CN1195197C - 裂缝类型疲劳检测传感器及其制造方法和用其评估损坏的方法 - Google Patents

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Abstract

一种裂缝类型疲劳检测传感器，包括：具有第一表面和第二表面的金属薄片基板固定到待测构件上；和具有切口的金属破碎薄片，其中该切口形成在薄片的长度方向上相对的两个末端部分之间的中央区域中，使得切口在垂直于长度方向的宽度方向上从一侧部分向另一侧部分延伸；其中破碎薄片的两个相对的末端部分分别固定在基板的所述一个表面上，并且包括具有切口的中央区域的部分的厚度在整个宽度上小于相对的末端部分的厚度。

Description

裂缝类型疲劳检测传感器及其制造 方法和用其评估损坏的方法
技术领域
本发明涉及一种裂缝类型疲劳检测传感器，用于制造裂缝类型疲劳检测传感器的方法，和利用裂缝类型疲劳检测传感器评估损坏的方法，适合于实际用来测量由于诸如桥梁、机器、汽车和飞机等那样的结构组件的不同构件的疲劳引起的损坏。
背景技术
在已经公开的日本专利No.Sho.62-265558中公开了通常的现有技术。该现有技术公开了一种裂缝类型的疲劳检测传感器，其中带有引起疲劳的切口的破碎薄片固定到平板形状基板的表面上；一种用来制造裂缝类型的疲劳检测传感器的方法，其中带有切口的破碎薄片的相对的末端部分(在长度方向中)通过粘结剂粘贴于基板的表面上用于固定；和一种利用裂缝类型疲劳检测传感器评估损坏的方法，其中具有不同裂缝传播特性的两个裂缝类型的疲劳检测传感器固定到待测构件上，测量在相同的时间中各自裂缝传播的长度，并且评估由于待测部分的疲劳引起的、与这些裂缝传播的长度有关的在该期间内发生的损坏。
在已经公开的日本专利No.Hei.9-304240中公开了另一种现有技术。在该现有技术中，薄板形状的破碎薄片夹在两个合成树脂薄板之间，并且粘贴在破碎薄片除了带有切口的中央区域以外的部分中，其中该破碎薄片由与要被预测疲劳损坏的结构组件的材料相同的材料制成，并且在长度方向中的中央区域上具有一个切口。该测试片由与待测构件的材料相同的材料制成。制造该裂缝类型疲劳检测传感器，使得将一个构件切割成具有与破碎薄片的厚度相同厚度的多个小块，其中该构件具有一个位于其长度方向的中央区域上的圆孔，和在宽度方向上从圆孔朝向所有末端延伸的切口，并且这样形成的破碎薄片夹在两个合成树脂薄板之间，长度方向上的破碎薄片的相对的末端部分粘贴到薄板上。该现有技术还公开了一种利用裂缝类型疲劳检测传感器评估损坏的方法，其中裂缝类型疲劳检测传感器固定在远离应力集中部分(所谓的危险区域例如焊缝处)的位置上，并且在预先形成的待测构件的S-N(＝重复负荷循环的应力数量)图的基础上，评估待测构件的寿命。
在已经公开的日本专利No.Hei.10-185854中还公开了另一种现有技术。在该现有技术中，裂缝类型疲劳检测传感器固定到待测构件上，该传感器具有多个彼此相隔一定间距并且在垂直于待测构件上发生疲劳损坏的裂缝的方向上并联或串联放置的多个应变仪，电测量在该破碎薄片上发生的裂缝传播的长度值，并且在该测量值的基础上评估由于待测构件的疲劳引起的损坏。
在日本专利No.2952594中公开了另一种现有技术。在该现有技术中，带有切口的破碎薄片配备有应变仪或裂变仪，为了方便对在破碎薄片上发生的裂缝传播的长度的测量，通过在与从切口的锥形末端产生的裂缝传播的方向垂直的方向上安放多条彼此平行的电阻线得到上述应变仪或裂变仪，并且在测量到的长度的基础上评估由于疲劳引起的损坏。
在已经公开的日本专利No.Sho.62-265558中公开的现有技术中，由于上面没有残留拉应力的破碎薄片固定在基板上，在待测构件上发生的应变通过基板传递给破碎薄片，导致在破碎薄片的切口的锥形末端处发生裂缝，并且根据裂缝的长度，测量由于待测构件的疲劳引起的损坏。因此，破碎薄片需要足够大的拉应力来在切口的锥形末端处引起裂缝，并且检测不到待测构件的太小的不能引起任何裂缝的应变。结果，灵敏度低。
在已经公开的日本专利No.Sho.9-304240中公开的现有技术中，破碎薄片夹在两个合成树脂薄板之间，使得长度方向中的破碎薄片的相对的末端连接到这些板上，和其中一个薄板固定到待测构件上。因此，在待测构件上发生的应变通过薄板传递给破碎薄片。由于薄板吸收了一部分应变，待测构件上发生的应变不能可靠地传递给破碎薄片。结果，灵敏度低。该现有技术中的裂缝类型疲劳检测传感器具有较大的外形尺寸(70毫米长，20毫米宽和1.5毫米厚)。由于这个原因，该传感器不能固定到待测构件接近边缘末端的部分上，例如该构件的焊缝上。因此，测量损坏的位置是有限的。在这种情况下，非常可能无法实现目的。
在已经公开的日本专利No.Hei.10-185854中公开的现有技术中，没有对应于本发明中基板的元件，破碎薄片直接固定到待测构件上，通过例如应变仪或电阻线等电子装置电测量并且监测在破碎薄片上发生的裂缝传播的长度。破碎薄片具有固定的厚度和较大的外形尺寸(170毫米长，50毫米宽和0.5毫米厚)，并且能够测量的待测构件的疲劳损坏的位置非常有限。
在日本专利No.2952594中公开的现有技术中，尽管建议通过以下两个部分来改善从固定在待测构件上的传感器的切口处产生的裂缝的应变灵敏度，还是带来了成本和实际使用增加的问题。i)因为很难在只形成沟槽的情况中发生裂缝，反复承受负荷来使得疲劳裂缝发生并且它的尖端做得很尖细。另外，在残留在裂缝尖端处的压缩应力的影响下很难发生裂缝。因此，进行热处理(残余应力消除退火)来降低残余应力。这导致制造过程中繁重的劳动和高成本。ii)当传感器直接固定到待测构件上时，拉伸残余应力作用给传感器。这在实践中有时是不可能的并且它的管理非常困难。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种裂缝类型疲劳检测传感器，其具有紧密的结构并且能在具有改善的自由度选择的位置处测量，并且具有高灵敏度、高精度和高可靠性；一种制造该裂缝类型疲劳检测传感器的方法；和一种利用该裂缝类型疲劳检测传感器评估损坏的方法。
为了解决上面所述的问题，提供一种裂缝类型疲劳检测传感器，其中带有切口的金属破碎薄片固定到金属薄片基板的一个表面上，而待测构件固定到该基板的另一个表面上，用来在从切口传播的裂缝长度的基础上测量待测构件的疲劳损坏，其中该切口形成在薄片的长度方向上相对的两个末端之间的中央区域中，使得切口在垂直于长度方向的宽度方向上从一侧部分向另一侧部分延伸，其特征在于破碎薄片的两个相对的末端分别固定在基板的一个表面上，并且包括带有切口的中央区域的部分的厚度在整个宽度上小于相对的末端的厚度。
利用这种结构，将带有形成在位于相对的末端部分之间的中央区域中的切口的破碎薄片的两个相对的末端部分固定在金属薄片基板的所述一个表面上。该切口在垂直于长度方向的宽度方向上，在破碎薄片的中央区域从一侧部分向另一侧部分延伸。固定有破碎薄片的基板的第二表面固定到待测构件上。当待测构件的应变通过基板传递给破碎薄片时，裂缝从切口的尖端开始传播。在裂缝的长度的基础上，可以测量待测构件的疲劳损坏。
