CN101363791A - 无线腐蚀传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线腐蚀传感器。一种无线腐蚀检测器包括表面声波(SAW)传感器标签。该SAW传感器标签具有输出端口。至少一个电阻性(ER)腐蚀传感器耦合于该输出端口。

Description

无线腐蚀传感器
技术领域
本发明涉及传感器，更特别地，涉及腐蚀的无线检测和监控。
背景技术
腐蚀对于象航空航天结构件这样的表面来说是个严重的问题。尽管倾向于复合材料交通工具，但是在传统和下一代的空运交通工具中，仍然有许多金属—金属和金属—复合材料界面。大量的空运顾客表示需要简单、轻便、便宜的能检测这些界面的腐蚀的腐蚀传感器。他们的目标是在损坏扩大之前以可以检测腐蚀损坏的低成本检验协议来检测腐蚀。往往是，当修复(mitigation)成本很高时他们才发现损坏。如果损坏被尽早检测，这种开支是本可以被避免的。
不幸的是，腐蚀可能发生在难以触及的地方，这使得传统的人工非破坏性检验耗时且困难。一种可选方法是设计可以在交通工具制造期间或之后安装的传感器，该传感器可以用于在结构层的界面区和其它腐蚀起始点之间的紧固件位置监控界面情况。对于用在难以触及的位置来说，无电池、无线的操作会使得任何有潜质的传感器非常有吸引力。
发明内容
在一个仅仅作为例子的实施例中，无线腐蚀检测器包括表面声波(SAW)传感器标签(sensor tag)，该传感器标签主要包括SAW滤波器、连接到输入端口的天线和至少一个耦合于输出端口的电阻性(ER)传感器组成。
在另一个也仅仅作为例子的实施例中，无线腐蚀***包括处理器。收发机装置耦合于处理器。腐蚀检测器包括至少一个耦合于表面声波(SAW)传感器标签的输出端口的电阻性(ER)传感器。由收发机产生的射频(RF)信号询问SAW传感器标签。SAW传感器标签转播引入了幅度变化和延迟的响应RF信号。该响应RF信号由收发机接收，并由处理器解释为腐蚀行为。
在另外的也仅仅作为例子的实施例中，检测腐蚀的方法包括将腐蚀检测器固定到遭受腐蚀的表面。腐蚀检测器包括至少一个耦合于表面声波(SAW)传感器标签的输出端口的电阻性(ER)传感器。通过射频信号(RF)询问腐蚀检测器。接收引入了幅度变化和延迟的响应RF信号。将引入在响应RF信号中的幅度变化和延迟解释为对腐蚀行为的测量，该腐蚀行为在传感器附近发生，并且由该传感器见证。
附图说明
图1示出示例性无线腐蚀检测器；
图2示出示例性腐蚀检测***的方框图；以及
图3示出集成在遭受腐蚀的材料层之间的无线腐蚀检测器。
具体实施方式
以下的详细描述实质上仅仅是示例性的，并且不是为了限定本发明或本申请以及本发明的使用。此外，不受任何前述背景技术或以下详细描述中提出的原理所束缚。
要求保护的主题利用了两种新兴技术，当它们被结合时提供一种便宜、无电池以及无线的传感器，用于检测在难以触及的地方中存在的腐蚀。在具有动力和接有电线的配置中，可以将电阻性(ER)传感器用于腐蚀的监控。这种ER传感器可以包括用于直升飞机变速器紧固件的智能洗涤器，和见证交通工具经历的环境负载的、暴露于大气的ER传感器。基于表面声波(SAW)的传感器标签包括在输入端口带有天线并在其输出端口的阻抗变化传感器的SAW滤波器。滤波器声阻抗的变化引起接收到的询问RF波的反射比的变化。
在一种实现方式中，其中ER传感器与这种SAW传感器标签相结合，SAW滤波器的声波和重新发射的RF信号的反射比与相应的连接于SAW滤波器输出端口的ER传感器的阻抗成比例。通过将这种ER传感器与SAW标签相结合，可以在没有电池功率或有线连接的情况下测量腐蚀监控传感器的阻抗。适当的封装可以允许这种传感器解决方案监控分层界面处、紧固件处的腐蚀或者作为环境见证。
这种实现方式可以通过在基于SAW的传感器标签的输出端口结合一个或几个电阻性传感器来实现。对于电阻性(ER)传感器来说，可以预见多种形状因子。为了监控多重金属层之间的界面处或金属—复合材料界面处的腐蚀，电阻性传感器可以由使用多层挠曲电路设计的SAW“收发机”标签制造，或者连接于该SAW“收发机”标签。这种薄的“智能洗涤器”可以在装配期间安装，并且埋在遭受腐蚀的结构的各层之间，其中SAW传感器标签显现在互搭接头的或类似连接结构的紧密接合边缘。
可以以各种并联和串联的拓扑结构的组合将单个SAW传感器标签有线连接于一组ER传感器。连接于多个ER传感器的每个SAW传感器标签都能够监控结构区的腐蚀。通过改变由SAW标签服务的ER传感器的数量，或者通过使用更复杂的SAW标签设计，该设计能够基于附加的通信复杂性在输出端口传感器之间进行区分，可以调节腐蚀检测的位置特性的程度。
安装之后，通过与正被监测结构未被腐蚀的或相对未被腐蚀的部分接触的ER传感器的电阻的变化，感测存在的腐蚀。ER传感器的电阻由于腐蚀产品的存在或由于因腐蚀行为在牺牲保护涂层中造成的损坏而改变。
SAW滤波器为将电能转换为声能的带通、选频装置。当SAW滤波器被适当的RF信号询问时，将RF能量转换为弹性波，该弹性波行向下游历SAW滤波器，并经历传输时间延迟。当转换的超声波信号到达SAW延迟线的末端时，其由输出端口负载反射，并且向上游历回延迟线，以便由连接于SAW标签的输入端口的天线重新发送。可以将ER传感器阻抗的变化看作是转播的RF信号中的幅度变化和延迟。可以将使用相同的SAW-ER传感器封装中的虚拟负载的参考RF反射用于校准幅度响应，以便去除信号幅度变化的共享源。
转向图1，示出示例性腐蚀检测器10。检测器10包括基于SAW的传感器标签12，该传感器标签具有分别通过导体16和20连接到输入端口的天线14和地22。输入叉指式变换器(IDT)结构18也连接于导体16和20。通过结构18将RF电信号转换为弹性波，并且弹性波行向下游历SAW滤波器。这由箭头24表示。当弹性波包到达输出叉指式变换器结构26时，弹性波在输出端口逆向转换为电信号。输出IDT经由耦合于输出端口点28和30的导体36和38而耦合于ER传感器34。电阻负载32如图所示在点30耦合于输出端口。
此外，如前所述，随着弹性波到达输出IDT26的末端，其被输出端口负载(包括传感器34)反射，并沿着SAW滤波器12反向游历到天线14，在该处被重新发送。可以将ER传感器34阻抗变化看作是转播的RF信号中的幅度变化和延迟。
转向图2，示出示例性腐蚀检测***。***40包括耦合于具有收发机装置的询问单元44的控制器/处理器42。收发机装置广播适当的RF询问信号46，该RF询问信号由腐蚀检测器10中的天线14接收。这里，如前所述，将RF信号46转换为声能，该声能游历SAW传感器12的长度，引入反映腐蚀传感器34的阻抗的幅度变化和延迟。然后将能量再转换为RF响应信号48，该RF响应信号由天线14广播给询问单元44。
幅度和延迟的变化可以由控制器/处理器解释为在传感器附近已经出现腐蚀的证据。此外，例如，可以将使用相同的SAW-ER传感器封装中的虚拟负载但是经历ER传感器响应的不同的时间延迟的参考RF反射用于校准幅度响应，去除信号幅度变化的共享源。
可以串联耦合一组ER腐蚀传感器34(未示出)，然后与SAW传感器12并联耦合。在这种情形下，可以选择性地将ER传感器34放置在期望被监控的区域。此外，可以将不同的ER传感器34放置在各种不同的材料层中，其中挠曲电路元件(未示出)将ER传感器34互相连接，或者将它们连接到SAW传感器12。如本领域技术的人员理解的，可以以多种形状因子实现ER传感器34的多种配置，以便适合于特定的应用。
图3示出在材料在遭受腐蚀的层52和54之间的腐蚀检测器的示例性定位50。在描述的例子中，将腐蚀检测器10(包括SAW传感器12和至少一个腐蚀传感器34)布置在层52和54之间。在描述的实施例中，检测器10的一部分保持暴露，以便接收和转换适当的RF信号。例如，暴露部分可以包括SAW传感器标签12，而掩埋部分可以包括一个或多个腐蚀传感器34。此外，本领域技术人员可以理解，可以实现各种配置以形成有效的腐蚀监控***。
虽然已经参照优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以用等价物替换其元件。此外，根据本发明的教导，在不脱离其本质范围的情况下，可以进行许多修改以适应特殊的情况或材料。因此，本发明不限于作为预期实现本发明的最佳方式公开的特定实施例。

