.06.14

公开号:

太阳城集团CN106257250A

公开日:

2016.12.28

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01K 11/32申请日:20160614|||公开
IPC分类号: G01K11/32; G01K5/58; G01L1/24; G01L1/25 主分类号: G01K11/32
申请人: 波音公司
发明人: J·L·小派克; A·莫利
地址: 美国伊利诺伊州
优先权: 2015.06.16 US 14/740,984
专利代理机构: 北京纪凯知识产权代理有限公司 11245 代理人: 徐东升;赵蓉民
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201610414157.8

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

2018.07.17|||2016.12.28

法律状态类型:

太阳城集团实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团一种用于层压结构的传感器系统可以包括设置在层压结构的第一层和第二层之间的传感器组件。该传感器组件可以包括彼此间隔开预定距离的第一锚构件和第二锚构件。第一和第二锚构件之间形成传感器腔。该传感器组件也可以包括延伸穿过锚构件和传感器腔的感测线路。该感测线路可以包括在传感器腔内用于对层压结构内的应力、层压结构内的温度或温度变化中的一个进行感测的构型。第一传输管可以从第一锚构件逆着传感器腔延伸,第二传输管可以从第二锚构件逆着传感器腔延伸。该感测线路延伸穿过第一和第二传输管。

权利要求书

1.一种用于层压结构(102,202,300,400)的传感器系统(100,200),其包括:
传感器组件(108,108a,208,402,502),其被设置在所述层压结构的第一层(104,204)
与所述层压结构的第二层(106,206)之间,所述层压结构的所述第二层被设置在所述层压
结构的所述第一层上,所述传感器组件包括:
第一锚构件(310,410);
第二锚构件(312,412),其与所述第一锚构件间隔开预定距离D;
传感器腔(314,414),其形成在所述第一锚构件与所述第二锚构件之间;以及
感测线路(112,212,316,416),其在所述第一锚构件与所述第二锚构件之间延伸穿过
所述传感器腔,并且所述感测线路延伸穿过所述第一锚构件和所述第二锚构件,所述感测
线路包括在所述传感器腔内用于对所述层压结构内的应力、所述层压结构内的温度或温度
变化中的一个进行感测的构型;
第一传输管(110,210,318,422),其从所述第一锚构件逆着所述传感器腔延伸并且在
所述层压结构的所述第一层与所述层压结构的所述第二层之间延伸;以及
第二传输管(110,210,320,424),其从所述第二锚构件逆着所述传感器腔延伸并且在
所述层压结构的所述第一层与所述层压结构的所述第二层之间延伸,所述感测线路延伸穿
过所述第一传输管和所述第二传输管。
2.根据权利要求1所述的传感器系统,其中在所述感测线路上没有任何张力的情况下,
所述感测线路延伸穿过所述第一传输管和所述第二传输管,以防止响应于对所述层压结构
施加力而在所述第一传输管和所述第二传输管内的所述感测线路上产生任何应力。
3.根据权利要求1所述的传感器系统,其中所述感测线路被所述第一锚构件和所述第
二锚构件以预设张力保持在所述传感器腔内以便形成应力传感器(304),其中施加于所述
层压结构的物理应力导致所述传感器腔内的所述感测线路的所述预设张力的相应变化。
4.根据权利要求3所述的传感器系统,其进一步包括与所述感测线路连接的检测设备
(116),所述检测设备被配置为检测所述传感器腔内的所述感测线路的所述预设张力的所
述相应变化,所述相应变化是响应于对所述层压结构施加又一个力而由所述第一锚构件和
所述第二锚构件的位移导致的。
5.根据权利要求4所述的传感器系统,其中所述感测线路包括光纤,并且所述检测设备
包括:
光信号发生器(118,214),其通过所述光纤光学器件来传输光信号;
光信号检测器(120,218),其在所述光纤的输出端(130)处测量传输的光信号的一个或
多个属性;
信号处理模块(124,224),其基于所述传输的光信号的所测量的一个或多个属性来确
定在所述应力传感器的位置处的所述层压结构上的应力;以及
显示器(126,226),其呈现所述层压结构上的确定的应力。
6.根据权利要求4所述的传感器系统,其中所述感测线路包含导电线,并且所述检测设
备包括:
射频信号发生器(118,214),其通过所述导电线来传输射频信号;
射频接收器(120,218),其在所述导电线的输出端(130)处测量传输的射频信号的一个
或多个属性;
信号处理模块(124,224),其基于所述传输的射频信号的所测量的一个或多个属性来
确定在所述应力传感器的位置处的所述层压结构上的应力;以及
显示器(126,226),其呈现所述层压结构上的所述应力。
7.根据权利要求1所述的传感器系统,其中所述传感器组件进一步包括设置在所述传
感器腔内的热敏板(418),并且所述感测线路的选定部分(420)被附连到所述热敏板以形成
热传感器(404),并且所述感测线路在没有任何张力或预定松弛量的情况下从所述热敏板
分别延伸至所述第一锚构件和所述第二锚构件,其中所述传感器腔内的温度导致所述热敏
板扭曲,这导致所述感测线路中对应于所述温度或温度变化的应力。
8.根据权利要求7所述的传感器系统,其进一步包括与所述感测线路连接的检测设备
(116),所述检测设备被配置为检测所述传感器腔内的所述感测线路中的应力变化,所述感
测线路中的所述应力变化对应于所述传感器腔内的所述温度或温度变化。
9.根据权利要求8所述的传感器系统,其中所述感测线路包括光纤,并且所述检测设备
包括:
光信号发生器(118,214),其通过所述光纤光学器件来传输光信号;
光信号检测器(120,218),其在所述光纤的输出端(130,220)处测量传输的光信号的一
个或多个属性;
信号处理模块(124,224),其基于所述传输的光信号的所测量的一个或多个属性来确
定所述热传感器(404)的位置处的温度;以及
显示器(126,226),其用于呈现所述热传感器的位置处的所述温度或温度变化。
10.根据权利要求8所述的传感器系统,其中所述感测线路包含导电线,并且所述检测
设备包括:
射频信号发生器(118,214),其通过所述导电线传输射频信号;
射频接收器(120,218),其在所述导电线的输出端处测量传输的射频信号的一个或多
个属性;
信号处理模块(124,224),其基于所述传输的射频信号的所测量的一个或多个属性来
确定所述热传感器的位置处的温度;以及
显示器(126,226),其呈现所述热传感器的位置处的所述温度或温度变化。
11.根据权利要求1所述的传感器系统,其进一步包含:
多个传感器组件(108,108a,208,208a),其分布在所述层压结构的所述第一层与所述
层压结构的所述第二层之间的所述层压结构的预定位置处,所述感测线路包括每个传感器
组件内的配置以便提供感测所述层压结构内的应力的应力传感器(304)或者感测所述层压
结构内的温度或温度变化的热传感器(404);
多个传输管(110,210),所述多个传输管中的一个传输管在所述多个传感器组件的相
邻传感器组件之间延伸,所述传输管将所述多个传感器组件串联连接,并且所述传输管中
的另一个传输管(110a)从串联连接的传感器组件的每个末端传感器组件(108a,208a)延伸
到所述层压结构的边缘(114,213),所述感测线路响应于对所述层压结构施加力而在所述
传输管内的所述感测线路上没有任何张力的情况下延伸穿过所述多个传输管。
12.根据权利要求11所述的传感器系统,其进一步包含:
接收器(120,218),其可操作地连接到所述感测线路并且被配置为接收来自所述多个
传感器组件的信号;以及
处理器(122,222),其用所述层压结构内的所述多个传感器组件中的每个传感器组件
的位置来编程,所述处理器被配置为基于来自所述多个传感器组件的所述信号来确定每个
所述传感器组件的物理应力或温度中的一个。
13.根据权利要求12所述的传感器系统,其进一步包含显示器(126,226),所述显示器
被配置为接收和呈现所述层压结构内的应力和温度测量值中的至少一个的表征。
14.一种用于感测层压结构(102,202,300,400)内的应力和温度中的至少一个的方法
(600),包含:
在所述层压结构的第一层(104,204,306,406)上提供一对或多对传感器锚构件(310,
312,410,412),每对传感器锚构件被间隔开预定距离D以在每对传感器锚构件之间提供传
感器腔(314,414);
在所述层压结构的所述第一层上的每对传感器锚构件之间提供传输管(110,210,318,
320,422,424);
使感测线路(112,212,316,416)延伸穿过每个传输管并穿过每个传感器腔,所述感测
线路在每个传输管内的所述感测线路上没有任何张力的情况下延伸穿过每个传输管,以防
止响应于在所述层压结构上施加力而在所述传输管中的所述感测线路上产生任何应力;
配置每个传感器腔内的每个感测线路以便感测所述层压结构内的应力、所述层压结构
内的温度或温度变化中的一个;以及
在所述第一层上沉积所述层压结构的第二层(106,206,308,408)。
15.根据权利要求14所述的方法,其进一步包含通过以预设张力将所述感测线路拖曳
并固定在所述一对传感器锚组件之间的特定传感器腔(314)内以形成应力传感器(304),其
中施加到所述层压结构的物理应力导致所述特定传感器腔内的所述感测线路的所述预设
张力的相应变化。
16.根据权利要求14所述的方法,其进一步包括形成热传感器(404),形成所述热传感
器包括:
将热敏板(418)设置在特定传感器腔(414)内;
将所述感测线路的选定部分(420)附连到所述热敏板以形成所述热传感器;以及
在没有任何张力或预定松弛量的情况下,使所述感测线路从所述热敏板分别延伸至所
述特定传感器腔的所述一对锚构件中的第一锚构件(410)和第二锚构件(420),其中所述特
定传感器腔内的温度变化导致所述热敏板扭曲,这在所述感测线路中导致对应于所述温度
或温度变化的应力。