将破碎薄片构建成使得包括带有切口的中央区域的中间部分的厚度在整个宽度上小于相对的末端的厚度。因此，应变通过基板从待测构件传递给相对的两个末端部分，导致在切口的附近产生很大的应力，并且该很大的应力集中在切口的尖端处。由于通过待测构件的应变由此能产生集中在切口的尖端的大的应力，如果在待测构件上发生的应变很小，则在切口的尖端产生大的应力。因此，可以根据发生在破碎薄片上的裂缝的长度，高灵敏度、高精度和高可靠性地测量由待测构件的很小的应变引起的疲劳损坏。
最好是在检测传感器中，其上残留有拉应力的破碎薄片在两个相对的末端部分处固定到基板的所述一个表面上。
利用这种结构，由于拉应力残留在破碎薄片上，待测构件的很小的应变可以导致裂缝从切口的尖端传播。因此，可以进一步提高灵敏度。另外，通过设定破碎薄片的残留的拉应力具有预定的值或更大，可以改善精度。
最好是在检测传感器中，破碎薄片在两个相对的末端部分处直接连接到基板的所述一个表面上，或者通过粘接层在两个相对的末端部分处间接地连接到所述一个表面上。
利用这种结构，由于破碎薄片的两个相对的末端部分直接连接到基板的所述一个表面上，或者通过粘接层间接地连接到所述一个表面上，应变可以可靠地从基板传递给破碎薄片的相对的两个末端部分，并且拉应力可以集中地产生在破碎薄片的中央区域而没有受到分散，这便于裂缝的发生。
最好是在检测传感器中，破碎薄片设有一个装置，用来电测量在宽度方向中从切口的尖端部分向另一侧部分的区域中裂缝传播的长度，裂缝在该区域上发展。
利用这种结构，由于测量装置能够电测量破碎薄片的裂缝传播的长度，可以容易地进行与裂缝传播有关的数据采集和管理。疲劳检测传感器安放在待测构件上，连续地或在整个长的时间周期的过程在有规律的基础上间断地测量损坏。因此，可以容易地执行待测构件的疲劳损坏的测量操作。
最好是在检测传感器中，在破碎薄片中形成的切口具有尖端部分，其指向在宽度方向中是从一侧部分朝向另一侧部分的方向。
利用这种结构，由于切口的尖端指向在破碎薄片的宽度方向上从一侧部分朝向另一侧部分的方向，应力可以集中在切口的尖端部分的狭窄区域上。因此，可以便于裂缝的发生，并且可以进一步改善灵敏度。
最好是在检测传感器中，破碎薄片具有一个表面和另一个表面，并且在中间区域的一个表面与每个相对的末端部分的一个表面之间形成台阶面，使得所述切口垂直地设置在台阶面之间，  并且每个台阶面和中间区域的表面交叉的区域通过凸起的弯曲面在朝向破碎薄片的另一个表面的方向上连续。
利用这种结构，台阶面形成在中间区域的一个表面与每个相对的末端部分的一个表面之间，并且凸起的弯曲面在朝向破碎薄片的另一个表面的方向上形成在每个台阶面和中间区域的表面交叉的区域上。利用固定在待测构件上的基板的第二表面，在待测构件上发生的应变通过基板传递给破碎薄片的相对的两个末端部分，然后传递给中间区域中的切口的附近，使得裂缝从切口的尖端处发生。由于交叉区域具有弯曲面，从相对的两个末端部分向中间区域传递的应力在交叉区域上得到减轻，即最少量地集中在其上面。另外，避免在切口上发生裂缝之前在交叉区域上发生裂缝，并且由在交叉区域处的应力的扩散引起的集中在切口的尖端上的应力的降低最小化，来使得应力集中在切口的尖端处，从而便于裂缝的发生。结果，可以进一步提高灵敏度。
最好的方法是在检测传感器中，使用位于长度方向上的中间区域的长度L3与两个相对的末端部分之间的没有连接的区域的长度L4的比值L3/L4来调整灵敏度，使得随着L3/L4比值的减少而使灵敏度更高。
利用这种结构，通过相对于没有连接的区域的长度L4适当地调整中间区域的长度L3，来增大或减小比值L3/L4，可以随意地设定灵敏度。例如，当比值L3/L4减小时，灵敏度变得更高。因此，实现具有高精度和所希望的灵敏度的疲劳检测传感器。由于不需要特殊的处理可以调整中间区域的长度L3，可以很容易地制造具有所希望的灵敏度的疲劳检测传感器。
还提供一种用于制造裂缝类型疲劳检测传感器的方法，该方法的步骤包括通过电镀(plating)涂覆，形成带有切口的金属薄膜，该切口位于金属薄膜的长度方向上的两个相对的末端部分之间的中央区域中，切口在金属薄膜的宽度方向上从一侧部分向另一侧部分延伸；在利用抗蚀剂薄膜覆盖金属薄膜的第一表面的除了包括带有切口的中央区域的中间区域以外的区域和金属薄膜的第二表面之后，对中间区域进行曝光，通过蚀刻形成包括具有预定的减小厚度的中间区域的破碎薄片；并将破碎薄片的相对的两个末端部分连接到基板上。
利用这种方法，通过电镀，在位于两个相对的末端部分之间的中央区域上形成带有切口的金属薄膜，可以容易地形成具有同一厚度的金属薄片。对金属薄膜的除了覆盖有抗蚀剂薄膜的中间区域的表面以外的区域进行蚀刻，从而形成包括带有预定减小厚度的中间区域的破碎薄片。由于采用蚀刻来减小中间区域的厚度，各向同性地蚀刻该中间区域来得到相同的减小的厚度。因此，相对于切口对称地产生拉应力。结果，得到具有高可靠性的、裂缝在其上可靠地传播的疲劳检测传感器。
另外还提供一种用于制造裂缝类型疲劳检测传感器的方法，该方法包括步骤：形成带有切口的金属薄膜，该切口位于金属薄膜的长度方向上的两个相对的末端部分之间的中央区域中，切口在金属薄膜的宽度方向上从一侧部分向另一侧部分延伸；在利用抗蚀剂薄膜覆盖金属薄膜的第一表面的除了包括带有切口的中央区域的中间区域以外的区域和金属薄膜的第二表面之后，对中间区域进行曝光，通过蚀刻形成包括具有预定的减小厚度的中间区域的破碎薄片；并将破碎薄片的相对的两个末端部分连接到基板上，该基板具有在高于常温的预定的高温下，线性膨胀系数低于破碎薄片材料的线性膨胀系数的材料制成。
利用这种方法，具有位于中央区域中的切口和包括带有减小厚度的中间区域的破碎薄片连接到基板上，该基板由在高于常温的预定的高温下，具有低于长度方向上的相对的两个末端部分的破碎薄片的材料线性膨胀系数的材料制成。当破碎薄片和基板冷却到常温时，拉应力可以保留在破碎薄片上。由于拉应力残留在破碎薄片上，如果在待测构件上发生的应变很小，裂缝可以从切口的尖端发生并且可以高灵敏度地测量疲劳损坏。另外，由于通过电沉积形成金属薄片和蚀刻破碎薄片来得到带有减小厚度的中间区域，可以低成本地和大批量地容易地制造传感器。因此，本发明的传感器具有非常高的工业实用性。
在该方法中，最好是破碎薄片在相对的两个末端部分处直接连接到基板上，或者通过电阻焊接经过粘接层在相对的两个末端部分处间接地连接到基板上。
利用这种方法，由于破碎薄片在相对的两个末端部分处直接连接到基板上，或者通过粘接层在相对的两个末端部分处间接地连接到基板上，应变可以可靠地从基板传递给破碎薄片的相对的两个末端部分，并且拉应力可以集中地产生在破碎薄片的中央区域中，而没有扩散，这样便于裂缝的产生。
另外，在该方法中，最好是使用位于长度方向上的破碎薄片的中间区域的长度L3与长度方向上的两个相对的末端部分之间的没有连接的区域的长度L4的比值L3/L4来调整灵敏度，使得随着L3/L4比值的减少而使灵敏度更高。
利用这种方法，通过相对于没有连接的区域的长度L4适当地调整中间区域的长度L3，来增大或减小比值L3/L4，可以随意地设定灵敏度。例如，当比值L3/L4减小时，灵敏度变得更高。因此，实现具有高精度和所希望的灵敏度的疲劳检测传感器。由于不需要特殊的处理可以调整中间区域的长度L3，因此可以很容易地制造具有所希望的灵敏度的疲劳检测传感器。
