具有自校正功能的埋入式传感器系统封装方法和装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103148884 A (43)申请公布日 2013.06.12 CN 103148884 A *CN103148884A* (21)申请号 201310058553.8 (22)申请日 2013.02.25 G01D 11/00(2006.01) G01D 11/24(2006.01) (71)申请人 太原理工大学 地址 030024 山西省太原市迎泽西大街 79 号太原理工大学 (72)发明人 李朋伟 郝惠敏 李刚 许成龙 连崑 张文栋 桑胜波 胡杰 (74)专利代理机构 山西五维专利事务所 ( 有限 公司 ) 14105 代理人 李印贵 (54) 发明名称 具有。

2、自校正功能的埋入式传感器系统封装方 法和装置 (57) 摘要 本发明公开了一种具有自校正功能的埋入式 传感器系统封装方法， 该方法采用内部封装和外 部封装两个步骤， 内部封装将传感器封装在底座 和上盖中， 并用沥青或水泥构筑成球形， 然后放入 封装外壳中， 将封装外壳密封完成外部封装。 封装 好的传感器系统为球形， 由于其重心在整个结构 底部， 在配重螺杆的作用下可以使得封装好的传 感器在封装外壳内部始终处于监测的最佳位置， 实现传感器检测位置的自校正 ； 外部封装为耐高 温脆性材料， 受外力挤压可破碎， 使其内部封装的 球形结构完全与被监测的环境融合。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1。

3、 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103148884 A CN 103148884 A *CN103148884A* 1/1 页 2 1.一种具有自校正功能的埋入式传感器系统的封装方法,其特征在于:封装采用内部 封装和外部封装两个步骤， 其中 ： 所述内部封装 ： 首先根据被封装传感器的尺寸制作底座、 上盖和配重螺杆 ； 将传感器 的供电电池放入底座的沉槽中并用螺钉固定 ； 然后将传感器放入底座内用螺钉固定 ； 盖上 上盖， 使上盖的下沿嵌入底座预留的配合面， 用自攻螺。

4、丝从底座的外部攻入上盖下沿固定 上盖 ； 从上盖的灌封孔灌入环氧树脂， 使环氧树脂充盈整个上盖的内部空间 ； 环氧树脂固 化后， 将经过上述封装传感器的底座放置在任意平面上， 将配重螺杆从底座的配重螺杆孔 中插入， 调节配重螺杆的旋入长度， 使内部封装传感器的重心位于内部封装底座的下半部 分， 使传感器始终处于上盖在上面且竖直的最佳工作状态 ； 最后采用球形模具浇注沥青或 水泥与被测环境一致的材料， 将上述整个结构构筑成球形， 完成内部封装 ； 所述外部封装 ： 根据内部封装好的球形结构的尺寸采用模具制作封装外壳 ； 将内部封 装好的球形结构放入任意一半封装外壳， 并将另一半封装外壳与之接合，。

5、 形成一个完整的 球形 ； 用环氧树脂将两半部分粘合， 从而完成外部封装。 2. 一种具有自校正功能的埋入式传感器系统的封装装置， 包括底座、 上盖和配重螺杆， 所述的上盖扣在底座上， 配重螺杆插装在底座的配重螺杆孔中， 并能够调节配重螺杆的旋 入长度 ； 其特征在于， 所述的底座为半球形实心结构， 传感器的重心位于内部封装底座的下 半部分， 其上部加工有与上盖下沿配合的配合槽， 配合槽的周边均匀分布可插入自攻螺丝 的螺孔 ； 底座内部加工有平面， 平面上均匀分布用于固定传感器的螺孔 ； 平面的中部根据 供电电池的外形尺寸加工沉槽用于放置传感器的供电电池， 在内部平面上加工用于固定传 感器供电。

