專利名稱：無線腐蝕傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器，更特別地，涉及腐蝕的無線檢測和監(jiān)控。
背景技術(shù)：
腐,于象航空航天結(jié)構(gòu)件這樣的表面來說是個(gè)嚴(yán)重的問題。盡管傾向于 復(fù)合材料頓工具，但是在傳統(tǒng)和下一代的空運(yùn)交通工具中，仍然有許多金屬 —金屬和金屬—復(fù)合材料界面。大量的空運(yùn)顧客標(biāo)需要簡單、輕便、便宜的 育巨檢測這些界面的腐蝕的腐蝕傳感器。他們的目標(biāo)是在損壞擴(kuò)大之前以可以檢
測腐蝕損壞的低成本檢驗(yàn)協(xié)iX^檢測腐蝕。往往是，當(dāng)修復(fù)(mitigation)成本 很高時(shí)他們才發(fā)現(xiàn)損壞。如果損壞被^檢測，這種開支是本可以被避免的。
不幸的是，腐蝕可能發(fā)生在難以觸及的地方，這使##統(tǒng)的人工非破壞性 檢驗(yàn)耗時(shí)且困難。 一種可選方法是設(shè)計(jì)可以在CTX具制造期間或之后安裝的 傳感器，該傳感器可以用于在結(jié)構(gòu)層的界面區(qū)和其它腐t蟲起始點(diǎn)之間的緊固件 位置監(jiān)控界面情況。對(duì)于用在難以觸及的位置來說，無電池、無線的操作會(huì)使 衞對(duì)可有潛質(zhì)的傳感器非常有吸弓l力。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)僅僅作為例子的實(shí)施例中，無線腐蝕檢測器包括表面聲波(SAW) 傳麟標(biāo)簽(sensor tag),該傳繊標(biāo)簽主要包括SAW濾波器、連接到輸A^ 口的天線和至少一,禹合于輸出端口的電阻性(ER)傳,組成。
在另一個(gè)也僅僅作為例子的實(shí)施例中，無線腐蝕系統(tǒng)包括處理器。收發(fā)機(jī) 裝置耦合于處理器。腐蝕檢測器包括至少一,禹M表面聲波(SAW)傳皿 標(biāo)簽的輸出端口的電阻性(ER)傳麟。由收發(fā)機(jī)產(chǎn)生的射頻(RF)信號(hào)詢問 SAW傳ii^標(biāo)簽。SAW傳,標(biāo)簽轉(zhuǎn)播引入了幅度變化和延別勺響應(yīng)RF信號(hào)。 該響應(yīng)RF信號(hào)由收發(fā)機(jī)接收，并由處理器解釋為腐蝕行為。
在另外的也僅僅作為例子的實(shí)施例中，檢測腐蝕的方法包括將腐蝕檢測器 固定到遭受腐蝕的表面。腐蝕檢測器包括至少一,禹合于表面聲波(SAW)傳 S^標(biāo)簽的輸出端口的電阻性(ER)傳感器。ffiil射頻信號(hào)(RF)詢問腐蝕檢
測器。接收弓I入了幅度變化和延遲的響應(yīng)RF信號(hào)。將引入在響應(yīng)RF信號(hào)中的
幅度變化和延遲解釋為對(duì)腐蝕行為的測量，該腐蝕行為在傳感器附近發(fā)生，并 且由該傳s^見證。


圖1示出示例性無線腐蝕檢測器； 圖2示出示例性腐蝕檢測系統(tǒng)的方框亂以及 圖3示出集鵬遭魏蝕的材料層之間的無線腐蝕檢測器。
具體實(shí)施例方式
以下的詳細(xì)描述實(shí)質(zhì)上僅僅^例性的，并且不是為了限定本發(fā)明或本申 請(qǐng)以及本發(fā)明的使用。此外，不受任何前述背景技術(shù)或以下詳細(xì)描述中提出的 原理所束縛。
要求保護(hù)的主題利用了兩種新興技術(shù)，當(dāng)它們被結(jié)合時(shí)提供一種便宜、無 電池以及無線的傳感器，用于檢測在難以觸及的地方中存在的腐蝕。在具有動(dòng) 力和接有電線的配置中，可以將電阻性(ER)傳麟用于腐蝕的監(jiān)控。這種ER 傳感器可以包括用于，飛機(jī)變速器緊固件的智能洗滌器，和見證交通工具經(jīng) 歷的環(huán)境負(fù)載的、暴露于大氣的ER傳感器?；诒砻媛暡?SAW)的傳感器 標(biāo)簽包括在輸入端口帶有天線并在其輸出端口的阻抗變化傳感器的SAW濾波 器。濾波器聲阻抗的變化弓胞接收到的詢問RF波的反射比的變化。