说明书

用于层压结构的传感器系统

技术领域

本发明涉及用于确定层压结构上的环境效应如力和温度的层压结构及系统,并且
更具体地涉及用于层压结构的传感器系统。

背景技术

层压结构越来越广泛地被应用于制造物品,例如飞机和其他交通工具或者受益于
轻质量却高强度的材料的设备。这些应用中的层压结构可能经受各种环境条件,例如可以
以各种方式施加的极大的力和负载以及可以在宽范围内改变的温度变化。用于确定或测量
这些环境条件的传感器被安装在层压结构的外表面上。来自这些外部传感器的数据可以被
分析以规划或估计上述环境条件在层压结构内的影响,但是外部传感器不能提供对层压结
构内部的状况的直接监控。

发明内容

根据一个示例,一种用于层压结构的传感器系统可以包括设置在层压结构的第一
层与层压结构的第二层之间的传感器组件(assembly)。该层压结构的第二层被设置在第一
层和传感器组件上。该传感器组件可以包括第一锚构件以及与第一锚构件间隔开预定距离
的第二锚构件。传感器腔被形成在第一锚构件与第二锚构件之间。该传感器组件也可以包
括感测线路,该感测线路在第一锚构件与第二锚构件之间延伸穿过传感器腔并穿过第一锚
构件和第二锚构件。该感测线路可以包括在传感器腔内的配置,用于感测层压结构内的应
力、层压结构内的温度或温度变化。该传感器系统也可以包括第一传输管,该第一传输管从
第一锚构件逆着传感器腔延伸并且在层压结构的第一层与层压结构的第二层之间延伸。该
传感器系统可以额外包括第二传输管,该第二传输管从第二锚构件逆着传感器腔延伸并且
在层压结构的第一层与层压结构的第二层之间延伸。该感测线路也延伸穿过第一传输管和
第二传输管。

根据另一个示例,一种用于层压结构的传感器可以包括第一锚构件和与第一锚构
件分隔开预定距离的第二锚构件。该传感器也可以包括在第一锚构件与第二锚构件之间形
成的传感器腔以及在第一锚构件与第二锚构件之间延伸穿过传感器腔并穿过锚构件的感
测线路。该感测线路可以包括在传感器腔内的配置,用于感测层压结构内的应力、层压结构
内的温度或温度变化。该传感器也可以包括第一传输管,该第一传输管从第一锚构件逆着
传感器腔延伸并且在层压结构的第一层与层压结构的第二层之间延伸。该传感器也可以包
括第二传输管,该第二传输管从第二锚构件逆着传感器腔延伸并且在层压结构的第一层与
层压结构的第二层之间延伸。该感测线路也延伸穿过第一传输管和第二传输管。该感测线
路在感测线路上没有任何张力的情况下延伸穿过第一传输管和第二传输管,以防止响应于
在层压结构上施加力而在第一传输管和第二传输管中的感测线路上产生任何应力。

