[发明专利]用于监视固体结构内的参数的集成电子设备和使用这样的设备的监视系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于监视固体结构内的参数的集成电子设备，并且具体地涉及根据权利要求1的前序部分的一种用于检测和监视参数的设备。

本发明也包括一种用于监视固体结构内的参数的系统，其使用前述用于监视参数的集成电子设备。

背景技术

在固态结构中(具体在例如桥梁、建筑、隧道、铁路、反应堆壁、水坝、堤防、管线和都市传送线的地下结构等)的负载承载结构中，很重要的是在许多点监视显著参数，如例如压强、温度和机械应力。

定期地或者连续地执行的这样的监视在初始阶段和在结构的寿命期间都是有用的。

出于这一目的，在这一应用领域中也已知应用能够低成本提供良好性能的基于电子传感器的电子监视设备。

通常向待监视的结构的表面上或者在结构中已经预见的并且从外界可访问的凹陷内应用这样的设备。

然而这样的设备不能穷尽地检测待监视的结构内的如下参数，为了评估结构的质量、它的安全性、它的老化度、它对可变大气条件的反应等，知道这些参数是很有用的。

另外，仅能在已经构建结构之后而不能在构建它之时应用这样的设备。因此，它们不能评估可能的初始缺陷。

作为对这些要求的部分回应，美国专利US6,950,767中所示解决方案提供一种电子监视设备，其完全包含(即“掩埋”)在制作待监视的结构的材料(例如加固混凝土)内。

更具体而言，在专利US6,950,767中，在结构中掩埋的设备是单个容器中封包的整个系统，该容器由在衬底上组装的不同部分(诸如集成电路、传感器、天线、电容器、电池、存储器、控制单元)组成并且在通过用金属连接制作的电连接来一起连接的不同芯片中制作。

总而言之，US6,950,767因此描述“封装中的系统(SiP)”类型的解决方案，其中用注模材料(诸如环氧树脂)的壳体涂覆SiP。

这样的系统由于在该系统中包括的无线电通信子系统而与外界通信，该无线电通信子系统必须具有在尺寸上以能够与远程系统通信这样的方式设定的天线。

US6,950,767的系统也包括具有与功率供应相关的功能的子系统，例如在它通过电磁波从外界接收能量的情况下为整流器或者另外为它自己的用于内部生成功率供应的电池。

将观察到旨在于在建筑材料(例如然后将固化的液体混凝土)中初始地“嵌入”的、然后保持“掩埋”于固体结构中的监视系统受到严格条件，例如可能甚至为数百个大气压的极高压强。

也有能够损坏系统的例如由于水渗透而随时间磨损的许多其它原因。

已知系统如US6,950,767的系统的缺点源于如下事实：即使在封装中装入它们，它们仍然是复杂系统，因此可能在面临它们必须在其中工作的操作条件时受损。

具体而言，在US6,950,767的SiP的各种部分之间的电互连可能在面临结构中插入的SiP必须经受的机械应力时易受影响。

另外，必须留在封装中的用于允许传感器检测相对参数的“窗”可能是针对可能潮湿渗透的弱点。

另外，在涂层材料中的破裂或者缺陷可能允许水在SiP以内渗透并且引起短路。

除了水之外，其它物质(诸如潜在有腐蚀的酸)也可能渗透。

一般而言，虽然被设计用于提到的用途，但是系统如US6,950,767的系统的可靠却由于这样的系统的尽管被小型化的结构的复杂性而具有限制。

也将观察到US6,950,767的解决方案提供在待监视的结构的不同点、但是在位置的位置使用许多SiP。必须基于技术如三边测量估计位置。这可能引起各种缺点，这些缺点包括：

-如果传感器的位置的估计不正确，则外部远程数据收集和处理系统获得的数据可能不准确或者难以解译；

-如果结构由加固混凝土制作并且包括金属结构(例如钢杆)，则不可能控制和避免电磁屏蔽影响；这可能危及与外界的通信和／或不同SiP的位置的检测。

本发明的目的是设计和提供一种用于监视固体结构内的参数的集成电子设备，改进该集成电子设备以便至少部分避免以上参照现有技术描述的缺点。

具体而言，在提高各种类型的建筑结构的安全性这一更一般情境中提出一种简单、鲁棒并且更可靠的改进的监视设备以允许测量实心结构的至少一个物理数量。

发明内容

这一目的由根据权利要求1的一种设备实现。

在从属权利要求2至11中限定这样的设备的又一实施例。

在权利要求12中限定一种包括根据本发明的设备的监视系统。