在一禾中實(shí)現(xiàn)方式中，其中ER傳麟與這種SAW傳感器標(biāo)簽相結(jié)合，SAW 濾波器的聲波和重新Mt的RF信號(hào)的RM比與相應(yīng)的連接于SAW濾波器輸出 端口的ER傳繊的阻抗成比例。艦將這種ER傳感器與SAW豐礎(chǔ)相結(jié)合，
可以在沒有電池功率或有線連接的情況下測量腐M控傳感器的阻抗。適當(dāng)?shù)?封裝可以允許這種傳感器解決方案監(jiān)控分層界面處、緊固件處的腐蝕或者作為 環(huán)境見證。
這種實(shí)現(xiàn)方式可以通過在基于SAW的傳感器標(biāo)簽的輸出端口結(jié)合一個(gè)或 幾個(gè)電阻性傳^l來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于電阻性(ER)傳lg^來說，可以預(yù)見多種開沐 因子。為了監(jiān)控多重金屬層之間的界面處或金屬一復(fù)合材料界面處的腐蝕，電 阻性傳感器可以由4頓多層撓曲電路設(shè)計(jì)的SAW "收發(fā)機(jī)"標(biāo)簽制造，或者連 接于該SAW "收發(fā)機(jī)"標(biāo)簽。這種薄的"智能洗滌器"可以在裝配期間安裝， 并且埋在遭受腐蝕的結(jié)構(gòu)的各層之間，其中SAW傳感器標(biāo)簽顯現(xiàn)在互搭接頭的
或類似連接結(jié)構(gòu)的緊密接合邊緣。
可以以各種并聯(lián)和串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組合將單個(gè)SAW傳感tl標(biāo)簽有線連
接于一組ER傳感器。連接于多個(gè)ER傳感器的齡SAW傳感器標(biāo)簽都能夠監(jiān) 控結(jié)構(gòu)區(qū)的腐蝕。通過改變由SAW標(biāo)簽服務(wù)的ER傳感器的數(shù)量，或者通過使 用更復(fù)雜的SAW標(biāo)簽設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)會(huì),基于附加的通信復(fù)雜性在輸出端口傳感 器之間進(jìn)行區(qū)分，可以調(diào)節(jié)腐蝕檢測的位置特性的程度。
安裝之后，通過與正被監(jiān)測結(jié)構(gòu)未被腐蝕的或相對(duì)未被腐蝕的部分接觸的 ER傳皿的電阻的變化，感測存在的腐蝕。ER傳感器的電阻由于腐蝕產(chǎn)品的 存在或由于因腐蝕行為在犧牲保護(hù)涂層中造成的損壞而改變。
SAW濾波器為將電能轉(zhuǎn)換為聲能的帶通、選頻裝置。當(dāng)SAW濾波器被適 當(dāng)?shù)腞F信號(hào)詢問時(shí)，將RF能量轉(zhuǎn)換為彈性波，該彈性波行向下游歷SAW濾 波器，并經(jīng)歷傳輸時(shí)間延遲。當(dāng)轉(zhuǎn)換的超聲波信號(hào)到達(dá)SAW鵬線的末端時(shí)， 其由輸出端口負(fù)載RI寸，并且向上游歷回延遲線，以便由連接于SAW標(biāo)簽的輸 A^j口的天線重新發(fā)送?？梢詫R傳麟阻抗的變化看作是轉(zhuǎn)播的RF信號(hào)中 的幅度變化和延遲。可以將使用相同的SAW-ER傳感器封裝中的虛擬負(fù)載的參 考RF反射用于校準(zhǔn)幅度響應(yīng)，以便去除信號(hào)幅度變化的共報(bào)。