6、电池的螺孔 ； 底座 1/3 高度的外部加工四个平行于底座轴线的平面， 在四个平面 的中部加工通螺孔， 用于安装配重螺杆。 3. 根据权利要求 2 所述的具有自校正功能的埋入式传感器系统的封装装置， 其特征在 于， 所述的上盖为圆柱形空心结构， 其上表面有一矩形突起， 在矩形突起表面的中部加工通 孔， 用于灌注环氧树脂， 圆柱形上表面根据要封装传感器种类和数量加工通孔， 用于将传感 器及传输天线伸出。 4. 根据权利要求 2 所述的具有自校正功能的埋入式传感器系统的封装装置， 其特征在 于， 所述的底座为坚硬的耐腐蚀材料， 上盖为轻质的耐腐蚀材料。 5. 根据权利要求 2 所述的具有自校正功能。

7、的埋入式传感器系统的封装装置， 其特征在 于， 所述的配重螺杆为圆柱形， 一端加工一字沉槽并倒角， 外表面加工螺纹， 与底座上加工 的用于安装配重螺杆的螺孔进行螺纹配合。 6. 根据权利要求 2 所述的具有自校正功能的埋入式传感器系统的封装装置， 其特征在 于， 所述的封装外壳为两个半球形空壳， 内径比内部封装好的球形直径大 10 15mm， 壁厚 3.5mm 4.5mm, 材料为陶瓷。 权 利 要 求 书 CN 103148884 A 2 1/3 页 3 具有自校正功能的埋入式传感器系统封装方法和装置 技术领域 0001 本发明涉及传感器封装方法， 特别是一种具有自校正功能的埋入式传感器系统。

8、的 封装方法。 背景技术 0002 高速公路、 桥梁、 隧道等的安全监测是保证它们安全运营的重要手段。 目前对高速 公路、 桥梁、 隧道等的安全监测采用的多为埋入式传感器平台， 当传感器平台埋入路基或结 构中时， 常会因受到结构变形的挤压、 高温以及外界冲击载荷的作用等因素而损坏， 造成安 全监测无法正常进行。因此对埋入式传感器平台进行合理的封装， 使其在埋入被测物中后 仍能保持正常的工作状态是十分重要的。 发明内容 0003 本发明针对当前埋入式传感器存在的以上问题， 公开了一种具有自校正功能的埋 入式传感器封装方法， 该封装方法使得埋入式传感器封装后能够有良好的机械强度、 耐腐 蚀性和耐高。

9、温性， 且能够与周围环境充分融合， 特别是具有自校正的功能， 能够在传感器系 统埋入被测结构时始终保持内部传感器处于最佳工作位置， 从而确保传感器能够获得精确 的检测数据。 0004 为了实现上述目的， 本发明的技术方案是 ： 0005 一种具有自校正功能的埋入式传感器平台封装方法， 其特征在于 ： 封装采用内部 封装和外部封装两个步骤， 其中 ： 0006 所述内部封装 ： 首先根据被封装传感器的尺寸制作底座、 上盖和配重螺杆 ； 将传 感器的供电电池放入底座的沉槽中并用螺钉固定 ； 然后将传感器放入底座内用螺钉固定 ； 盖上上盖， 使上盖的下沿嵌入底座预留的配合面， 用自攻螺丝从底座的外部。

10、攻入上盖下沿 固定上盖 ； 从上盖的灌封孔灌入环氧树脂， 使环氧树脂充盈整个上盖的内部空间 ； 环氧树 脂固化后， 将经过上述封装传感器的底座放置在任意平面上， 将配重螺杆从底座的配重螺 杆孔中插入， 调节配重螺杆的旋入长度， 使内部封装传感器的重心位于内部封装底座的下 半部分， 使传感器始终处于上盖在上面且竖直的最佳工作状态 ； 最后采用球形模具浇注沥 青或水泥与被测环境一致的材料， 将上述整个结构构筑成球形， 完成内部封装 ； 0007 所述外部封装 ： 根据内部封装好的球形结构的尺寸采用模具制作封装外壳 ； 将内 部封装好的球形结构放入任意一半封装外壳， 并将另一半封装外壳与之接合， 形。