另外还提供一种利用裂缝类型的疲劳检测传感器评估损坏的方法，此方法包括步骤：将上面所述的裂缝类型疲劳检测传感器固定到待测构件上；测量在预定的时间内裂缝传播的长度；并在裂缝传播的长度的基础上评估待测构件的损坏。
利用这种方法，通过使用高灵敏度和高精度的裂缝类型疲劳检测传感器可以测量裂缝传播的长度，在测量到的长度的基础上，评估待测构件的疲劳损坏。因此，可以检测到由最初阶段中的小应变引起的无凹陷的疲劳，并且以高灵敏度、高精度和高度可靠地在裂缝的长度的基础上，可以评估构件的疲劳损坏。
附图说明
从下面结合所附附图进行的描述中，本领域普通技术人员会清楚本发明的这些目的以及其它目的、特征和优点。
图1是根据本发明的一个实施例的裂缝类型疲劳检测传感器的剖视图；
图2是图1中的裂缝类型疲劳检测传感器的平面图；
图3示意性地显示了基板和破碎薄片通过电线连接在一起的状态；
图4是图2中的切口及其附近的放大视图；
图5是表示图1中的V截面的放大剖面图；
图6表示图1中的裂缝类型疲劳检测传感器固定到待测构件的焊缝附近的状态；
图7是根据本发明的另一个实施例的裂缝类型疲劳检测传感器的剖视图；
图8是图7中的裂缝类型疲劳检测传感器的平面图；
图9是作为待测构件的应变范围的一个例子当Δε＝500×10-6时，试样14、15的重复的负荷循环N的数量与裂缝传播长度a之间的关系的图表；
图10A-G是表示图9中的试样14在测量位置P1-P7的裂缝传播状态的视图；
图11A-E是表示图9中的试样15在测量位置Q1-Q5的裂缝传播状态的视图；
图12是根据利用图1中的裂缝类型疲劳检测传感器的一种测量方法评估疲劳损坏的程序的流程图；
图13表示通过图1中的裂缝类型疲劳检测传感器测量到的裂缝传播的长度a与相应的疲劳损坏Ds之间的关系；
图14表示图1中的裂缝类型疲劳检测传感器的S-N特征，是与待测构件的S-N特征有关的；和
图15表示评估待测构件的疲劳损坏，其与在图1中的裂缝类型疲劳检测传感器的裂缝传播的长度a的基础上计算的疲劳损坏Ds有关。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个实施例的裂缝类型疲劳检测传感器的剖视图，而图2是图1中的裂缝类型疲劳检测传感器的平面图。此后，还描述用于制造裂缝类型疲劳检测传感器1的方法，和利用裂缝类型疲劳检测传感器1评估疲劳损坏的方法。为了降低持久测试周期和成本，以及预测机器、构件等的服务年限并且延长它的寿命，通过非破坏性地检测待测构件的疲劳损坏来精确地预测寿命非常重要。为了测量寿命，即，疲劳损坏，使用该实施例中的裂缝类型疲劳检测传感器(下文中称为疲劳检测传感器)。
现在参照图1、2，显示了疲劳检测传感器1。在疲劳检测传感器1中，带有切口9的金属破碎薄片10固定到金属薄片基板2的表面(一个表面)3的相对的两个末端4、5上，基板2的一表面(另一个表面)11而固定到待测构件12(构件12)上，其中切口9形成在长度方向(图1、2中的右和左方向)上相对的两个末端部分4、5之间的中央区域6中，使得切口9在垂直于长度方向的宽度方向上从一侧部分8向另一侧部分7延伸。检测传感器1能够在从切口9传播的裂缝长度a的基础上测量构件12的疲劳损坏。
在疲劳检测传感器1中，包括其中形成有破碎薄片10的切口9的中央区域6的中间区域13在整个宽度上做成比相对的两个末端部分4、5薄。因此，从构件12传给相对的两个末端部分4、5的应变在中间区域13中引起较大的应力，并且如后面所提到的改善应变灵敏度和应力灵敏度。
基板2具有长度L1、宽度B1和厚度T1。在该实施例中，长度L1是13.0mm、宽度B1是6.0mm而厚度T1是0.05mm。破碎薄片10具有长度L2、宽度B2和厚度T2。在该实施例中，长度L2是12.0mm、宽度B2是5.0mm而厚度T2是0.1mm。破碎薄片10的中间区域13具有2.0mm的长度L3和0.02mm的厚度T3。基板2由因瓦镍铁合金或以镍-铁为基础的合金制成，并且最好是由因瓦镍铁合金制成。破碎薄片10由电镀金属制成，并且最好是由纯镍(Ni)制成。
通过在多个(在该实施例中是5个)连接部分14和多个(在该实施例中是5个)连接部分15和多个(在该实施例中是3个)连接部分16和多个(在该实施例中是3个)连接部分17处的电阻焊。使破碎薄片10的相对的两个末端部分4、5直接连接到基板2的表面3上，其中连接部分16、17分别处于在长度方向上连接部分14、15外面，根据所需要的灵敏度，相对于两个末端4、5之间的没有连接的区域的长度L4确定中间区域13在长度方向上的长度L3。例如，如果中间区域13的长度L3相对于没有连接的区域的长度L4增大，则L3/L4变大。随着L3/L4的增大，在切口9的尖端部分9a上产生的拉应力减小，并且灵敏度相应地降低。在该事实的基础上，为了便于调整来得到对应于中间区域13的长度L3的所希望的灵敏度，根据从尖端部分9a的裂缝的传播速度，经验地或理论地确定L3/L4。
如下进行电阻焊接。如在图3中简要所示的，采用包括一对彼此平行地相隔ΔL1的电极21、22的电阻焊接机和用于提供跨过电极21、22的高电压的电源(没有示出)。电极21、22的尖端部分23、24放置在位于基板2上的破碎薄片10的相对的两个末端部分4、5上，使得尖端部分23、24将每个连接部分14-17夹在中间，并且通过电源提供跨过电极21、22的电压。因此，电流穿过位于电极21、22之间的中间区域传导，从而产生热量，并且通过机械连接形成熔化的和粘接的部分26，其中电极21、22位于基板2的表面3与相对着表面3的破碎薄片10的下表面25之间。熔化的和粘接的部分26形成连接部分14-17，基板2和破碎薄片10在此相互连接。
通过电源提供的跨过电极21、22的电压是例如0.62V的脉冲电压。在8至40毫秒的范围内选择作用时间周期，这是根据基板2和破碎薄片10的厚度和材料的最佳值。这种电阻焊还称为平行间隙电阻微连接(PGRM)，并且能够焊接层叠的薄板形状的构件之间的部分。
在该实施例中，与向内的连接部分14、15类似，间歇地设置连接部分，来防止由于局部的热变形引起的破碎薄片10的松散。
在本发明的另一个实施例中，带有固定在基板2的表面上的相对的两个末端部分4、5的破碎薄片10设有一个裂缝传播长度测量装置32，用来电测量在发生裂缝的区域31中在宽度方向上从切口9的尖端部分9a向另一侧部分8传播的裂缝的长度。
测量装置32包括在垂直于裂缝传播方向的长度方向，即，横向方向中延伸的多个电阻线33。电阻线33在宽度方向中等间隔地并且彼此相互平行地安放。电阻线33具有并联电连接的相对的两个末端部分。利用电绝缘合成树脂例如环氧树脂以薄片覆盖电阻线33，并且通过粘接剂粘贴到区域31上。
当裂缝从切口9的尖端部分9a传播时，电阻线33顺序地断开。通过测量仪器(图中没有示出)测量随着时间的流逝发生的由于这些断裂引起的电阻值的变化。因此，可以数量上地检测裂缝传播的状态。
在本发明的再一个实施例中，可以利用应变仪替代作为测量装置32的电阻线33。