根据又一个示例,一种感测层压结构内的应力和温度中的至少一个的方法可以包
括在层压结构的第一层上提供一对或多对传感器锚构件。每对传感器锚构件可以间隔开预
定的距离以便在每对传感器锚构件之间提供传感器腔。该方法也可以包括在层压结构的第
一层上的每对传感器锚构件之间提供传输管。该方法可以额外包括使感测线路延伸穿过每
个传输管并且穿过每个传感器腔。该感测线路在每个传输管内的感测线路上没有任何张力
的情况下延伸穿过每个传输管,以防止响应于对层压结构施加力而在传输管中的感测线路
上产生任何应力。该方法可以进一步包括配置每个传感器腔内的每个感测线路用于感测层
压结构内的应力、层压结构内的温度或温度变化中的一个。该方法可以额外包括在第一层
上沉积层压结构的第二层。

根据另一示例或任一前述示例,该传感器或传感器组件可以包括应力传感器。可
以通过第一锚构件和第二锚构件以预设张力将该感测线路保持在传感器腔内以形成该应
力传感器,其中施加于层压结构的物理应力导致传感器腔内的感测线路的预设张力的相应
变化。

根据另一示例或任一前述示例,该传感器或传感器组件可以包括热传感器。该热
传感器可以包括设置在传感器腔内的热敏板,并且该感测线路的选定部分被附连到热敏板
以形成热传感器。该感测线路在没有任何张力或预定松弛量的情况下从热敏板分别延伸到
第一锚构件和第二锚构件。传感器腔内的温度变化导致热敏板扭曲,这导致对应于温度或
温度变化的感测线路内的应力。

根据另一示例或任一前述示例,该感测线路可以包括光纤和导电线中的一种。光
信号或者射频(RF)信号可以被发送通过感测线路以测量或检测层压结构内的应力或者层
压结构内的温度或温度变化。

附图说明

示例的以下详细描述涉及附图,这些附图示出了本公开的具体示例。具有不同结
构和操作的其他示例并未脱离本公开的范围。

图1是根据一个示例的用于监控层压结构的内部状况的传感器系统示例的示意
图。

图2是根据另一个示例的用于监控层压结构的内部状况的传感器系统示例的示意
图。

图3是根据一个示例的层压结构的剖视图,该层压结构包括被配置为提供传感器
系统的应力传感器的传感器组件的示例。

图4是根据一个示例的层压结构的剖视图,该层压结构包含被配置为提供传感器
系统的热传感器的传感器组件的示例。

图5是根据一个示例的多层层压结构和被设置在多层层压结构的不同层中的多个
传感器组件的示例的剖视图。

图6是根据本公开的一个示例用于在层压结构中提供传感器系统的方法示例的流
程图。

具体实施方式

示例的以下详细描述涉及附图,这些附图示出了本公开的具体示例。具有不同结
构和操作的其他示例并未脱离本公开的范围。同样的参考数字可以在不同附图中指代相同
的元件或部件。

此处使用的某些术语只是为了方便,并不应解释为对所描述的示例的限制。例如,
词语如“近端”、“远端”、“顶部”、“底部”,“上部”、“下部”、“左边”、“右边”、“水平”、“垂直/竖
直”、“向上”、“向下”等等只是描述了如图中示出的配置或者参考正在描述的附图的取向而
使用的相对位置。因为示例的部件可以以多种不同的取向来定位,所以方向性术语只是用
作图示说明的目的而决不是为了限定。应当理解的是,可以利用其他示例并且可以做出结
构变化或逻辑变化而不脱离本发明的范围。因此,以下具体描述并不应从限定的角度来理
解,并且本发明的范围由随附的权利要求来限定。

图1是根据一个示例用于监控层压结构102的内部状况的传感器系统100的示例的
示意图。层压结构102可以是飞行器的部件的一部分,例如机翼、机身、舱壁或者飞机或其他
交通工具的其他部件的一部分。层压结构102也可以是其他结构的部件的一部分,所述其他
结构包括但不必局限于土建结构(例如,建筑物或桥梁)、电子变压器、发动机、复合结构、储
油罐、船体或者轮船的其他部件或者其他结构。层压结构可以包括多层材料,其可以被键合
在一起以形成一种结构,这种结构相比于单层材料通常强度更大且重量更轻,该单层材料
将需要更厚才能达到相同的强度和耐用度。在图1所示的示例中,层压结构102包括第一层
104和第二层106。在其他示例中,层压结构102可以包括多于两层。第二层106用断线或虚线
表示以允许显示传感器部件或传感器组件108以及用于传感器系统100的感测线路112的传
输管110。传输管110在每个传感器组件108之间延伸并且在每个终端传感器组件108a与层
压结构102的边缘114之间延伸。每个传感器组件108可以被配置为提供用于感测应力或应
变力的应力传感器,或者用于感测温度或温度变化的热传感器。下文将参考图3来描述被配
置为提供应力传感器的传感器组件108的示例。将参考图4描述被配置为提供热传感器的传
感器组件108的示例。

传感器系统100可以包括分布在层压结构102中的预定位置处且在层压结构102的
第一层104与层压结构102的第二层106之间的多个传感器组件108。如前所述,每个传感器
组件108或者每个传感器组件108内的所述感测线路118可以被配置为提供用于感测层压结
构102内的应力的应力传感器或者用于感测层压结构102内的温度或温度变化的热传感器
两者之一。

传感器系统100可以包括多个传输管110。传输管110可以在相邻的传感器组件108
之间延伸。在图1所示的示例传感器系统100中,多个传感器组件108通过传输管110串联连
接。另一个传输管或末端传输管110a可以从串联连接的传感器组件108中的每个末端或终
端传感器组件108a延伸至层压结构102的边缘114。在传输管110内的感测线路112上没有任
何应力的情况下,感测线路112松弛地延伸穿过多个传输管110,以便施加于层压结构102的
力将不会导致在传输管110内的感测线路112上产生任何应力(压力或张力)或应变。