轉(zhuǎn)向圖1 ，示出示例性腐蝕檢測器10。檢測器10包括基于SAW的傳SII 標(biāo)簽12，該傳繊標(biāo)簽具有分別ffil導(dǎo)體16和20連接至訴俞入端口的天線14 和地22。輸入叉指^i^換器(IDT)結(jié)構(gòu)18也連接于導(dǎo)體16和20。 M3i結(jié)構(gòu) 18將RF電信號(hào)轉(zhuǎn)換為彈性波，并且彈性波行向下游歷SAW濾波器。這由箭頭 24表示。當(dāng)彈性波包到達(dá)輸出叉指式變換器結(jié)構(gòu)26時(shí)，彈性波在輸出端口逆向 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。輸出IDT經(jīng)由耦合于輸出端口點(diǎn)28和30的導(dǎo)體36和38而耦 M ER傳感器34。電阻負(fù)載32如圖所示在點(diǎn)30耦合于輸出端口 。
此外，如前所述，隨著彈性波至l腿輸出IDT 26的末端，其被輸出端口負(fù)載 (包括傳 34)反射，并沿著SAW濾波器12反向游歷至lJ天線14，在該處被 重新發(fā)送?？梢詫R傳麟34阻抗變化看作是轉(zhuǎn)播的RF信號(hào)中的幅度變化 和延遲。
轉(zhuǎn)向圖2，示出示例性腐蝕檢觀孫統(tǒng)。系統(tǒng)40包括耦合于具有收發(fā)機(jī)驢 的詢問單元44的控制器/處理器42。收發(fā)機(jī)裝置廣播適當(dāng)?shù)腞F詢問信號(hào)46， 該RF詢問信號(hào)由腐蝕檢測器10中的天線14接收。這里，如前所述，將RF信
號(hào)46轉(zhuǎn)換為聲能，該聲能游歷SAW傳感器12的長度，引入反映腐蝕傳感器 34的阻抗的幅度變化和延遲。然后將能量再轉(zhuǎn)換為RF響應(yīng)信號(hào)48，該RF響 應(yīng)信號(hào)由天線14廣播給詢問單元44 。
幅度和延遲的變化可以由控制器/處理器解釋為在傳感器附近已經(jīng)出現(xiàn)腐 蝕的證據(jù)。此外，例如，可以將使用相同的SAW-ER傳感器封裝中的虛擬負(fù)載 但是經(jīng)歷ER傳感器響應(yīng)的不同的時(shí)間延遲的參考RF反射用于^ l幅度響應(yīng)， 去除信號(hào)幅度變化的共 。
可以串聯(lián)耦合一組ER腐蝕傳,34 (未示出)，然后與SAW傳,12 并聯(lián)耦合。在這種情形下，可以選擇性地將ER傳感器34想遣在期望lffi控的 區(qū)域。此外，可以將不同的ER傳麟34方爐在各種不同的材料層中，其中撓 曲電路元件(未示出)將ER傳感器34互相連接，或者將它們連接到SAW傳 麟12。如本領(lǐng)域技術(shù)的人員理解的，可以以多種開鄰因子實(shí)現(xiàn)ER傳繊34 的多種配置，以便適合于特定的應(yīng)用。
圖3示出在材料頓受腐蝕的層52和54之間的腐蝕檢測器的示例性定位 50。在描述的例子中，將腐蝕檢測器IO (包括SAW傳感器12和至少一個(gè)腐蝕 傳繊34)布置在層52和54之間。在描述的實(shí)施例中，檢測器10的一部分保 持暴露，以便接收和轉(zhuǎn)換適當(dāng)?shù)腞F信號(hào)。例如，暴露部分可以包括SAW傳感 器標(biāo)簽12，而掩埋部分可以包括一個(gè)或多個(gè)腐蝕傳感器34。此外，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以理解，可以實(shí)現(xiàn)各種配置以形成有效的腐 控系統(tǒng)。