图4是图2中的切口9及其附近的放大视图。形成设在破碎薄片10中的切口9，使得尖端部分9a指向在宽度方向上从一侧部分8朝向另一侧部分7的方向。宽度方向上的切口9的长度L5是1.0mm，并且与长度方向平行的宽度ΔB是0.125mm。尖端部分9a在宽度方向上具有0.125mm的长度L6。在平面图中看尖端部分9a基本上是等边三角形。在切口9的尖端部分9a中，在宽度方向上从一侧部分8朝向另一侧部分7的方向上彼此接近的一对相对的面34a、34b在交叉点35相交叉，并在它们之间形成锐角。从交叉点35，发生裂缝。
由于切口9的尖端部分9a指向这样的方向，应力集中在交叉点35上，这便于裂缝的传播。因此，如果传递给破碎薄片10的应变很小，裂缝可以很容易地从交叉点35处发生。结果，改善疲劳检测传感器1的灵敏度。
图5是图1中的截面V的放大的剖面图。参照图1、2、5，台阶面39形成在中间区域13的表面36与末端部分4的表面37之间，台阶面40形成在末端部分5的表面36与表面38之间，使得台阶面39、40彼此相互平行地延伸并且切口9位于它们之间。台阶面39和表面36交叉的区域41以及台阶面40和表面36交叉的区域42分别在朝向破碎薄片10的下表面25的方向上连续经过凸起的曲面44、45。中间区域13的厚度T3为0.02mm。
因此，由于破碎薄片10的相对的两个末端部分4、5通过台阶面39、40和曲面44、45分别与中间区域13的表面36连续，并且中间区域13的厚度T3制成为小于末端部分4、5的厚度T2(T2＞T3)，应力不集中在区域41、42上或者在它们上减小，并且大的应力产生在中间区域13上。
在疲劳检测传感器1的制造中，通过电镀形成由纯Ni制成的金属薄片，并且包括在位于末端部分4、5之间的中央区域6中形成的切口9，使得该切口9从一侧部分8朝向另一侧部分7延伸，然后利用树脂薄膜覆盖该区域(对应于末端部分4、5的表面37、38)和表面25，使得对应于包括中央区域6的中间区域13的部分的表面(在图1中由虚线36a表示)曝光，然后进行湿法蚀刻来得到带有减小的预定厚度T3的中间区域13，从而形成破碎薄片10。
由此形成的破碎薄片10的末端部分4、5连接到由因瓦镍铁合金制成的基板2的表面3上，因瓦镍铁合金是在高于常温的预定的高温下，例如70℃具有低于破碎薄片10的线膨胀系数的金属材料，从而形成疲劳检测传感器1。纯Ni的线性膨胀系数αNi是13.3×10-6/℃而因瓦镍铁合金的线性膨胀系数αIn是1.5×10-6/℃。
通过如上所述位于连接部分14-17的电阻焊接连接基板2和破碎薄片10。然后，热量逐渐地消散来降低温度，从而使得拉应力保留在破碎薄片10上。从而，防止破碎薄片10的松散和劈开。另外，很小的应变可以引起裂缝，从而在疲劳损坏的测量中提高灵敏度。
另外，由于通过蚀刻在破碎薄片10中形成具有宽度减小的中间区域13，曲面44、45自然地形成在区域41、42中，从而是R形状的。蚀刻是湿法蚀刻并且受到抗蚀剂薄膜覆盖的金属薄片浸没在蚀刻剂中。与蚀刻剂接触的中间区域13是同向蚀刻的并且蚀刻的量基本上与蚀刻时间成比例。该蚀刻在与破碎薄片10的上表面平行的方向上以及在厚度方向上进行。结果，形成台阶面39、40，曲面44、45和表面36，使得它们光滑并且连续。
接下来，下面将描述将因瓦镍铁合金制成的基板2与纯Ni制成的破碎薄片10进行连接的温度与中间区域13中的残留拉应力之间的关系。
当将连接过程中的高温降低Δt到常温(室温)时，基板2和破碎薄片10之间的收缩量的差值Δδ表示为：
Δδ＝(αNi-αIn)×Δt×L4＝δNi+δIn(1)
与此同时，基板2和破碎薄片1 0的力平衡表示为：
(δIn/L4)×EIn×T2×B1＝(δNi/L’)×ENi×T3×B2
     ......(2)
L’＝L3+(T3/T1)×L7
其中：
Δt：是基板2和破碎薄片10连接的温度与使用温度(室温)之间的差值，
Δδ：当温度降低Δt时，与基板2和破碎薄片10的连接跨度S有关的收缩量之间的差值，
αIn：基板2的线性膨胀系数(＝1.50×10-6[℃-1])，
αNi：破碎薄片10的线性膨胀系数(＝13.3×10-6[℃-1])，
L3：破碎薄片10的中间区域13的长度，
L7：破碎薄片10中(跨度L4减去长度L3)的长度，
L4：破碎薄片10和基板2的连接跨度(L3+L7)，
δIn：当连接之后温度降低Δt时基板2的跨度变化的量，
δNi：当连接之后温度降低Δt时破碎薄片10的跨度变化的量，
EIn：基板2的杨氏模量(＝14,490[kgf/mm2])
ENi：破碎薄片10的杨氏模量(＝19,600[kgf/mm2])
T1：相对的两个末端部分4、5的厚度，
T2：基板2的厚度(固定的)，
T3：中间区域13的厚度，
B1：基板2的宽度(固定的)，
B2：破碎薄片10的宽度(固定的)
从表达式(1)，(2)中推导出：
δNi＝{(αNi-αIn)×Δt×LA}/[1+LA/L’)
      {(ENi×T3×B2)/(EIn×T2×B1)}]            ......(3)
δIn＝(αNi-αIn)×Δt×L4-δNi                       ......(4)
根据下面的表达式计算破碎薄片10的中间区域13中的残余拉应力σNi、1：
σNi，1＝ENi，1×ENi＝(δNi/L’)×ENi                 ......(5)
根据下面的表达式，计算破碎薄片10的相对的两个末端部分4、5的残余拉应力σNi，2和残余压应力σIn：
σNi，2＝ENi，2×ENi＝(T3/T1)×εNi，1×ENi            ......(6)
σIn＝εIn×EIn＝(δ1n/L4)×EIn                        ......(7)
根据表达式(5)，(6)计算作用给疲劳检测传感器1的破碎薄片10的残留拉应力。在中间区域13中的残留拉应力是大约14-15kgf/mm2，而相对的两个末端部分4、5中的是大约3kgf/mm2。
例如，利用疲劳检测传感器1测量焊接结构的疲劳损坏。图6表示疲劳检测传感器1固定到构件12的焊缝48的附近的状态。通常，当焊接结构的寿命届满时，已经发生疲劳裂缝50并且已经从构件12的圆角焊接连接处47的焊缝48的焊边49开始传播。作用在结构的局部区域上的称之为过热点应力的参数能够完全地估算焊接结构的疲劳寿命。利用单个的十字形的方网眼花边焊接连接的S-N图，可以估算疲劳寿命。这里限定的过热点应力指的是位于焊缝48的焊边49的应力，包括由于结构的不连续而集中的应力，但不包括由于焊缝48的形状而集中的应力。通过距离待评估的焊边49的位置(0.3×构件的厚度To)表示过热点应力。
因此，清楚地限定过热点应力表达的位置。疲劳检测传感器1固定到焊边49上或其附近并且用来测量。例如，如果船舶结构的待测构件的厚度To是20-30mm，进行测量所在的位置为距离焊边49是6-10mm。当长度方向上的疲劳检测传感器1的长度是70mm或者更像传统的传感器时，在产生过热点应力的位置处的测量是不可能的，并且因此需要评估在产生过热点应力的位置处的数据，通过一种方法或其它方法。但是，估算出来的数据导致错误。另一方面，在该实施例中，疲劳检测传感器1的长度L1是13mm，并因此能够将传感器固定在6.5mm或更远离焊边49的位置，并在产生过热点应力的位置处进行测量。在这种情况中，构件12的厚度是22mm并且可以在产生过热点应力的位置处直接进行测量。该测量到的数据不会产生错误。