感测线路112可以是任何传导媒介,其中感测线路112或者媒介的传导率可以基于
物理应力施加于感测线路112或传导媒介而被修改。如本文所描述,物理应力可以通过施加
于层压结构102的外力来施加或者可以是层压结构102内的温度或温度变化的结果,其导致
感测线路112或传导媒介的传导率的修改。传导率的变化或修改可以通过传输一个信号或
多个信号经过感测线路112或传导媒介来确定或感测。应力、温度或温度变化可以通过检测
所传输的一个或多个信号的一个或多个属性或参数的变化(如由感测线路112中的传导率
的变化或修改所导致的太阳城集团、频率和振幅变化)来确定或计算。

根据一个示例,感测线路112可以是用于传输光信号的光纤。在另一个示例中,感
测线路112可以是用于运送电信号或射频(RF)信号的导电线。在又一个示例中,感测线路
112可以是电阻丝,其中该电阻丝的相关部分可以基于每单位长度的张力具有特征电阻率。
对于本领域技术人员来说,各种材料和测量方法是已知的。基于材料的选择和受到张力的
感测线路部分的长度,实际应力(或温度)测量值有可能被相当精确地确定,但是随着太阳城集团
的变化往往是相对测量值更加有用,因为这些值可以指示存在那些会伤害或减少仪器结构
102的使用寿命的紧急恶化情况。

检测设备116可以可操作地连接到感测线路112。检测设备116可以被配置为基于
从多个传感器组件108中的每一个接收到的一个或多个信号来检测或确定每个传感器组件
108中的物理应力、温度或温度变化中的一个或多个。检测设备116可以包括信号发生器或
发射器118,该信号发生器或发射器可操作地连接到感测线路112的一个末端或输入端128
以通过感测线路112传输一个或多个信号。检测设备116也可以包括信号检测器或接收器
120,该信号检测器或接收器可操作地连接到感测线路112的另一末端或输出端130并被配
置为接收来自多个传感器组件108的一个或多个信号。检测器设备116可以额外包括处理器
122,该处理器可以用层压结构102内的多个传感器组件108中的每一个的位置来编程。该处
理器122可以包括信号处理模块124,该信号处理模块可以被配置为确定每个传感器组件
108处的物理应力、温度或温度变化中的一个或多个。每个传感器组件108处的物理应力、温
度或温度变化基于由多个传感器组件108中的每一个检测到的所传输的一个或多个信号的
一个或多个属性和参数的变化,所述变化由相应传感器组件108中的感测线路116的传导率
的修改或变化导致。可以通过感测线路112的传导率的修改来改变的所传输的信号的一个
或多个属性和参数可以包括一个或多个信号的正时、频率和振幅。通过利用每个传感器组
件108沿着层压结构102内的感测线路116的已知位置来同步所述一个或多个信号的传输正
时,每个传感器组件108内的传导率的任何变化可以通过由信号检测器或接收器120接收到
的一个或多个信号来检测。相应的物理应力、温度或温度变化可以由信号处理模块124通过
所传输的一个或多个信号的一个或多个属性或参数的变化来确定或计算。

如图1中的例示性示例所示,显示器126可以与检测设备116相关联,或者显示器
126可以被合并为检测设备116的一部分。在传感器组件108被配置为提供应力传感器的示
例中,通过分析来自传感器组件108的信号得到的层压结构102内的应力测量值可以被呈现
在显示器126上。在传感器组件108被配置为提供热传感器的另一示例中,通过分析来自传
感器组件108的信号得到的层压结构102内的温度测量值或温度变化测量值可以被呈现在
显示器126上。在进一步的示例中,一些传感器组件108可以被配置为提供应力传感器,而其
他传感器组件108可以被配置为提供热传感器。在该示例中,层压结构102内的应力测量值
或温度测量值可以被呈现在显示器126上。应力和温度测量值或计算值可以随着太阳城集团的推
移被呈现,以分析层压结构102内的不同状况。例如,可以通过绘制(plot)横穿层压结构内
部的温度和应力测量值来确定层压结构102的热点或冷点、弱应力点或其他属性或特征。

根据一个示例,感测线路112可以是光纤。在该示例中,信号发生器或发射器118可
以是通过感测线路112或光纤传输光信号的光信号发生器。信号检测器或接收器120可以是
测量感测线路112的输出端130处的传输光信号的一个或多个属性或参数的光信号检测器。
基于通过光纤传输的光信号的一个或多个属性或参数(例如,振幅、频率、正时或其组合)的
测量值并且响应于传感器组件108的感测线路112的传导率的变化或修改,信号处理模块
124可以确定应力传感器的位置处的层压结构102上的应力,或者热传感器的位置处的温度
或温度变化。

根据另一个示例,感测线路112可以是用于传输电信号或射频(RF)信号的导电线。
所述信号可以具有任何性质或特征,所述性质或特征可以允许监控和检测传输信号的时
间、频率或振幅或这些属性或参数的任何组合的任何变化,并且所述传输信号能够对应于
层压结构102中的温度或应力的测量值。在该示例中,信号发生器或发射器118可以是通过
导电线或感测线路112传输射频信号的射频信号发生器。信号检测器或接收器120可以是射
频接收器,其检测和监控感测线路112或导电线的输出端130处的传输射频信号的太阳城集团、频
率、振幅或其任何组合的变化。基于导电线的传导率的变化或修改以及源于传导率的变化
(例如,一个或多个信号的振幅、正时和频率或这些属性或参数的任意组合的变化)的通过
导电线传输的一个或多个射频信号的一个或多个属性或参数的测量值,信号处理模块124
可以确定应力传感器的位置处的层压结构102上的应力,或者热传感器的位置的温度或温
度变化。