11、成一个完 整的球形 ； 用环氧树脂将两半部分粘合， 从而完成外部封装。 0008 一种具有自校正功能的埋入式传感器系统的封装装置， 包括底座、 上盖和配重螺 杆， 所述的上盖扣在底座上， 配重螺杆插装在底座的配重螺杆孔中， 并能够调节配重螺杆的 旋入长度 ； 其特征在于， 所述的底座为半球形实心结构， 传感器的重心位于内部封装底座的 下半部分， 其上部加工有与上盖下沿配合的配合槽， 配合槽的周边均匀分布可插入自攻螺 丝的螺孔 ； 底座内部加工有平面， 平面上均匀分布用于固定传感器的螺孔 ； 平面的中部根 说 明 书 CN 103148884 A 3 2/3 页 4 据供电电池的外形尺寸加工沉槽。

12、用于放置传感器的供电电池， 在内部平面上加工用于固定 传感器供电电池的螺孔 ； 底座 1/3 高度的外部加工四个平行于底座轴线的平面， 在四个平 面的中部加工通螺孔， 用于安装配重螺杆。 0009 所述的上盖为圆柱形空心结构， 其上表面有一矩形突起， 在矩形突起表面的中部 加工通孔， 用于灌注环氧树脂， 圆柱形上表面根据要封装传感器种类和数量加工通孔， 用于 将传感器及传输天线伸出。 0010 所述的底座为坚硬的耐腐蚀材料， 上盖为轻质的耐腐蚀材料。 0011 所述的配重螺杆为圆柱形， 一端加工一字沉槽并倒角， 外表面加工螺纹， 与底座上 加工的用于安装配重螺杆的螺孔进行螺纹配合。 0012 。

13、所述的封装外壳为两个半球形空壳， 内径比内部封装好的球形直径大 10 15mm， 壁厚 3.5mm 4.5mm, 材料为陶瓷。 0013 本发明的显著优点是 ： 0014 1） 使埋入式传感器系统封装后具有良好的机械强度、 耐腐蚀性和耐高温性。 0015 2） 传感器系统能够与被测环境完全融合。 0016 3） 具有自校正的功能， 能够在传感器系统埋入被测物时始终保持内部传感器处于 最佳工作位置。 附图说明 0017 图 1 为本发明传感器封装流程图 ； 0018 图 2 为本发明底座结构示意图 ； 0019 图 3 为本发明底座俯视图 ； 0020 图 4 为本发明底座 A-A 刨视图 ； 。

14、0021 图 5 为本发明上盖结构示意图 ； 0022 图 6 为本发明上盖俯视图 ； 0023 图 7 为本发明上盖 A-A 刨视图 ； 0024 图 8 为本发明配重螺杆示意图。 0025 图中， 1、 2、 3 为固定传感器螺孔， 4、 5、 6、 7 为固定电池螺孔， 8、 9、 10、 11 为自攻螺丝 螺孔， 12、 13 为配重螺孔 ； 14 为沉槽， 15 为配合面， 16 为通孔 3， 17 为通孔 1， 18 为灌封孔， 19 为通孔 2， 20 为通孔 4。 具体实施方式 0026 以下以桥梁健康监测传感器封装为实例， 结合附图介绍本发明详细技术方案， 本 实例仅为一个实。

15、施例， 本发明不限于该实例。 0027 桥梁健康监测传感器为埋入式传感器， 用于测量桥梁内部工作环境的温、 湿度， 车 载通过路面时的压力、 张力， 以及桥梁在遭受飓风、 车辆通过时， 由于振动而引起加速度的 变化， 从而监测桥梁的健康情况。 桥梁健康监测传感器包括温、 湿度传感器、 加速度传感器、 张力传感器以及压力传感器， 所有传感器均连接在电路板上， 并配有无线传输装置。 0028 如图 1 所示， 封装主要包括内部封装和外壳封装两个步骤， 内部封装的第一步是 根据被封装传感器的尺寸制作底座、 上盖和配重螺杆。 说 明 书 CN 103148884 A 4 3/3 页 5 0029 如图。