图7是表示根据本发明的另一个实施例的裂缝类型疲劳检测传感器1a的剖面图，图8是表示图7中的裂缝类型疲劳检测传感器1a的平面图。在这些图中，该实施例的附图标号表示与上面所述的实施例中相同或相对应的部分，并且为了避免重复不再讨论。该实施例的裂缝类型疲劳检测传感器1a对应于后面提到的表1至3中列出的例子3、4，其中由纯Ni制成的破碎薄片10通过粘接剂层18、19与基板2的表面3连接。利用这种结构，实现与前面提到的实施例中的裂缝类型疲劳检测传感器1同样的效果，由于基板2和破碎薄片10可以没有麻烦地连接，该传感器可以很容易地制造。如从表2中可以看到的，通过粘接片(对应于试样9-11)或者通过苯酚基粘接剂(对应于试样12、13)可以实现粘接剂层18、19。当使用苯酚基粘接剂时，利用聚酰亚胺膜覆盖破碎薄片10的没有粘接的区域，来防止该区域受到粘接，并且粘接剂涂在其上面。
接下来，如表1中所示，为了确认疲劳检测传感器1的灵敏度，本发明通过改变对照物1、2和例子1-5中基板2和破碎薄片10的尺寸、形状和材料形成试样1-15。
在表1中，列出在已经公开的日本专利申请No.Hei.10-185854(日本专利No.25-2576)中公开的对照物1的试样1，和在日本专利No.25-2594中公开的对照物1的试样2。在对照物2中，作为改善应变灵敏度的方法，采用(a)使得破碎薄片10的中间区域13的厚度T3减小的方法，和(b)使得破碎薄片10的宽度B2减小的方法，并且在试样3、4中使用这些方法(a)、(b)。
将例子1、2(试样5-8)设计成使得该传感器具有比对照物1的传统的疲劳检测传感器的灵敏度高2至3倍的应变灵敏度。在试样5-8中，通过将破碎薄片10连接到基板2上形成试样5、7，使得中间区域13的表面36和基板2的上表面3彼此相对，并且通过连接它们如图1中所示形成试样6、8。另外，在试样5-8中，试样5、7构建成使得覆盖粘接剂的表面的单独的薄膜固定到用来将破碎薄片10和基板2相粘结的粘接剂上，以便防止将粘接剂固定到末端4、5上。如从表2中可以看到的，在例子1、2之间，将破碎薄片10和基板2连接的挤压条件相互不同，并且挤压后的温度处理条件也彼此不同。
在例子3中，基板2的材料从聚酰亚胺(例子1、2)变成因瓦镍铁合金，用来粘接破碎薄片10和基板2的方法从环氧基粘接剂(例子1、2)变成粘接片，并且确定破碎薄片10与基板2连接的温度，从而在破碎薄片10上产生残余拉应力。在例子4中，用来粘接破碎薄片10和基板2的方法从粘接片(例子3)变成苯酚基粘接剂，并且改变聚酰亚胺薄膜和连接焊接条件。例子3、4对应于图7、8的实施例。
在例子5中，采用电阻焊接作为连接方法。破碎薄片10和基板2连接的温度设定为70℃。例子5中的试样14对应于图1至6中的疲劳检测传感器1。
在这些条件下，评估试样1-15的特征并且在表3中显示结果。
如从表3中可以看到的，采用应变范围Δε和应力范围Δσ作为评估疲劳检测传感器的灵敏度的特征。考虑到应变范围Δε，证实例子1中的试样5具有大约是对照物1的试样1的应变灵敏度的2倍的应变灵敏度。考虑到应力范围Δσ，证实与试样1相比例子1中的试样5改善了大约2.5倍。
图9表示当待测构件的应变范围是Δε＝500×10-6时，重复负荷循环的数量N与试样14、15的裂缝传播长度a之间的关系。图10A-G表示图9中的试样14在测量位置P1-P7处的裂缝传播状态的平面图。图11A-E表示图9中的试样15在测量位置Q1-Q5处的裂缝传播状态的平面图。在对应于图1-6中所示的实施例的疲劳检测传感器1的试样14中，如图10A中所示裂缝在测量位置P1不传播(重复负荷循环的数量N＝0，裂缝传播的长度a＝0.00mm)，在测量位置P2测量到的裂缝传播如图10B中所示(重复负荷循环的数量N＝0.3×105，裂缝传播的长度a＝0.40mm)，在测量位置P3测量到的裂缝传播如图10C中所示(重复负荷循环的数量N＝0.9×105，裂缝传播的长度a＝1.25mm)，在测量位置P4测量到的裂缝传播如图10D中所示(重复负荷循环的数量N＝1.5×105，裂缝传播的长度a＝2.10mm)，在测量位置P5测量到的裂缝传播如图10E中所示(重复负荷循环的数量N＝2.1×105，裂缝传播的长度a＝2.90mm)，在测量位置P6测量到的裂缝传播如图10F中所示(重复负荷循环的数量N＝2.7×105，裂缝传播的长度a＝3.75mm)，和在测量位置P7测量到的裂缝传播如图10G中所示(重复负荷循环的数量N＝3.0×105，裂缝传播的长度a＝3.95mm)。
在大约是试样14的两倍长的试样15中，在测量位置Q1测量到的裂缝传播如图11A中所示(重复负荷循环的数量N＝0，裂缝传播的长度a＝0.45mm)，在测量位置Q2测量到的裂缝传播如图11B中所示(重复负荷循环的数量N＝0.3×105，裂缝传播的长度a＝1.55mm)，在测量位置Q3测量到的裂缝传播如图11C中所示(重复负荷循环的数量N＝0.9×105，裂缝传播的长度a＝3.70mm)，在测量位置Q4测量到的裂缝传播如图11D中所示(重复负荷循环的数量N＝1.5×105，裂缝传播的长度a＝5.10mm)，在测量位置Q5测量到的裂缝传播如图11E中所示(重复负荷循环的数量N＝2.1×105，裂缝传播的长度a＝6.45mm)。
图12是根据单应变仪方法利用疲劳检测传感器1评估疲劳损坏的程序的流程图。通常，作为预测待测构件的疲劳损坏的方法，已知利用两个疲劳检测传感器的双应变仪方法和利用一个疲劳检测传感器的单应变仪方法。在双应变仪方法中，需要选择材料，其中表示裂缝传播速度da/dn与应力强度系数ΔK之间关系的特征曲线的梯度彼此非常不同。为了简化，根据单应变仪方法，可以使用一种疲劳检测传感器来测量疲劳损坏，该疲劳检测传感器的梯度等于评估疲劳的待测构件的S-N图的梯度，并且它的疲劳强度小于待测构件的疲劳强度。下面将解释该程序。
首先，在步骤s1中，疲劳检测传感器1固定到如图6中所示的构件12上，并且在步骤s2中，通过使用疲劳检测传感器1测量裂缝传播的长度a。通过测量装置32可以电测量裂缝传播的长度a。另外，通过使用纤维式观测器可以得到裂缝传播区域31的图像并通过图像处理装置进行处理，得到的图像数据可以用来得到裂缝传播的长度a。
在步骤s3中，发现与在疲劳检测传感器中发生的裂缝的传播长度ai有关的疲劳损坏Ds。在图13中表示裂缝传播长度a与疲劳损坏Ds之间的关系的直线L10的基础上，计算疲劳检测传感器1的疲劳损坏Dsi。如图14中所示，预先发现表示疲劳检测传感器1的特征的直线L12，该直线与表示构件12的特征的直线L11平行，并且在S-N曲线中具有等于疲劳检测传感器1的斜度的斜度。在步骤s4中，在图15中表示疲劳检测传感器1的损坏与构件12的损坏之间的关系的直线L13的基础上，计算和评估与在疲劳检测传感器1的裂缝传播长度ai的基础上计算的疲劳损坏Dsi有关的构件12的疲劳损坏Di。应当注意表示应力大小σ的纵向轴和表示重复负荷循环的数量N的横向轴是通常的对数比例。
在另一个实施例中，可以利用根据本发明的疲劳检测传感器1通过双应变仪方法评估疲劳损坏。
