带有测量压力和温度的集成传感器的纺织品.pdf

本发明涉及造纸机上使用的纺织品(6)，采用单丝或者异形结构作为支撑元件(1)，上面设置测量压力和/或温度的层状传感器，其特征在于，传感器由至少三层(2，3，4)构成，其中，第二层(3)具有压电特性，接触第二层(3)的层(2，4)构成电极，电极可以或已经与分析装置连接。本发明还涉及制造这种纺织品的方法。

1.  造纸机上使用的纺织品(6)，采用单丝或者异形结构作为支撑元件(1)，上面设置用于测量压力和/或温度的层状传感器，其特征在于，传感器由至少三层(2，3，4)构成，其中，第二层(3)具有压电特性，与第二层(3)接触的层(2，4)构成电极，可以或已经与分析装置连接。

2.  按权利要求1所述的纺织品，其中，第二层(3)被极化。

3.  按权利要求1或2所述的纺织品，其中，第二层的厚度为10μm-50μm。

4.  按权利要求1-3之一所述的纺织品，其中，第二层(3)由聚偏氟乙烯共聚物组成的漆构成。

5.  按权利要求1-4之一所述的纺织品，其中，接触第二层(3)的层(2，4)通过表面金属化构成。

6.  按前述权利要求之一所述的纺织品，其中，接触第二层(3)的一层或者两层(2，4)分段式中断。

7.  按权利要求6所述的纺织品，其中，在仅层(2，4)之一中断的情况下，另一层继续起到接地电极的作用。

8.  按前述权利要求之一所述的纺织品，其中，在支撑元件(1)上设置电绝缘层和/或防湿层形式的另一层(5)。

9.  按前述权利要求之一所述的纺织品，其中，除传感器外，还在支撑元件(1)上设置分析装置。

10.  按前述权利要求之一所述的纺织品，其中，分析装置在动态负荷时可以通过在传感器上产生的电流工作。

11.  按前述权利要求之一所述的纺织品，其中，支撑元件(1)为设置在纺织品上的一种单丝或者特别是以带的形式挤压设置在纺织品上的凸起的异形结构。

12.  按前述权利要求之一所述的纺织品，其中，支撑元件(1)具有圆形的，扁平的或者矩形的横截面。

13.  按前述权利要求之一所述的纺织品，其中，支撑元件(1)嵌入纺织品的纵向和/或横向上。

14.  按前述权利要求之一所述的纺织品，其中，传感器层至少部分环绕支撑元件(1)的表面。

15.  按前述权利要求之一所述的纺织品，其中，分析装置包括信号处理电子装置和/或传输电子装置。

16.  按权利要求15所述的纺织品，其中，信号处理电子装置具有至少一个带有有机半导体的晶体管或者借助于半导体技术制成的晶体管。

17.  按权利要求15或16所述的纺织品，其中，传输电子装置作为RFID标记或者OFW部件构成。

18.  按前述权利要求之一所述的纺织品，其中，利用理想的电压测量读出压力和/或温度的静态和动态测量结果。

19.  用于制造按前述权利要求之一所述的纺织品的方法，其特征在于，在第一步骤内在支撑元件(1)上设置金属化层(2)，在进一步的步骤内在金属化层(2)的上面设置具有压电特性的漆层(3)，该漆层(3)在下一步骤内极化，而且在进一步的步骤内在具有压电特性的层(3)上面设置另一金属化层(4)。