16、 2-4 所示， 底座为直径为 75mm 的半球形实心结构， 其上部加工有与上盖下沿 配合直径为 65mm 的配合面 15， 配合面的周边以 90均匀分布有 4 个可插入自攻螺丝的自 攻螺丝螺孔 8-11 ； 底座内部加工有平面， 平面上以 120均匀分布 3 个直径 2mm 的固定传 感器螺孔 1-3， 用于固定传感器 ； 平面的中部加工长 51mm、 宽 12mm、 深 3mm 的矩形沉槽 14， 沉槽四周倒圆角， 用于放置传感器的供电电池， 在沉槽一端、 底座的内部平面上加工 4 个直 径 3mm、 深 5mm 的固定电池螺孔 4-7， 用于固定传感器的供电电池 ； 在底座 1/3 高度。

17、的外部 加工4个平行于底座轴线的平面， 任意选择两个平面， 在其中部分别加工直径8mm配重螺孔 12-13， 配重螺孔 12-13 为通孔， 用于安装配重螺杆。 0030 如图 5-7 所示， 上盖为直径是 65mm、 壁厚为 4.5mm 的圆柱形空心结构， 其上表面有 一矩形突起， 在矩形突起表面的中部和圆柱形上表面根据传感器的位置加工 2 个通孔 ： 通 孔1和通孔2， 对应图中标号分别为17和19， 用于将传感器伸出 ； 根据天线的位置在圆柱形 上表面加工 2 个通孔 ： 通孔 3 和通孔 4， 对应图中标号分别为 16 和 20， 用于将传输天线伸 出 ； 在圆柱形上表面加工灌封孔 1。

18、8， 用于灌注环氧树脂， 0031 如图8所示， 配重螺杆为圆柱形， 共有4个， 一端加工一字沉槽并倒角， 另一端外表 面加工直径 8mm 的外螺纹， 用一字改锥就可以将配重螺杆从底座的配重螺孔 12-13 的两端 旋入。 0032 如图 1 所示， 在加工好底座、 上盖和配重螺杆后， 先将传感器的供电电池放入底座 的沉槽 14 中并用螺钉固定， 然后将连接传感器的电路板放入底座内用螺钉固定， 盖上上 盖， 使上盖的下沿嵌入底座预留的配合面 15 中， 用自攻螺丝从底座的外部攻入上盖下沿固 定上盖 ； 然后从上盖的灌封孔 18 灌入环氧树脂， 使环氧树脂充盈整个上盖的内部空间 ； 环 氧树脂固。

19、化后， 将经过上述封装传感器的底座放置在任意平面上， 将 4 个配重螺杆从底座 配重螺孔 12-13 的两端插入， 调节配重螺杆的旋入长度， 使内部封装传感器的重心位于内 部封装底座的下半部分， 维持内部封装传感器的竖直姿态保证其始终处于上盖在上面且竖 直的最佳工作状态 ； 最后采用球形模具浇注水泥将上述整个结构构筑成球形， 完成内部封 装。 0033 制作好封装外壳后， 内部封装好的球形结构放入封装外壳， 并将其用环氧树脂粘 合， 完成外部封装。 0034 桥梁健康监测传感器系统埋设时， 与浇注混凝土混合， 由于内部封装为球形， 在配 重螺杆的作用下其重心位于整个结构底部， 这样的球形结构像。

20、一个不倒翁， 当内部封装的 球形结构随着封装外壳翻转而偏离上盖在上面且竖直的最佳监测位置时， 内部封装球形结 构会自动调整自身状态使其重力作用线通过内部封装球体与封装外壳的接触点， 最终达到 新的平衡。 这样， 无论外壳如何翻转， 内部封装的传感器球体都可以实现传感器检测位置的 自校正， 使内部封装的球形结构始终处于上盖在上面且竖直的最佳工作状态， 从而确保监 测精度 ； 外部封装为耐高温脆性材料， 因此， 在水泥浇注后受外力挤压破碎， 使其内部封装 的球形结构完全与被监测的环境融合， 从而最大限度地避免监测受外界因素的干扰。 说 明 书 CN 103148884 A 5 1/3 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103148884 A 6 2/3 页 7 图 2 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103148884 A 7 3/3 页 8 图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103148884 A 8 。