考虑到前面的描述，本发明的多种变形和等效的实施例对于本领域普通技术人员是明显的。因此，本说明书仅仅是举例性质的，并且用于教导本领域普通技术人员实现本发明的最佳形式的目的。在不脱离本发明的构思的情况下，基本上可以改变结构和/或功能的细节，并且所有变形落入到由权利要求书覆盖的范围内。
表1
         类型                                  破碎片                    基板
材料   厚度比值(mm/mm)中间区域13/末端部分4.5 跨度L4宽度B2切口长度L5 材料 长度L1宽度B1厚度T1
  对照物1   试样1 纯镍(Ni)   0.02/0.02     3×2.5×0.5 聚酰亚胺   7×3.5×0.025
  试样2 纯镍(Ni)   0.02/0.02(宽度变化)     5×2.5×0.5(5) 聚酰亚胺   10×8.5×0.025
  对照物2   试样3 纯镍(Ni)   0.01/0.04     5×5×1 聚酰亚胺   10×6×0.025
  试样4 纯镍(Ni)   0.02/0.04(宽度2阶)     6×2.5×0.5、(5) 聚酰亚胺   10×6×0.025
  例子1   试样5 纯镍(Ni)   0.02/0.10     8×5×1 聚酰亚胺   13×6×0.025
  试样6 纯镍(Ni)   0.02/0.10     15×7.5×1.5 聚酰亚胺   22×8.5×0.025
  例子2   试样7 纯镍(Ni)   0.02/0.10     8×5×1 聚酰亚胺   13×6×0.025
  试样8 纯镍(Ni)   0.02/0.10     15×7.5×1.5 聚酰亚胺   22×8.5×0.025
例子3 试样9 纯镍(Ni) 0.01/0.04 5×5×1 因瓦镍铁合金 10×6×0.05
  试样10 纯镍(Ni)   0.02/0.10     8×5×1 因瓦镍铁合金   13×6×0.05
  试样11 纯镍(Ni)   0.02/0.10     15×7.5×1.5 因瓦镍铁合金   22×8.5×0.05
  例子4   试样12 纯镍(Ni)   0.02/0.10     8×5×1 因瓦镍铁合金   13×6×0.05
试样13 纯镍(Ni) 0.02/0.10 15×7.5×1.5 因瓦镍铁合金 22×8.5×0.05
例子5 试样14 纯镍(Ni) 0.02/0.10 9.6×5×1 因瓦镍铁合金 13×6×0.05
试样15 纯镍(Ni) 0.02/0.10 18.4×7.5×1.5 因瓦镍铁合金 22×8.5×0.05
表2
类型                                  破碎片和基板的连接方法
  连接手段   连接厚度[mm]   挤压条件(温度×压强×挤压时间)   后处理：温度×时间
  对照物1   试样1   环氧基粘接剂   0.02   150℃×15kgf/cm2×15min   130℃×2hr
  试样2   环氧基粘接剂   0.02   150℃×15kgf/cm2×15min   130℃×2hr
  对照物2   试样3   环氧基粘接剂   0.02   150℃×15kgf/cm2×15min   130℃×2hr
  试样4   环氧基粘接剂   0.02   150℃×15kgf/cm2×15min   130℃×2hr
  例子1   试样5   环氧基粘接剂   0.02   150℃×15kgf/cm2×15min   130℃×2hr
  试样6   环氧基粘接剂   0.02   150℃×15kgf/cm2×16min   130℃×2hr
  例子2   试样7   环氧基粘接剂   0.02   室温0.5kgf/cm2×24hr   -
  试样8   环氧基粘接剂   0.02   室温0.5kgf/cm2×24hr   -
  例子3   试样9   粘接薄片   0.04   160℃×30kgf/cm2×30min   -
  试样10   粘接薄片   0.04   160℃×30kgf/cm2×30min   -
  试样11   粘接薄片   0.04   160℃×30kgf/cm2×30min   -
例子4   试样12   苯酚基粘接剂+聚酰亚胺膜   0.02～0.04   80℃×5kgf/cm2×1hr+150℃×5kgf/cm2×3hr   --
试样13   苯酚基粘接剂+聚酰亚胺膜   0.02～0.04   80℃×5kgf/cm2×1Hr+150℃×5kgf/cm2×3hr   --
  例子5   试样14   PGRM   0   70℃   -
  试样15   PGRM   0   70℃   -
表3
类型 分析值        ″应变″灵敏度和″应力″灵敏度(钢构件)   作用给破碎片的疲劳重复负荷循环：Ni     应力比值：R 备注
  K值每单位应力     应变范围Δε[×10-6]     应力范围Δσ[kgf/mm2]
  对照物1   试样1   1.10     1,100     23.1   1.10×105     0
  试样2   1.38     800     16.8   1.10×105     0
  对照物2   试样3   1.85     900     18.9   8.50×105     0     不稳定的较差的质量
  试样4   1.65     800     16.8   3.20×105     0
  例子1   试样5   2.87     449     9.4   5.10×105     0
  试样6   4.39     253     6.3   2.12×105     0
  例子2   试样7   2.87     373     7.8   1.92×105     0
  试样8   4.39     249     5.2   3.10×105     0
  例子3   试样9   1.85     ＞500     10.5   ＞2.27×105     0     (-)裂缝
  试样10   2.87     ＞500     10.5   ＞2.27×105     0     (-)裂缝
  试样11   4.39     ＞500     10.5   ＞2.27×105     0     (-)裂缝
  例子4   试样12   2.87     237241     5.05.1   2.30×1053.98×105     0-1
  试样13   4.39     184269     3.85.6   (6.75×105)(3.80×105)     0-1
  例子5   试样14   3.40     283275     5.95.8   (8.00×105)(1.30×105)     0-1
试样15   5.26     182179     3.83.8   (7.00×105)(1.10×105)     0-1

