CN109983300B - 用于弯曲的表面的能焊接的应变传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于弯曲的面的能焊接的应变传感器，其带有下列特征：a.应变传感器（2），其带有两个端部区段，所述端部区段在信号技术上与用于传导测量信号的信号线路（3a、3b）联接，b.传感器支架（4），该传感器支架朝着应变传感器（2）的方向延伸并且与该应变传感器牢固地连接，并且c．由坚固的塑料制成的保护遮盖部（5），该保护遮盖部整体地包裹应变传感器（2）和信号线路（3a、3b）的端部区段并且与传感器支架（4）牢固地连接，其中，‑保护遮盖部（5）在应变传感器（2）的区域中构造成狭窄的和扁平的并且在信号线路（3a、3b）与应变传感器（2）的联接部位的区域中是在应变传感器（2）的区域中的至少两倍宽和至少两倍高，并且d.传感器支架（4）的端部区段具有狭槽（6），因而形成了舌形件（7），其中，舌形件端部对准彼此。

Description

用于弯曲的表面的能焊接的应变传感器
技术领域
本发明涉及一种能焊接的应变传感器并且特别是涉及一种适用于弯曲的面的能焊接的应变传感器。
背景技术
材料表面的应变可以例如利用固定在这些表面上的应变传感器测量。若表面被延展或镦锻，那么因此也会影响应变传感器，因而产生了测量信号。
能焊接的应变传感器由现有技术公知。为此示例性地提到了文献DE 2658324 C2、JP 2003090772 A、JP 4519703 B2和JP 5378778 B2。
在大多数情况下，使用所谓的应变测量片作为应变传感器，所述应变测量片借助于粘接剂固定。粘接剂可以良好地处理，但也具有在特定的环境条件下可能有缺陷的特性。这些不利的环境条件是强烈波动的或高的空气湿度和特别大的温差。为此还产生了下列问题：粘接剂仅可以在所谓的室温下最优地处理。当应变传感器例如应当固定在铁路桥的钢架上或天然气管路上时，那么当环境温度例如处在0℃以下时，原则上就无法实现这一点。原则上也无法实现加热测量部位，因为由此产生了由温度引起的材料延展，所述材料延展会使在该部位上的测量值非常强烈地失真。
应变测量片基本上由载体材料和应变传感器本身构成。应变传感器与载体材料牢固地连接。借助于粘接剂固定的载体材料大多是薄的并且因此是极为柔韧的塑料膜。能焊接的载体材料大多是钢板，其借助于点焊连接固定在有待研究的表面上。
在能粘接的应变测量片和能焊接的应变传感器之间的一个重要区别是在所谓的应用中的工作步骤的数量。应变传感器的应用必须由专业人员进行，因为单个不正确实施的工作步骤可能导致测量部位短期或中期的失效。很难够到的测量部位、诸如在铁路桥上或天然气管路上的测量部位，因此在维修测量部位时需要巨大的耗费。公知的是，误差概率也随应用步骤的数量上升。当例如针对一个应用需要10个工作步骤时并且这些工作步骤中的仅一个工作步骤没有根据规定执行时，就产生了有故障的应用，这就是说，有不允许的很高的测量误差或高的失效概率的测量部位。但当针对一个应用需要较少的工作步骤时，误差概率也因此下降。
在过去，应用部位大多还配设有所谓的保护遮盖部以防湿气和机械损伤。但这些保护遮盖部的安置又提高了应用步骤的数量并且因此也加大了不正确地实施应用步骤的概率。
发明内容
因此值得期望的是，提供一种有尽可能小的误差概率的固定技术。因为应变传感器在制造时就已经被封装，所以焊接本身就实现了小的耗费。但这种封装部在机械上是刚性的并且不能固定在弯曲的表面上。该问题的解决方案就是制造经封装的应变传感器，它们的封装部已经具有工件表面的半径，应变传感器应当焊接到所述工件表面上。不过这样就必须为工件表面的每个半径制造专用的应变传感器。因此这种技术无法在实践中得以贯彻。
为应变传感器提供有尽可能小的误差概率的、也能在弯曲的表面中使用的可靠的固定技术的任务，利用一种根据权利要求1所述的带有下列特征的能焊接的应变传感器得到解决：
a. 应变传感器，带有两个端部区段，所述端部区段与用于传导测量信号的信号线路在信号技术上联接，
b． 传感器支架，该传感器支架朝着应变传感器的方向延伸并且与该应变传感器牢固地连接，其中，传感器支架是能借助于点焊进行固定的金属板，