20.  按权利要求19所述的方法，其中，在进一步的步骤中，在支撑元件(1)上设置电绝缘层和/或防湿层(5)。

21.  按权利要求19或20所述的方法，其中，在进一步的步骤中，在支撑元件(1)上附加设置按前述权利要求之一所述的分析电子装置。

带有测量压力和温度的集成传感器的纺织品
技术领域
本发明涉及在造纸机上使用的纺织品，采用单丝或者异形结构作为支撑元件，上面设置测量压力和温度的层状传感器，还涉及制造一种纺织品支撑元件的方法。
背景技术
这种纺织品例如US6.158.676有所公开。这种公开的纺织品在其基质上具有传感器，借助于Nd：YAG激光器辐射激发，并由此利用不同于激发波长的波长发出辐射。这种辐射借助于纺织品附近的检波器检测，从而可以借助于传感器发出辐射波长的强度和振幅确定例如像纺织品的速度或者温度信息。
这种设置的主要缺点在于，如Nd：YAG激光器，检波器和分析计算机这些单个部件费用很高。此外，各部件还需要非常大的占地面积，而且彼此的设置相当不灵活。因此，只能在确定的测量点上进行测量，以至于纺织品的一些区域由于固定的测量设置而不能达到。
文献WO93/21378公开了一种借助于感应的无接触式测量法。为此在纺织品内织入导电的或者磁化的金属带。测量用于确定纺织品在造纸机上的位置，并借助于纺织品从中穿过的两个检波器进行。
这里的缺点也是测量点的数量有限和难于接近某些过程区域。通过这种测量结构也仅能检测纺织品在造纸机上的定位误差。不能测量纺织品的速度，压力或者温度。
文献DE43 11 402 A1公开了一种测量装置，用于测量造纸机毡子的温度和透水性，该装置设置在造纸机毡子的外面。测量装置为此具有与真空源连接的微波头。测量头安装在毡子上，毡子借助于真空源吸到测量头上。在此方面，测量头内的温度测量值传感器测量吸入的空气和吸入的水分。同时借助于处于测量头内的微波辐射器确定从毡子中吸出的水量。通过温度测量，可以在幅面上和超过幅面在毡子上跟踪压制部分的脱水能量均匀扩展。
这种测量装置的缺点一方面是测量头必须安装在纺织品上或造纸机毡子上。另一方面，带有测量毡子中水量的微波辐射器和带有测量通过测量头吸入风道内空气的温度传感器的测量头的构成非常麻烦而且成本很高。为此，测量点的数量一方面在结构上，另一方面出于成本原因受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纺织品，可以在该纺织品内部任意多个测量点上节省占地面积和成本不高地进行测量。
依据本发明该目的由此得以实现，即传感器由至少三层构成，其中，第二层具有压电特性，接触第二层的层构成电极，可以或已经与分析装置连接。
压电层利用两个电极构成一个系统，可以测量温度，压力以及压力中的变化或差，因为在压力或者温度负荷下，在压电层内发生电荷转移，导致电子释放，电子反过来被电极重新吸收，并以电信号的形式输送到分析装置的电子电路内。
为尽可能简单地涂覆传感器的第二层，第二层具有优点地由聚偏氟乙烯共聚物组成的漆构成，厚度为10μm-50μm。为取得上述特性将该层极化。
为测量静态和动态负荷，接触第二层的一层或者两层可以分段式中断，其中，在仅层之一中断的情况下，另一层继续起到接地电极的作用。在两个电极中断的情况下，产生下述结构。首先，通过层组合，即第一金属层，压电漆，第二金属层，绝缘漆层在支撑元件上产生测量区。可以通过局部去除金属层之一或者两个金属层达到中断，从而在中断区域内形成的层序为金属层，压电漆，绝缘漆层或者压电漆，绝缘漆层。随后设置具有与上述第一测量区层序相同的另一测量区。通过传感器的这种结构，可以通过理想的电压测量确定压电层上产生的电荷转移。既可以静态测量，也可以动态测量。
如果同时将在电荷转移时释放的电子作为传感器和/或分析装置的电源使用，那么必须存在动态压力负荷或者温度负荷。在静态负荷时，在第一电荷转移时释放的电子不释放可供给传感器或分析装置能量的其它电子。而在动态负荷时，任何负荷变化都会产生电荷转移，可将其用于为分析装置供电，特别是在该装置设置在支撑元件的情况下。
为防止传感器或外部金属层例如因水造成的短路，在支撑元件上具有优点地设置电绝缘和/或防潮层式的另一层。
为进一步减少所需的安装空间，除传感器之外，还将分析装置设置在支撑元件上。通过这种设置不仅减少了安装空间，而且还可以根据所选择的分析装置，在设置具有传感器的支撑元件区域内的纺织品的任意位置上，在任意时间点上测量压力和/或温度。