Claims (13)

1.一种裂缝类型疲劳检测传感器，其中具有切口的金属破碎薄片固定到金属薄片基板的一个表面上，而待测构件固定到该基板的另一个表面上，用来在从切口传播的裂缝长度的基础上测量待测构件的疲劳损坏，其中该切口形成在薄片的长度方向上相对的两个末端部分之间的中央区域中，使得切口在垂直于长度方向的宽度方向上从一侧部分向另一侧部分延伸，但不到达另一侧部分，其特征在于
破碎薄片的两个相对的末端部分分别固定在基板的一个表面上，并且包括具有切口的中央区域的中间区域的厚度在整个宽度上小于相对的末端部分的厚度。
2.根据权利要求1所述的裂缝类型疲劳检测传感器，其中所述破碎薄片在两个相对的末端部分处在温度高于常温的情况下固定到基板的所述一个表面上，从而使得热量逐渐地消散降低温度后，拉应力保留在所述破碎薄片上。
3.根据权利要求1所述的裂缝类型疲劳检测传感器，其中破碎薄片在两个相对的末端部分处直接连接到基板的所述一个表面上，或者通过粘接层在两个相对的末端部分处间接地连接到所述一个表面上。
4.根据权利要求1所述的裂缝类型疲劳检测传感器，其中破碎薄片设有一个装置，用来电测量在宽度方向上在从切口的尖端部分向另一侧部分的区域中裂缝传播的长度，裂缝在其上发展。
5.根据权利要求1所述的裂缝类型疲劳检测传感器，其中在破碎薄片中形成的切口具有尖端部分，其指向在宽度方向上从一侧部分朝向另一侧部分的方向。
6.根据权利要求1所述的裂缝类型疲劳检测传感器，其中破碎薄片具有一个表面和另一个表面，并且在中间区域的一个表面与每个相对的末端部分的一个表面之间形成台阶面，使得所述切口垂直地设置在台阶面之间，并且每个台阶面和中间区域的表面交叉的区域通过凸起的弯曲面在朝向破碎薄片的另一个表面的方向上连续。
7.根据权利要求1所述的裂缝类型疲劳检测传感器，其中使用位于长度方向上的中间区域的长度L3与两个相对的末端部分之间的没有连接的区域的长度L4的比值L3/L4来调整灵敏度，使得随着L3/L4比值的减少将灵敏度做得更高。
8.一种用于制造裂缝类型疲劳检测传感器的方法，包括步骤：
通过电镀，形成具有切口的金属薄膜，该切口位于金属薄膜的长度方向上的两个相对的末端部分之间的中央区域中，切口在金属薄膜的宽度方向上从一侧部分向另一侧部分延伸但不到达另一侧部分；
在利用抗蚀剂薄膜覆盖金属薄膜的第一表面的除了包括具有切口的中央区域的中间区域以外的区域和金属薄膜的第二表面之后，对中间区域进行曝光，通过蚀刻形成包括具有预定的厚度减小的中间区域的破碎薄片；和
将破碎薄片的相对的两个末端部分连接到基板上。
9.根据权利要求8所述的用于制造裂缝类型疲劳检测传感器的方法，其中破碎薄片在相对的两个末端部分处直接连接到基板上，或者通过电阻焊接经过粘接层在相对的两个末端部分处间接地连接到基板上。
10.一种用于制造裂缝类型疲劳检测传感器的方法，包括步骤：
形成具有切口的金属薄膜，该切口位于金属薄膜的长度方向上的两个相对的末端部分之间的中央区域中，切口在金属薄膜的宽度方向上从一侧部分向另一侧部分延伸但不到达另一侧部分；
在利用抗蚀剂薄膜覆盖金属薄膜的第一表面的除了包括具有切口的中央区域的中间区域以外的区域和金属薄膜的第二表面之后，对中间区域进行曝光，通过蚀刻形成包括具有预定的厚度减小的中间区域的破碎薄片；和
将破碎薄片的相对的两个末端部分连接到基板上，该基板由在高于常温的预定的高温下线性膨胀系数低于破碎薄片的材料的线性膨胀系数的材料制成。
11.根据权利要求10所述的用于制造裂缝类型疲劳检测传感器的方法，其中破碎薄片在相对的两个末端部分处直接连接到基板上，或者通过电阻焊接经过粘接层在相对的两个末端部分处间接地连接到基板上。
12.根据权利要求10所述的用于制造裂缝类型疲劳检测传感器的方法，其中使用位于长度方向上的破碎薄片的中间区域的长度L3与长度方向上的两个相对的末端部分之间的没有连接的区域的长度L4的比值L3/L4来调整灵敏度，使得随着L3/L4比值的减少将灵敏度做得更高。
13.一种利用裂缝类型的疲劳检测传感器评估损坏的方法，包括步骤：
将一裂缝类型疲劳检测传感器固定到待测构件上；所述裂缝类型疲劳检测传感器是这样的，即，其中具有切口的金属破碎薄片固定到金属薄片基板的一个表面上，而待测构件固定到该基板的另一个表面上，用来在从切口传播的裂缝长度的基础上测量待测构件的疲劳损坏，其中该切口形成在薄片的长度方向上相对的两个末端部分之间的中央区域中，使得切口在垂直于长度方向的宽度方向上从一侧部分向另一侧部分延伸但不到达另一侧部分，其中，破碎薄片的两个相对的末端部分分别固定在基板的一个表面上，并且包括具有切口的中央区域的中间区域的厚度在整个宽度上小于相对的末端部分的厚度；
测量在预定的时间内裂缝传播的长度；和
在裂缝传播的长度的基础上评估待测构件的损坏。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107532896A (zh) * 2015-02-25 2018-01-02 日本碍子株式会社 应变检测用结构体

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6973838B2 (en) * 2004-04-12 2005-12-13 Xenotrancorp. Non-contacting crack sensor
US8752348B2 (en) * 2005-02-25 2014-06-17 Syntheon Inc. Composite pre-formed construction articles
JP2007078364A (ja) * 2005-09-09 2007-03-29 Kawasaki Heavy Ind Ltd ひずみ感知センサ
US7572360B2 (en) * 2005-09-30 2009-08-11 Fatigue Solutions Corp. Electrochemical fatigue sensor systems and methods
JP4799267B2 (ja) * 2006-05-18 2011-10-26 川崎重工業株式会社 疲労センサおよび疲労損傷度推定方法
JP4814802B2 (ja) * 2007-01-10 2011-11-16 富士通株式会社 解析モデル作成プログラム、解析モデル作成装置、解析モデル作成方法、および該解析モデル作成方法を含む装置の製造方法
US7516674B1 (en) 2008-08-26 2009-04-14 International Business Machines Corporation Method and apparatus for thermally induced testing of materials under transient temperature
CN102252899A (zh) * 2011-07-05 2011-11-23 芜湖杰锋汽车动力系统有限公司 焊缝疲劳试验装置
JP2013117459A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Ihi Corp 配管の損傷検知方法