图2是根据另一个示例用于监控层压结构202的内部状况的传感器系统200的示例
的示意图。层压结构202可以类似于图1中的层压结构102并且可以包括层压材料的多个层。
在图2所示的示例性层压结构中,层压结构202可以包括层压材料的第一层204和第二层
206。第二层206用断线或虚线表示以允许显示传感器部件或传感器组件208以及用于传感
器系统200的感测线路212的传输管210。传输管210在每个传感器组件208之间延伸并且在
每个终端传感器组件208a与层压结构202的边缘213之间延伸。传感器系统200可以与图1中
的传感器系统100类似,不同之处在于:代替具有类似于检测设备116的单个检测设备,传感
器系统200可以包含在感测线路212的一端216处被可操作地连接到感测线路212的信号发
生器或发射器214,以及在感测线路212的相反端220处被可操作地连接到感测线路212的信
号检测器或接收器218。图2中的示例传感器系统200可以应用于以下情形:即感测线路212
的一端216与感测线路212的相反端220相距非常大的距离并且类似于图1中的检测设备116
的单个检测设备将会不实用或者需要非常长的电线或光纤来将单个检测设备连接到感测
线路212的两端。在另一个示例中,类似于图1中的检测设备116的检测设备可以被可操作地
连接到感测线路212的每一端216和220。每个检测设备可以类似于检测设备116进行操作并
且可以基于传感器组件208被配置为应力传感器还是热传感器以及从传感器组件208接收
的信号来检测或确定每个传感器组件208中的物理应力、温度或温度变化。

信号检测器或接收器218可以包括处理器222,或者该处理器可以是单独的部件。
处理器222可以包括信号处理模块224,该信号处理模块可以被配置为基于每个传感器组件
208被配置为包括应力传感器还是热传感器以及从每个应力传感器或热传感器接收的信号
来确定每个传感器组件208的物理应力、温度或温度变化中的一个或多个。显示器226可以
与信号检测器或接收器218相关联,以便基于传感器组件208的配置和信号处理模块224对
来自传感器组件208的信号的分析来呈现信号处理模块224对信号的分析并且呈现层压结
构202内的应力测量值、温度测量值或两者的表征。

每个传感器组件208可以被配置为提供应力传感器或热传感器。如前所述,被配置
为提供应力传感器的传感器组件208的示例将结合图3进行描述,并且被配置为提供热传感
器的传感器组件208的示例将结合图4进行描述。

传感器系统200可以包括多个传感器组件208,这些传感器组件在层压结构202的
第一层204与层压结构202的第二层206之间分布于层压结构202中的预定位置处。如前所
述,每个传感器组件208或者每个传感器组件208内的感测线路212可以被配置为提供用于
感测层压结构202内的应力的应力传感器或者用于感测层压结构202内的温度或温度变化
的热传感器之一。

在图2所示的例示性示例中,信号发生器或发射器214可以被配置为通过感测线路
212传输一个或多个测试信号,并且信号检测器或接收器218可以接收来自多个传感器组件
208的信号。信号发生器214可以通过通信链路221连接到信号检测器218。同步信号可以被
信号发生器214经由通信链路传送至信号检测器218以通过感测线路212在一个或多个测试
信号的传输之间建立正时和/或频率锁定,以便由信号检测器218进行检测。通信链路221可
以是有线或无线的通信链路。类似于上文太阳城集团图1中的系统100所描述,同步信号连同每个
传感器组件208沿着层压结构202内的感测线路212的已知位置允许每个传感器组件208内
的传导率的任何变化可以通过由信号检测器或接收器218接收的一个或多个信号来检测,
并且对应的物理应力、温度或温度变化可以通过信号处理模块224来确定或计算。

根据一个示例,感测线路212可以是用于传输光信号的光纤。光信号可以具有任何
性质或特征,所述性质或特征可以允许监控和检测传输光信号的太阳城集团、频率或振幅或这些
参数或属性的任何组合的任何变化,并且所述传输光信号能够对应于层压结构202中的温
度和/或应力的测量值。在另一个示例中,感测线路212可以是用于运送电信号或射频信号
的导电线。电信号或射频信号可以具有任何性质或特征,所述性质或特征可以允许监控和
检测传输信号的太阳城集团、频率或振幅或这些参数或属性的任何组合的任何变化,并且所述传
输信号能够对应于层压结构202中的温度和/或应力的测量值。感测线路212在感测线路212
上没有任何张力的情况下延伸穿过传输管210,以便防止响应于对层压结构施加任何力而
在传输管210内的感测线路212上产生任何应力或应变。

图3是根据一个示例的层压结构300的剖视图,其包括被配置为提供传感器系统的
应力传感器304的传感器组件302的一个示例。传感器组件302可以被用于图1的传感器组件
108和图2的传感器组件208中的每一个。如本领域技术人员所理解,应力传感器304不能直
接测量应力,但基于一个或多个应力传感器304的电学和/或光学响应可以推测应力载荷。
传感器组件302可以被设置在层压结构300的第一层306与层压结构300的第二层308之间。
层压结构300的第二层308可以被设置在第一层306上。传感器组件302可以包括第一锚构件
310和与第一锚构件310以预定距离“D”间隔开的第二锚构件312。在第一锚构件310与第二
锚构件312之间形成传感器腔314。感测线路316在第一锚构件310与第二锚构件312之间延
伸穿过传感器腔314,并且感测线路316延伸穿过第一锚构件310和第二锚构件312。感测线
路316包括在传感器腔314内用于感测层压结构内的应力之一的配置。如本领域技术人员所
理解,应力传感器304不能直接测量应力,但是可以基于一个或多个应力传感器304的电学
和/或光学响应来推测应力载荷。应力传感器304测量锚构件310和312之间的感测线路316
的拉伸或压缩。感测线路316可以由第一锚定构件310和第二锚定构件312以预定张力保持
在传感器腔314内以形成应力传感器304。施加于层压结构300的物理应力导致传感器腔314
内的感测线路316的预设张力的相应变化。如上所述,检测设备(例如检测设备116)可以被
可操作地连接到感测线路316。该检测器可以被配置为检测响应于更多个力施加在层压结
构300上而由第一锚定构件310和第二锚定构件314的运动所导致的传感器腔314内的感测
线路316的预设张力的相应变化。

如上所述,感测线路316可以是光纤或者导电线。检测设备(例如检测设备116)可
以分析通过感测线路316传输的一个或多个光信号或一个或多个射频信号来确定在应力传
感器304的位置处的层压结构300上的应力。这些信号可以具有任何性质或特征,所述性质
或特征可以允许监控和检测传输信号的太阳城集团、频率或振幅或这些参数或属性的任何组合的
任何变化,所述变化是由感测线路316的传导率的修改引起的。与前文描述的类似,由感测
线路316的传导率的修改引起的这些参数或属性的改变对应于或者能够转化为层压结构
102中的温度或应力的测量值。