包括在纺织品里面的支撑元件是一种加捻的或者不加捻的单丝，或者是一种特别是以条状形式挤压凸起的异形结构。这种异形结构例如在DE37 35 709和EP1 035 251中有所公开。这样获得的较小的尺寸可以简单设置在纺织品里面或者上面，例如织入织物内或者嵌入纤维网衬纱或者针织物内。在此方面，支撑元件可以具有圆形的，扁平的或者矩形的横截面。在此方面，可以保持支撑元件地可纺织加工性，从而可以将带有集成压力/温度传感器的支撑元件和包括电流源在内的分析装置无论是纵向还是横向任意嵌入或者织入纺织品内。该纺织品例如可以由里面织入支撑元件的毡子组成，或者由带有传感器层和没有传感器层的可以编织的支撑元件组合而成。通过各层的分段，可以与某个区域相关准确地检测到信号。如果温度几乎不变，那么压力对各层的影响产生随着压力程度变化的电信号，可以作为测量信号进行分析。如果压力在一定范围内几乎不变，那么可能的温度变化产生随着温度程度变化的电信号，可以作为测量信号使用。
通过将支撑元件在纵向上和/或横向上可变地嵌入纺织品内，支撑元件可以根据所要确定的负荷在纺织品内定位。在此方面，传感器层可以完全或者仅部分地包围支撑元件的表面。
分析装置可以具有优点地包括信号处理电子装置和/或传输电子装置。信号处理电子装置最好可以利用由有机半导体组成的晶体管构成，因为这种半导体可以保持纺织品的纺织特性。也可以使用采用公知的半导体技术制造的晶体管。
传输电子装置可以借助于RFID技术或者借助于OFW元件实现。RFID技术(射频识别技术)是一种基于交变电磁场的物理基础的无接触式数据传输。在此方面所使用的RFID标记无需视线连接便可由计算机控制的装置(阅读器)读取。作用距离处于最多1米的范围内。为了能够读取储存在集成芯片上的信息，阅读器发出电磁频率场，可以通过RFID标记上的小型天线接收。通过无线连接可以读取，处理和需要时修改储存的数据。集成微型芯片(相对于应答器)通过阅读器的射频场供给能量，因此不需要本身的能源。
OFW元件是特殊的微型声学元件，由压电基质组成，在其极化的表面上涂覆如数字码间转换器或者反射器这种金属结构。当向转换器施加交流电压时，那么该电压由于反相的压电效应被转换成晶体表面的周期性变形。这种变形作为声学表面波(OFW)扩散。OFW应答器既不需要布线也不需要电池。此外它们体积小，结实，价格便宜，且非常耐用。它们例如能够承受强辐射，高温或者震动。因此，它们非常理想地适合于在运动或者旋转部件的那种不宜靠近的位置上使用。按照这种方式，传感器信号可以由无线电传输，由此可以更灵活地构成纺织品外面的读取电子装置的设置。在此方面，利用理想的电压测量读出压力和/或温度的静态和动态测量结果。
附图说明
下面借助附图对本发明具有优点的构成进行说明。其中：
图1示出依据本发明的由传感器环绕的支撑元件的横截面；
图2示出干燥筛式的纺织品，带有完全或者部分由依据本发明的传感器环绕的支撑元件；和
图3示出上面设置依据本发明传感器的支撑元件的纵截面。
具体实施方式
图1示出依据本发明纺织品的横截面，它在这种情况下作为单丝式的支撑元件1构成，完全由第一金属层2包围。在该第一金属层2上涂覆具有压电特性的第二层3。在此方面，该层为由聚偏氟乙烯共聚物构成的压电漆，可以喷涂或者采用其他方法涂覆。随后将该层3极化并涂覆第二金属层4。接触第二金属层4的绝缘层5为漆形式的层，作用是保护其下面的金属层4和防止在工作期间损坏。
图2举例示出支撑元件1可能的设置，带有干燥筛6式的传感器层2，3，4，5。在干燥筛6情况下，压力起到次要作用，也就是说，压力基本不变。但重要的是处于干燥筛6内的温度或者温差。借助依据上述实施例的传感器层2，3，4，5，可以在干燥过程中测量纸幅宽度上的温度和可能的温差，并因此可以及时发现可能的机器误差。
如果干燥筛6受到压力，具有压电特性的第二层3内电荷就会转移。在此方面自由变化的电子可以被各自的电极2或4吸收，并输送给未示出的分析装置。
图3示出支撑元件1的纵截面，它单面涂覆依据本发明的传感器。支撑元件1作为扁平单丝构成，在其一面上设置金属层2，该层上面再涂覆具有压电特性的极化漆层3。在该漆层3上涂覆另一金属层4，它通过绝缘层5防止外部工作造成的损坏。