JP5192095B2 (ja) * 2012-10-22 2013-05-08 川崎重工業株式会社 ひずみ感知センサ
JP5994685B2 (ja) * 2013-03-07 2016-09-21 新日鐵住金株式会社 歪み式腐食センサの製造方法および歪み式腐食センサを用いた腐食測定方法
JP6224643B2 (ja) * 2015-03-26 2017-11-01 日本碍子株式会社 棚板割れ検知方法、ハニカム構造体の搬送方法、棚板割れ検知装置、及び棚板搬送装置
KR101708317B1 (ko) * 2015-06-17 2017-02-20 엘지전자 주식회사 스트레인 검사 소자 및 그 부착 방법
RU2624794C1 (ru) * 2016-08-15 2017-07-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова" (ФГБОУ ВО ХГУ им. Н.Ф. Катанова) Универсальный стержень хегая
CN107219168B (zh) * 2017-08-02 2024-03-29 贵州工程应用技术学院 一种预损伤智能损伤探测器
CN108036906B (zh) * 2017-12-08 2019-08-30 合肥工业大学 一种裂纹转子刚度系数测量方法
CN108362561B (zh) * 2018-02-02 2020-06-09 上海理工大学 一种焊缝及焊接热影响区的材料力学性能确定方法
JP2019138843A (ja) * 2018-02-14 2019-08-22 リンテック株式会社 歪み検出デバイス
JP7208622B2 (ja) * 2019-02-28 2023-01-19 学校法人 関西大学 金属構造物の歪測定装置、及び金属構造物の劣化損傷検知方法
CN110118524B (zh) * 2019-05-15 2022-02-25 胡天旭 一种附着式电阻应变传感器总成及其安装工艺
JP7353867B2 (ja) * 2019-08-23 2023-10-02 株式会社プロテリアル 鋳造材の疲労試験方法
WO2021188708A1 (en) * 2020-03-17 2021-09-23 Arris Enterprises Llc Ceramic based strain detector
US11592377B2 (en) * 2020-04-20 2023-02-28 Vishay Measurements Group, Inc. Fatigue life sensor for measuring repetitive loads applied to a structure based upon cracks propagating from crack initiation features of the sensor
CN111929146B (zh) * 2020-06-18 2023-06-13 广东石油化工学院 一种用于金属材料疲劳裂纹扩展的观测装置
CN111795978B (zh) * 2020-09-08 2020-12-04 湖南大学 一种钢桥结构健康状态评估方法、装置、设备及存储介质
CN112254905B (zh) * 2020-10-15 2022-03-01 哈尔滨工业大学 一种力矩回转刚度高低温测试装置
CN113189146B (zh) * 2021-04-16 2024-05-28 国网甘肃省电力公司经济技术研究院 一种导电混凝土接地网监测大地裂隙滑坡的装置及方法
CN114112130B (zh) * 2021-09-30 2023-04-21 河海大学 可重复测量裂纹尖端应力强度因子的装置及其方法
CN113916406A (zh) * 2021-11-03 2022-01-11 贵州贵飞飞机设计研究院有限公司 一种反映结构应力范围的方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3979949A (en) * 1975-06-30 1976-09-14 The Boeing Company Fatigue damage indicator
JPS59128441A (ja) * 1983-01-14 1984-07-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 絶縁性ぜい性材料のき裂成長測定法
JPS61167835A (ja) * 1985-01-18 1986-07-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 構造物の亀裂成長監視装置
JPS62265558A (ja) 1986-05-12 1987-11-18 Kawasaki Heavy Ind Ltd 損傷度の測定方法およびき裂測定素子
JP2799431B2 (ja) 1996-05-15 1998-09-17 広島大学長 構造物の疲労損傷予知モニタリングのための犠牲試験片
JP2952576B2 (ja) 1996-12-25 1999-09-27 株式会社ビーエムシー 構造材料の疲労損傷検知方法およびその検知装置
JP2952594B1 (ja) 1998-09-28 1999-09-27 株式会社ビーエムシー 構造材料の疲労損傷検知センサーおよびその取付け方法
JP3020162B1 (ja) * 1998-12-17 2000-03-15 広島大学長 構造物の長期応力度モニタリングのための犠牲試験片及びその使用方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107532896A (zh) * 2015-02-25 2018-01-02 日本碍子株式会社 应变检测用结构体

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010100854A (ko) 2001-11-14
DE60135054D1 (de) 2008-09-11
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JP2001281120A (ja) 2001-10-10
EP1139088B1 (en) 2008-07-30
EP1139088A2 (en) 2001-10-04
KR100390528B1 (ko) 2003-07-04
ATE403140T1 (de) 2008-08-15
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CN1318747A (zh) 2001-10-24
US6520024B2 (en) 2003-02-18
JP3342467B2 (ja) 2002-11-11

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