c． 由坚固的塑料制成的保护遮盖部，该保护遮盖部整体地包裹应变传感器和连接到信号线路上的接头并且与传感器支架牢固地连接。在传感器的区域中，所述保护遮盖部构造得这样狭窄和扁平，因此它在传感器支架固定在弯曲的表面上时不会折断。在信号线路的联接部位的区域中，这就是说，在信号线路与应变传感器连接的部位上，保护遮盖部是在传感器的区域中的至少两倍宽和至少两倍高。
d． 传感器支架的两个没有用坚固的塑料包围的端部区段，在两侧具有狭槽，因而构成了舌形件。成对布置的舌形件的端部对准彼此。
接下来阐释所述舌形件的功能：
遮盖部仅在传感器区域中构造成狭窄和扁平的以及因此柔韧的。因此可能的是，将传感器支架的该区段固定在管的弯曲的表面上，应当测量该表面的延展，而不会使该遮盖部在该部位上折断或者影响应变传感器并且由此使测量结果失真。在传感器区域中，遮盖部可以构造成狭窄和扁平的，因为应变传感器本身是薄的。在应变传感器的两个端部上则固定着相对厚的连接线路。为了使应变传感器的遮盖部也提供例如防雪和防冰的坚实的保护，将该遮盖部设计成由坚固的塑料制成。因此遮盖部在连接线路的区域中要比应变传感器的遮盖部体积庞大得多并且因此刚硬得多。强制性必需的是，传感器支架的这些刚硬的端部区段也被可靠地固定在弯曲的表面上，其中，应当需要尽可能少的附加的工作步骤。该任务借助于舌形件解决，因为当焊接点设置在舌形件端部的区域中时，舌形件弯曲直至表面。这些舌形件借助于焊接电极被压到弯曲的表面上并且通过点焊在舌形件端部上与该表面连接。因此在没有明显的附加耗费的情况下实现了可靠的固定，这就是说，仅需要设置一些附加的焊接点。
视对焊接连接的强度的要求而定并且根据表面形状，所述舌形件可以根据权利要求2至4中任一项所述而具有不同的大小和形状。
根据权利要求5，在传感器支架的两个端部区段中优选分别布置2至5个舌形配对件，其中，每个舌形配对件的舌形件端部彼此对置。这种对称的实施方式尤为适用于管。
在根据权利要求6的另一种构造方案中，舌形件不一样长，其中，舌形件长度朝着应变传感器的方向变小，并且在根据权利要求7的构造方案中，舌形件不一样宽，其中，舌形件宽度朝着应变传感器的方向增加。
这具有下列优点：用点焊设备完成焊接点的设置，点焊设备仅用手操作。焊接点仅设置在舌形件端部至舌形件中部的区域中，因此提供了由舌形件长度决定的尽可能大的弹簧行程。通过构造不一样长的或宽的舌形件，可以使弯曲的舌形件的弹簧力在尽管有不同的变形的情况下仍保持得近似一样大。
根据权利要求8，应变传感器是FBG应变传感器。本发明尤为适用于带有布拉格光栅的光学的应变传感器。
对技术人员而言明确的是，视由测量部位的地点决定的空间情况而定，传感器支架4可以具有不同的形状，舌形件的形状在传感器支架4内同样也可以是不同的。对本发明的技术教导的实践重要的是，舌形件始终被这样构造，使得遮盖部的刚硬的端部区段能固定在信号线路的区域中，而不需要在焊接时不允许的高的压紧力。
附图说明
接下来借助于示意性附图详细阐释本发明：
图1在透视图中示出了能焊接的应变传感器；
图2a-2c示出了带有焊接点的应变传感器的俯视图；
图3在透视图中示出了部分焊接在管上的应变传感器；
图4示出了根据图3的部分焊接在管上的应变传感器的前视图；
图5a在透视图中示出了完全焊接在管上的应变传感器；
图5b在放大的视图中示出了不同地偏转的并且固定在管上的舌形件；
图6示出了不同长度的舌形件；
图7示出了不同宽度的舌形件。
附图标记列表
1 能焊接的应变传感器
2 FBG应变传感器
3a、3b 信号线路
4 传感器支架
5 保护遮盖部
6 狭槽
7 舌形件
8 焊接点。
具体实施方式
图1在透视图中示出了能焊接在弯曲的面上的应变传感器1。FBG应变传感器2（隐藏）在其两个端部区段上与用于传导测量信号的信号线路3a、3b机械牢固地连接并且在信号技术上联接。FBG应变传感器2粘接在用钢板制成的传感器支架4上。钢板在本实施例中具有0.1mm的厚度和884N/mm2的抗拉强度。