传感器组件302也可以包括第一传输管318和第二传输管320。第一传输管318可以
从第一锚构件310逆着传感器腔314延伸并且在层压结构300的第一层306与第二层308之间
延伸。第二传输管320可以从第二锚构件312逆着传感器腔314延伸并且在层压结构300的第
一层306与第二层308之间延伸。与参考图1和图2所示出和描述的类似,感测路线316延伸穿
过第一传输管318和第二传输管320并且可以连接到相邻的传感器组件。在感测线路316上
没有任何张力的情况下,感测线路316延伸穿过第一传输管318和第二传输管320,以便防止
响应于对层压结构300施加力而在传输管316和320内的感测线路316上产生任何应力。

图4是根据一个示例的层压结构400的剖面图,其包括被配置为提供传感器系统的
热传感器404的传感器组件402的示例。传感器组件402可以被用于图1的传感器组件108和
图2的传感器组件208中的每一个。传感器组件402可以被设置在层压结构400的第一层406
与第二层408之间。层压结构400的第二层408可以被设置在第一层406上。传感器组件402可
以包含第一锚构件410和与第一锚构件410以预定距离“D”间隔开的第二锚构件412。传感器
腔414被形成在第一锚构件410与第二锚构件412之间。感测线路416在第一锚构件410与第
二锚构件412之间延伸穿过传感器腔414,并且感测线路416延伸穿过第一锚构件410和第二
锚构件412。感测线路416包括在传感器腔414内的配置,其用于感测层压结构300内的温度
或温度变化。

传感器组件402也可以包括设置在传感器腔414内的热敏板418。热敏板418具有已
知的物理性质,这些物理性质允许所述板418以定义的方式膨胀和收缩以便检测和测量温
度和/或温度变化。热敏板418可以被附连到传感器腔414内的层压结构400的第一层406或
第二层408之一。感测线路416的选定部分420可以被附连到热敏板418以形成热传感器404。
在感测线路416中没有任何张力或预定松弛量的情况下,感测线路416从热敏板418分别延
伸到第一锚构件410和第二锚构件412。传感器腔414中的温度变化可以导致热敏板418扭曲
或膨胀和收缩,这导致感测线路416中与温度或温度变化相应的应力。

类似于先前所描述,检测设备(例如检测设备116)可以被可操作地连接到感测线
路416。该检测设备可以被配置为检测传感器腔414内的感测线路416中的相应应力,该应力
由热敏板418响应于传感器腔414中的温度或温度变化而产生的扭曲所引起。

如上所述,感测线路416可以是光纤或者导电线。检测设备(例如检测设备116)可
以分析通过感测线路416传输的一个或多个光信号或一个或多个射频信号来确定在热传感
器404的位置处的层压结构400内的温度或温度变化。

传感器组件402也可以包括第一传输管422和第二传输管424。第一传输管422可以
从第一锚构件410逆着传感器腔414延伸并且在层压结构400的第一层406与第二层408之间
延伸。第二传输管424可以从第二锚构件412逆着传感器腔414延伸并且在层压结构400的第
一层406与第二层408之间延伸。与参考图1和图2所示出和描述的类似,感测路线416延伸穿
过第一传输管422和第二传输管424并且可以连接到相邻的传感器组件。在没有任何张力的
情况下,感测线路416延伸穿过传输管422和424,以便防止响应于对层压结构400施加力而
在感测线路416上产生任何应力。

图5是根据一个示例的多层层压结构500和设置在多层层压结构500的不同层中的
多个传感器组件502的示例的剖面图。该示例性的多层层压结构500被示出为包含第一层
504、第二层506和第三层508,但是层压结构500可以具有任意数量的层。图5的例示性示例
中所示的传感器组件502被配置为应力传感器,其类似于图3中的示例性应力传感器304。在
另一示例中,传感器组件502也可以被配置为与参考图4所示出和描述的示例性传感器组件
402类似的热传感器。在进一步的示例中,层压结构中的一组传感器组件可以被配置为提供
应力传感器,并且层压结构内的另一组传感器组件可以被配置为热传感器。传感器组件502
被设置在不同层504-508之间以提供对不同层504-508中的应力和/或温度的感测或监控。
传感器组件502可以彼此偏离或者以预定的间距隔开以便实现层压结构500的最佳覆盖。

图6是根据本发明的示例用于在层压结构中提供传感器系统的方法600的示例的
流程图。该传感器系统可以类似于图1中的传感器系统100或图2中的传感器系统200。在方
框602中,可以在层压结构的第一层材料上提供一个或多个传感器组件。每个传感器组件可
以包含一对传感器锚构件。每个传感器组件中的传感器锚构件可以以预定距离间隔开,以
便限定在每一对传感器锚构件之间的传感器腔。

在方框604中,可以在每个传感器组件之间提供用于运载感测线路的传输管。传感
器组件可以由传输管和感测线路串联连接。另一个传输管可以在串联连接的传感器组件的
每个末端处将传感器组件与层压结构的边缘相连接并且提供在层压结构的相应边缘处到
达感测线路的每个末端的通道。

在方框606中,可以使感测线路延伸穿过每个传感器组件之间的传输管并穿过每
个传感器组件的传感器锚构件。感测线路可以是光纤或者导电线。感测线路可以在没有任
何张力的情况下延伸穿过传输管,以防止响应于对层压结构施加力而在感测线路上产生任
何应变。

在方框608中,感测线路可以在每个传感器组件中被配置为用于感测应力的应力
传感器或用于感测温度或温度变化的热传感器。

在方框610中,可以通过以预设张力将感测线路拖曳并固定在每个传感器腔内来
形成物理应力传感器。施加于层压结构的任何物理应力可以引起传感器锚构件的移动和传
感器腔内的感测线路的预设张力的相应变化。

在方框612中,通过将热敏板设置在传感器腔内可以在传感器组件中形成热传感
器。感测线路可以附连到热敏板。在感测线路中没有任何张力或预定松弛量的情况下,感测
线路的末端附连在所述板与传感器锚构件之间。传感器腔内的任何温度变化可以引起热敏
板的扭曲,这导致与温度或温度变化相应的感测线路的应力变化。

