[发明专利]具有结构化承载件的应变测量结构

说明书

本发明涉及应变测量结构，其包括承载件，该承载件仅在接合到待测物体之后才沿着预定断裂点划分成多个部位。在沿着预定断裂点分开之后，在物体发生应变的情况下，在接合区中单独接合的部位可以相对于彼此自由移动，而应变测量结构不会对待测量物体施加明显的力，这可能会使应变测量失真。用于测量应变的测量组件位于部位之间。取决于应用，所述测量组件可以基于不同的原理。本发明还涉及用于生产应变测量结构的方法、用于测量物体的应变的方法以及该结构在测量应变中的用途。本发明还优选地涉及一种系统，该系统包括应变测量结构和用于读出并且优选地激活并接合该结构的控制装置。

技术领域

本发明涉及一种应变测量结构，其包括承载件，该承载件仅在接合到待测物体之后才沿着预定断裂点被分成多个部位。在沿着预定断裂点分开之后，在物体发生应变的情况下，在接合区中单独接合的部位可以相对于彼此自由移动，而应变测量结构不会对待测量物体施加明显的力，这可能会让应变测量失真。用于测量应变的测量组件位于部位之间。取决于应用，所述测量组件可以基于不同的原理。本发明还涉及用于制造应变测量结构的方法、用于测量物体的应变的方法以及该结构在应变测量中的用途。本发明还优选地涉及一种系统，该系统包括应变测量结构和用于读出并且优选地激活(activate)并接合该结构的控制装置。

背景技术

例如，对物体进行应变测量以确定尺寸并评估机械应力部件。为了根据其功能适当确定机械应力部件的尺寸，必须了解应力的类型。用于设计的决定性参数是出现的最大应力，该最大应力最终决定了尺寸。这些压力需要预先确定，然后在实验中进行实验检查。因此，可以将实验应力分析视为理论计算与实验期间验证之间的链接。应变仪或通常的应变传感器用于这种应力分析。

此外，在机器状况监测过程中需要对应变进行实验分析，以记录和记载变化的应力，例如，由于边界条件和操作条件以及材料特性随时间的变化而引起的应力变化。

由于部件的几何形状和载荷应用，应力状况是位置的函数。主应力的大小及其主方向在整个表面上都变化。局部应力峰值通常位于明显的尺寸变化周围，诸如肩部、缺口等。在它们附近存在明显的梯度。应力状况是经由形变或应变测量确立的。即使在较高的部件应力(恰好在断裂点之前受力)的情况下，在通常使用的、最主要的金属材料中仅有非常小的形变或应变(约1至2‰)。承受纯机械载荷的部件在部件表面上经受的应力最大。因此，该测量优选地在表面上进行。因此，必须在局部引入和应用敏感的测量结构，并尽可能紧密地连接至测试物体。

通常必须测量多轴应力状况。只要不存在额外的法向载荷(例如压力)，通常在待测物体的表面上就会出现双轴应力状况。然而，通常来说，其主要方向是未知的。应变仪的应变花(rosette，其在不同的方向上具有多个应变仪)完成了在实验应力分析中完全确定双轴应力/应变状况的重要任务，因为已经证明可以通过在不同方向上利用三次独立应变测量来确定主应变。即使主要方向是已知的，仍然需要两次独立的应变测量来确定它们。现有技术中已知的布置是45°直角应变花和60°三角形应变花。

应变仪基于由于长度和横截面变化而引起的电阻变化。如果应变仪被伸展，其电阻会增加。如果应变仪被压缩(负应变)，其电阻会降低。在此，适用dR/R＝k·ε，其中ε对应于长度的相对变化。

金属应变仪的问题区域是低k因子、发生的低灵敏度以及应变仪很大，因此空间分辨率较差，特别是对于应变花而言，由于应变仪的尺寸，在不同位置处的不同轴上进行测量，导致错误的结果。

相比之下，半导体应变仪可进行明显更灵敏的测量。然而，尽管这些应变仪的机械灵敏度也很高，但是组装很复杂，并且应变仪经常断裂。另外，这些半导体应变仪通常被刚性地粘合在待测量物体的整个表面上，通常是为了增加应变仪的稳定性。其中，粘合剂的机械性能经常影响应变测量和使应变测量失真。

通常，现有技术中已知的应变仪测量方法也存在问题，特别是其中桥接电路通常在部件上的不同位置处仅使用1或2个有源、相对较大的应变仪，并且桥接电路补充有无源电阻器，其特别是会导致较差的温度补偿和低灵敏度。