Claims (10)

1、一种无线腐蚀检测器(10)，包括：
具有输出端口(28，30)的表面声波(SAW)传感器标签(12)；和
耦合于所述输出端口(28，30)的至少一个电阻性(ER)传感器(34)。
2、如权利要求1所述的装置，其中，所述SAW传感器标签(12)和ER传感器(34)集成在遭受腐蚀的材料层之间。
3、如权利要求2所述的装置，其中，所述SAW传感器标签(12)的暴露部分从所述材料层延伸。
4、如权利要求1所述的装置，进一步包括与该至少一个ER传感器(34)串联耦合的附加的ER传感器。
5、一种无线腐蚀***(40)，包括：
处理器(42)；
耦合于所述处理器的收发机装置(44)；和
包括至少一个耦合于表面声波(SAW)传感器标签(12)的输出端口(28，30)的电阻性(ER)传感器(34)的腐蚀检测器(10)，其中：
通过由所述收发机(44)产生的射频(RF)信号询问所述SAW传感器标签(12)，
所述SAW传感器标签(12)转播引入了幅度变化和延迟的响应RF信号，和
所述响应RF信号由收发机(44)接收，并由处理器(42)解释为腐蚀行为。
6、如权利要求5所述的***，其中，所述SAW传感器标签(12)和ER传感器(34)集成在遭受腐蚀的材料层之间。
7、如权利要求6所述的***，其中，所述SAW传感器标签(12)的暴露部分从所述材料层延伸。
8、一种检测腐蚀的方法，包括：
将腐蚀检测器(10)固定到遭受腐蚀的表面，其中，所述腐蚀检测器包括至少一个耦合于表面声波(SAW)传感器标签(12)的输出端口(28，30)的电阻性(ER)传感器(34)；
通过射频信号(RF)询问所述腐蚀检测器(10)；
接收引入了幅度变化和延迟的响应RF信号；
将引入在所述响应RF信号中的幅度变化和延迟解释为腐蚀行为。
9、如权利要求15所述的方法，其中，固定所述腐蚀检测器进一步包括将所述腐蚀检测器(10)定位在遭受腐蚀的材料层之间。
10、如权利要求16所述的方法，其中，将所述腐蚀检测器(10)定位在材料层之间进一步包括定位所述腐蚀检测器的暴露部分以便从所述材料层延伸。
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Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090211