在方框614中,可以将层压结构的第二材料层沉积在第一材料层上并且在传感器
系统的上方。

在方框616中,可以通过感测线路传输一个或多个信号。如果感测线路是光纤,则
一个或多个传输信号可以是一个或多个光信号。如果感测线路是导电线,则一个或多个传
输信号可以是一个或多个射频信号。如前所述,感测线路传导率的变化或修改可以引起能
够被检测到的一个或多个传输信号的变化。基于信号的被检测属性或所接收的信号的分
析,可以检测一个或多个传输信号的的一个或多个属性(例如,振幅的变化)以确定每个传
感器组件的位置处的应力水平或温度或温度变化中的至少一个。

在方框618中,可以将应力和/或温度测量值和分析的结果呈现在层压结构中的传
感器或传感器组件的相应位置处。例如,所述结果可以被呈现给观看显示器(126/226)的用
户。

此外,本公开包含根据如下条款的示例:

条款1.一种用于层压结构(102,202,300,400)的传感器系统(100,200),其包括:
传感器组件(108,108a,208,402,502),其被设置在层压结构的第一层(104,204)与层压结
构的第二层(106,206)之间,层压结构的第二层被设置在层压结构的第一层上,该传感器组
件包括:第一锚构件(310,410);第二锚构件(312,412),其与第一锚构件间隔开预定距离D;
传感器腔(314,414),其形成在第一锚构件与第二锚构件之间;以及感测线路(112,212,
316,416),其在第一锚构件与第二锚构件之间延伸穿过传感器腔,并且该感测线路延伸穿
过第一锚构件和第二锚构件,该感测线路包括在传感器腔内用于对层压结构内的应力、层
压结构内的温度或温度变化中的一个进行感测的构型;第一传输管(110,210,318,422),其
从第一锚构件逆着传感器腔延伸并且在层压结构的第一层与层压结构的第二层之间延伸;
以及第二传输管(110,210,320,424),其从第二锚构件逆着传感器腔延伸并且在层压结构
的第一层与层压结构的第二层之间延伸,该感测线路延伸穿过第一传输管和第二传输管。

条款2.如条款1所述的传感器系统,其中在感测线路上没有任何张力的情况下,该
感测线路延伸穿过第一传输管和第二传输管,以防止响应于对层压结构施加力而在第一传
输管和第二传输管内的感测线路上产生任何应力。

条款3.如条款1所述的传感器系统,其中该感测线路被第一锚构件和第二锚构件
以预设张力保持在传感器腔内以便形成应力传感器(304),其中施加于层压结构的物理应
力导致传感器腔内的感测线路的预设张力的相应变化。

条款4.如条款3所述的传感器系统,其进一步包括与感测线路连接的检测设备
(116),该检测设备被配置为检测传感器腔内的感测线路的预设张力的相应变化,所述相应
变化是响应于对层压结构施加又一个力而由第一锚构件和第二锚构件的位移导致的。

条款5.如条款4所述的传感器系统,其中感测线路包括光纤,并且检测设备包括:
光信号发生器(118,214),其通过光纤光学器件来传输光信号;光信号检测器(120,218),其
在光纤的输出端(130)处测量传输光信号的一个或多个属性;信号处理模块(124,224),其
基于传输光信号的所测量的一个或多个属性来确定在应力传感器的位置处的层压结构上
的应力;以及显示器(126,226),其呈现层压结构上的确定的应力。

条款6.如条款4所述的传感器系统,其中感测线路包含导电线,并且检测设备包
括:射频信号发生器(118,214),其通过导电线传输射频信号;射频接收器(120,218),其在
导电线的输出端处测量传输射频信号的一个或多个属性;信号处理模块(124,224),其基于
传输射频信号的所测量的一个或多个属性来确定在应力传感器的位置处的层压结构上的
应力;以及显示器(126,226),其呈现层压结构上的确定的应力。

条款7.如条款1所述的传感器系统,其中传感器组件进一步包括设置在传感器腔
内的热敏板(418),并且感测线路的选定部分(420)被附连到热敏板以形成热传感器(404),
并且感测线路在没有任何张力或预定松弛量的情况下从热敏板分别延伸至第一锚构件和
第二锚构件,其中传感器腔内的温度导致热敏板扭曲,这导致感测线路中对应于温度或温
度变化的应力。

条款8.如条款7所述的传感器系统,其进一步包括与感测线路连接的检测设备
(116),该检测设备被配置为检测传感器腔内的感测线路中的应力变化,该感测线路中的应
力变化对应于传感器腔内的温度或温度变化。

条款9.如条款8所述的传感器系统,其中感测线路包括光纤,并且检测设备包括:
光信号发生器(118,214),其通过光纤光学器件来传输光信号;光信号检测器(120,218),其
在光纤的输出端(130,220)处测量传输光信号的一个或多个属性;信号处理模块(124,
224),其基于传输光信号的所测量的一个或多个属性来确定热传感器(404)的位置处的温
度;以及显示器(126,226),其用于呈现热传感器的位置处的温度或温度变化。

条款10.如条款8所述的传感器系统,其中感测线路包含导电线,并且检测设备包
括:射频信号发生器(118,214),其通过导电线传输射频信号;射频接收器(120,218),其在
导电线的输出端处测量传输射频信号的一个或多个属性;信号处理模块(124,224),其基于
输射频信号的所测量的一个或多个属性来确定热传感器的位置处的温度;以及显示器
(126,226),其呈现热传感器的位置处的温度或温度变化。

条款11.如条款1所述的传感器系统,其进一步包含:多个传感器组件(108,108a,
208,208a),其分布在层压结构的第一层与层压结构的第二层之间的层压结构的预定位置
处,感测线路包括每个传感器组件内的配置以便提供感测层压结构内的应力的应力传感器
(304)或者感测层压结构内的温度或温度变化的热传感器(404);多个传输管(110,210),所
述多个传输管中的一个传输管在多个传感器组件的相邻传感器组件之间延伸,传输管将多
个传感器组件串联连接,并且所述传输管中的另一个传输管(110a)从串联连接的传感器组
件的每个末端传感器组件(108a,208a)延伸到层压结构的边缘(114,213),感测线路响应于
对层压结构施加力而在传输管内的感测线路上没有任何张力的情况下延伸穿过多个传输
管。