FBG应变传感器2和联接在该FBG应变传感器上的信号线路3a、3b完全用由坚固的塑料制成的保护遮盖部5遮盖。在本实施例中使用环氧树脂，因为环氧树脂特别坚固和耐老化。保护遮盖部5与传感器支架4牢固地连接。在FBG传感器2的区域中，保护遮盖部5构造成狭窄的和扁平的，因此该保护遮盖部在一定程度上和薄的钢板4一样柔韧。保护遮盖部5的宽度在本实施例中在FBG应变传感器2的区域中为2mm并且厚度为0.5mm。因此使得在将传感器支架4焊接在弯曲的表面上时相对硬的保护遮盖部5不会断裂。传感器支架4在该区域中同样也构造得比在其端部区段上更为狭窄。在本实施例中，传感器支架的端部区段的宽度为23mm并且在所述端部区段之间的区段宽为11mm。
在联接部位的区域中，即在信号线路3a、3b与FBG传感器2的端部区段机械地并且在信号技术上连接的地方，保护遮盖部5是在应变传感器2的区域中的至少两倍宽和至少三倍高。在本实施例中，保护遮盖部5在这些区域中宽10mm、长18mm和高5mm。
传感器支架4的端部区段的自由的面具有狭槽6，因而形成了舌形件7，舌形件的端部彼此对置。
图2a-2c示出了应变传感器的俯视图和在设置焊接点8时的顺序。图2a和2b示出，焊接点8从传感器中部起开始向外设置。紧接着焊接舌形件7，这同样从内向外进行。
图3在透视图中示出了根据图2b所示部分焊接在管上的应变传感器2。舌形件7尚未被焊接。
由图4可知，端部区段3a、3b的厚的并且因此极为刚硬的遮盖部并不跟随（folgen）管曲率。
图5a示出了完全焊接好的应变传感器1。图5b在放大视图中示出了舌形件7的功能。可以看到，舌形件7在其固定在管表面上后不同程度地偏转。
所述舌形件因此使得能在唯一一个工序内固定整个应变传感器。因此为了紧固应变传感器1的厚的和刚硬的端部区段，不需要单独的固定技术。因为由环氧树脂类制成的用于进行遮盖的塑料极为耐受不同的天气影响，所以省去应变传感器的附加的遮盖部，由此同样减少了应用步骤的数量。
图6示出了不同长度的舌形件7，其中，最长的舌形件处在传感器端部上，因为在那里与管表面的间距最大。
图7示出了不同宽度的舌形件7，其中，最窄的舌形件处在传感器端部上，因为在那里与管表面的间距最大并且变形力由于狭窄的舌形件而能保持得小。
通过传感器支架的每个端部区段中的长度不同的或宽度不同的舌形件可以将用于进行点焊所需的压紧力保持得近乎恒定。

Claims (8)

1.能焊接的应变传感器（1），其带有下列特征：
a. 应变传感器（2），该应变传感器带有两个端部区段，所述端部区段在信号技术上与用于传导测量信号的信号线路（3a、3b）联接，
b. 传感器支架（4），该传感器支架朝着所述应变传感器（2）的方向延伸并且与该应变传感器牢固地连接，并且
c．由坚固的塑料制成的保护遮盖部（5），该保护遮盖部整体地包裹所述应变传感器（2）和所述信号线路（3a、3b）的端部区段并且与所述传感器支架（4）牢固地连接，其中，
- 所述保护遮盖部（5）在所述应变传感器（2）的区域中构造成狭窄的和扁平的并且在所述信号线路（3a、3b）与所述应变传感器（2）的联接部位的区域中是在所述应变传感器（2）的区域中的至少两倍宽和至少两倍高，并且
d. 所述传感器支架（4）的端部区段具有狭槽（6），因而形成了舌形件（7），其中，该舌形件端部对准彼此。
2.根据权利要求1所述的能焊接的应变传感器，其中，所述舌形件（7）构造成梯形。
3.根据权利要求1所述的能焊接的应变传感器，其中，所述舌形件（7）构造成矩形。
4.根据权利要求1所述的能焊接的应变传感器，其中，所述舌形件（7）构造成半圆形。
5.根据权利要求1所述的能焊接的应变传感器，其中，在所述传感器支架（4）的两个端部区段的每一个端部区段中，在两侧构造有2至5个舌形件（7），所述舌形件成对地彼此对置。
6.根据权利要求5所述的能焊接的应变传感器，其中，所述舌形件（7）不一样长并且舌形件长度朝着所述应变传感器的方向变小。
7.根据权利要求5所述的能焊接的应变传感器，其中，所述舌形件（7）不一样宽并且舌形件宽度朝着所述应变传感器的方向增加。
8.根据权利要求1所述的能焊接的应变传感器，其中，所述应变传感器（2）是带有布拉格光栅的玻璃纤维或塑料纤维。
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