雖然己經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)1亍各種改變，并且可以用等價(jià)物替換 其元件。此外，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在不脫離其本質(zhì)范圍的情況下，可以進(jìn)行 許多修改以適應(yīng)特殊的情況或材料。因此，本發(fā)明不限于作為預(yù)期實(shí)現(xiàn)本發(fā)明 的最佳方式公開的特定實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種無線腐蝕檢測器(10)，包括具有輸出端口(28，30)的表面聲波(SAW)傳感器標(biāo)簽(12)；和耦合于所述輸出端口(28，30)的至少一個(gè)電阻性(ER)傳感器(34)。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述SAW傳感器標(biāo)簽(12)和ER 傳感器(34)集jteil^ii蝕的材料層之間。
3、 如權(quán)利要求2所述的驢，其中，所述SAW傳感器標(biāo)簽(12)的暴露 部分緒述材料層延伸。
4、 如權(quán)利要求1所述的^S，進(jìn)一步包括與該至少一個(gè)ER傳皿(34) 串聯(lián)耦合的附加的ER傳皿。
5、 一種無線腐蝕系統(tǒng)(40)，包括 處理器(42);耦M所述處理器的收發(fā)機(jī)^S (44);禾口包括至少一W禺合于表面聲波(SAW)傳感器標(biāo)簽(12)的輸出端口 (28， 30)的電阻性(ER)傳麟(34)的腐蝕檢測器(10)，其中ffl31由所述收發(fā)機(jī)(44)產(chǎn)生的射頻(RF)信號(hào)詢問所述SAW傳繊標(biāo) 簽(12)，所述SAW傳jg^標(biāo)簽(12)轉(zhuǎn)播引入了幅度變化和g的響應(yīng)RF信號(hào)，禾口所述響應(yīng)RF信號(hào)由收發(fā)機(jī)(44)接收，并由 器(42)解釋為腐蝕行為。
6、 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述SAW傳感器標(biāo)簽(12)和ER 傳 (34)集自遭受腐t蟲的材料層之間。
7、 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述SAW傳感器標(biāo)簽(12)的暴露 部分服述材料層延伸。
8、 一種檢測腐蝕的方法，包括將腐蝕檢測器(10)固定到遭受腐蝕的表面，其中，所述腐蝕檢測器包括 至少一個(gè)耦合于表面聲波(SAW)傳 標(biāo)簽(12)的輸出端口 (28， 30)的 電阻性(ER)傳感器(34); ffiW頻信號(hào)(RF)詢問所述腐蝕檢測器(10); 接收弓l入了幅度變化和艦的響應(yīng)RF信號(hào)；將引入在所述響應(yīng)RF信號(hào)中的幅度變化和延遲解釋為腐蝕行為。
9、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，固定所述腐蝕檢測器進(jìn)一步包括將 所述腐蝕檢測器(10)定位在遭受腐蝕的材料層之間。
10、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，將所述腐蝕檢測器(10)定位在材 料層之間進(jìn)一步包括定位所述腐蝕檢測器的暴露部分以便從所述材料層延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線腐蝕傳感器。一種無線腐蝕檢測器包括表面聲波(SAW)傳感器標(biāo)簽。該SAW傳感器標(biāo)簽具有輸出端口。至少一個(gè)電阻性(ER)腐蝕傳感器耦合于該輸出端口。
文檔編號(hào)G01N17/04GK101363791SQ20081016110
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月6日
發(fā)明者G·A·戈頓 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國際公司