条款12.如条款11所述的传感器系统,其进一步包含:接收器(120,218),其可操作
地连接到感测线路并且被配置为接收来自多个传感器组件的信号;以及处理器(122,222),
其用层压结构内的多个传感器组件中的每个传感器组件的位置来编程,该处理器被配置为
基于来自多个传感器组件的信号来确定每个传感器组件的物理应力或温度中的一个。

条款13.如条款12所述的传感器系统,其进一步包含显示器(126,226),该显示器
被配置为接收和呈现层压结构内的应力和温度测量值中的至少一个的表征。

条款14.一种用于包含第一层(104,204)和第二层(106,206)的层压结构(102,
202,300,400)的传感器(108,108a,208,208a,304,404),该传感器包含:第一锚构件(310,
410);与第一锚构件以预定距离(D)间隔开的第二锚构件(312,412);形成于第一锚构件和
第二锚构件之间的传感器腔(314,414);感测线路(112,212,316,416),其从第一锚构件和
第二锚构件之间延伸穿过传感器腔,并且该感测线路延伸穿过第一锚构件和第二锚构件,
该感测线路包含在传感器腔内用于传感层压结构内的应力、层压结构内的温度或温度变化
之一的构形;第一传输管(110,210,318,422),其从第一锚构件逆着传感器腔延伸并在层压
结构的第一层和层压结构的第二层之间延伸;并且第二传输管(110,210,320,424)从第二
锚构件逆着传感器腔延伸并在层压结构的第一层和层压结构的第二层之间延伸,该感测线
路延伸穿过第一传输管和第二传输管,其中在感测线路上没有任何张力的情况下,感测线
路延伸穿过第一传输管和第二传输管,以便防止响应于在层压结构上施加力而在第一传输
管和第二传输管内的感测线路上产生任何应力。

条款15.如条款14所述的传感器,其中传感器包括应力传感器(304),感测线路通
过第一锚构件和第二锚构件以预设张力保持在传感器腔内以形成应力传感器,其中施加于
层压结构的物理应力导致传感器腔内的感测线路的预设张力的相应变化。

条款16.如条款14所述的传感器,其中传感器包括热传感器(404),该热传感器包
含设置在传感器腔(414)内的热敏板(418),并且感测线路的选定部分(420)被附连到热敏
板以形成热传感器,同时感测线路在没有任何张力或预定松弛量的情况下从热敏板分别延
伸至第一锚构件和第二锚构件,其中传感器腔内的温度变化导致热敏板扭曲,这导致对应
于温度或温度变化的感测线路中的应力。

条款17.如条款14所述的传感器,其中感测线路包括光纤和导电线中的一种。

条款18.一种用于感测层压结构(102,202,300,400)内的应力和温度中的至少一
个的方法(600),包含:在层压结构的第一层(104,204,306,406)上提供一对或多对传感器
锚构件(310,312,410,412),每对传感器锚构件被间隔开预定距离D以在每对传感器锚构件
之间提供传感器腔(314,414);在层压结构的第一层上的每对传感器锚构件之间提供传输
管(110,210,318,320,422,424);使感测线路(112,212,316,416)延伸穿过每个传输管并穿
过每个传感器腔,所述感测线路在每个传输管内的感测线路上没有任何张力的情况下延伸
穿过每个传输管,以防止响应于在层压结构上施加力而在传输管中的感测线路上产生任何
应力;配置每个传感器腔内的每个感测线路以便感测层压结构内的应力、层压结构内的温
度或温度变化中的一个;以及在第一层上沉积层压结构的第二层(106,206,308,408)。

条款19.如条款18所述的方法,其进一步包含通过以预设张力将感测线路拖曳并
固定在一对传感器锚组件之间的特定传感器腔(314)内以形成应力传感器(304),其中施加
到层压结构的物理应力导致特定传感器腔内的感测线路的预设张力的相应变化。

条款20.如条款18所述的方法,其进一步包括形成热传感器(404),形成该热传感
器包括:将热敏板(418)设置在特定传感器腔(414)内;将感测线路的选定部分(420)附连到
热敏板以形成热传感器;以及在没有任何张力或预定松弛量的情况下,使感测线路从热敏
板分别延伸至特定传感器腔的一对锚构件中的第一锚构件(410)和第二锚构件(420),其中
特定传感器腔内的温度变化导致热敏板扭曲,这在感测线路中导致对应于温度或温度变化
的应力。。

附图中的流程图和方框图中阐明了根据本发明的各种示例的系统、方法和计算机
程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。就此而言,在流程图或方框图中的每个方框
可以代表模块、节段或一部分指令,其包括用于实施(多个)特定逻辑功能的一个或多个可
执行指令。在一些可替代的实施方式中,方框中标示的功能可以不按照图中标示的顺序发
生。例如,实际上,接连呈现的两个方框可以被基本同时执行,或者方框有时可以按照相反
的顺序来执行,这取决于所涉及到的功能性。也应注意的是,方框图和/或流程图的每个方
框以及方框图和/或流程图中的方框组合可以通过基于硬件的专用系统来实现,该基于硬
件的专用系统执行特定的功能或行为或实施专用硬件和计算机指令的组合。

在本文中使用的术语仅用于描述具体示例,而不旨在限制本发明的示例。如本文
中所用,单数形式“一”、“一个”和“该”也包括复数形式,除非上下文中清楚地表明例外情
况。进一步将理解的是,当在本说明书中使用时,术语“包含”和/或“包括”指明了存在所陈
述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件,但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整
数、步骤、操作、元素、部件和/或其群组。

随附权利要求书中的相应的结构、材料、行为和所有手段或步骤加功能元素的等
价物旨在包括用于执行该功能的任何结构、材料或行为与具体声明的其他要求保护元素的
结合。已经呈现本发明的描述以用于说明和描述,而并不旨在是穷举的或局限于所公开形
式的本发明的示例。在不脱离本发明的示例的范围和精神的前提下,很多修改和变型对本
领域普通技术人员来说是显而易见的。尽管本文已经说明和描述了具体示例,但本领域普
通技术人员应认识到被计算以实现相同目的的任何布置可以替换所示出的具体示例,并且
本发明的示例在其他环境下具有其他应用。本申请旨在覆盖本发明的任何改编和变型。权
利要求绝不是为了将本发明的示例范围局限于本文描述的具体示例。

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用于 层压 结构 传感器 系统
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