一种应变薄膜的结构及制备方法.pdf

本发明涉及地下管线测量技术领域，具体涉及应变薄膜的结构及制备方法,该结构包括硅基底，所述硅基底上形成有沟道，所述沟道上覆设有复数个压敏电阻，复数个压敏电阻分成两排排列，并形成惠斯通电桥桥臂，所述复数个压敏电阻将所述沟道密封，形成真空沟道，所述复数个压敏电阻对应于所述真空沟道的部分为应力集中区，所述硅基底上还形成有源区、漏区和漂移区，所述沟道设置在源区和漂移区之间，且沟道与源区和漂移区之间通过保护层隔离。方法制备上述结构的应变薄膜。应变薄膜灵敏度高。

权利要求书1.  一种应变薄膜的结构，其特征在于：包括硅基底，所述硅基底上形成有沟道，所述沟道上覆设有复数个压敏电阻，复数个压敏电阻分成两排排列，并形成惠斯通电桥桥臂，所述复数个压敏电阻将所述沟道密封，形成真空沟道，所述复数个压敏电阻对应于所述真空沟道的部分为应力集中区，所述硅基底上还形成有源区、漏区和漂移区，所述沟道设置在源区和漂移区之间，且沟道与源区和漂移区之间通过保护层隔离。 2.  根据权利要求1所述的一种应变薄膜的结构，其特征在于：所述应变薄膜的尺寸为宽度：1-10cm，相邻两应变薄膜之间的距离为10-20cm。 3.  一种应变薄膜的制备方法，其特征在于，包括： A、在硅基底上形成沟道，并在该沟道上覆设复数个压敏电阻， B、复数个压敏电阻分成两排排列，并形成惠斯通电桥桥臂， C、所述复数个压敏电阻将所述沟道密封，形成真空沟道， D、所述复数个压敏电阻对应于所述真空沟道的部分为应力集中区， F、在硅基底上形成漏区， G、在硅基底上沟道两侧形成源区和漂移区，且沟道与源区和漂移区之间设置保护层隔离。

说明书一种应变薄膜的结构及制备方法
技术领域
本发明涉及地下管线测量技术领域，尤其涉及一种基于应变薄膜的结构及制备方法。
背景技术
随着城市建设的发展，地下管线分布的规模和种类日益剧增。地下管线包括电缆、供热管道、供水管道、燃气管道等等，由于其是埋设在地底下，一旦发生破裂等无法立刻即使定位，给管理人员的维修带来不便。更甚至是无法立刻定位后造成更严重的危险，导致人员财产的损失。地下管线长居于黑暗无光的地下，其即使发生泄漏等多半是根据传感器对泄漏物体量进行测量来感应的，而处于成本的考虑，传感器的设置均是间隔一定距离，无法遍布整个管道，其感应速度和感应效果大大降低，且一些管道上细小的裂缝就无法即使感应到，而需要泄漏等情况发生的后才有可能感应，而往往细小的裂缝修补容易简单，而一旦造成泄漏后，则很有可能造成财产的重大损失，甚至造成人员伤亡。因此，如何准确定位地下管线的微小故障位置，并准确作出故障反馈，将管线损耗在瑕疵阶段就即使避免，最大化地减少财产和人员损失。
发明内容
解决上述技术问题，本发明提供了一种基于北斗定位的地网管线测试系统，配合贴设在管道表面的应变薄膜，并设计一等效电路，检测应变薄膜对电路电阻的变化，从而检测出故障点的位置，即使将最微小的损耗即使准确地定位，为管道维护提供最及时的检测定位功能。
本发明还提供了一种基于北斗定位的地网管线测试方法，通过在管道表面贴设应变薄膜，并配合相应电路对管道上的裂缝和微小形变进行感应，从而准确定位管道表面裂缝和微小形变，给管道维护提供最大化的时间保证，并大大降低了管道维护成本。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种基于北斗定位的地网管线测试系统，包括贴设在管线外表的应变薄膜，以及设置在应变薄膜外表的防水薄膜，所述应变薄膜为N个环状应变薄膜，其中N≥2，每一环状应变薄膜紧贴设在管道周向环外壁，相邻两个环状应变薄膜之间具有绝缘膜隔离，还包括整流电路、滤波电路、A/D转换电路、主控电路和北斗定位模块，每n个环状应变薄膜之间通过导线串联或并联成为应变薄膜组，其中1≤n≤N，应变薄膜组与整流电路、滤波电路、A/D转换电路和主控电路依次电性连接，所述北斗定位模块与主控电路电性连接，北斗定位模块通过无线通信网络与后台数据库及监控中心通信。
进一步的，所述整流电路为桥式整流电路,其由电阻R1、R2、R3、R4依序头尾连接构成，其中电阻R1和电阻R2的共同连接端为a端，电阻R1和电阻R3的共同连接端为b端，电阻R3和电阻R2的共同连接端为c端，电阻R2和电阻R4的共同连接端为d端，a端和c端连接交流电源UI，b端和d端为电压输出端UO并与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与A/D转换电路输入端连接，A/D转换电路输出端与主控电路连接。
进一步的，还包括电源电路，所述电源电路输入端连接交流电源UI，所述电源电路输出直流电源分别为滤波电路、A/D转换电路和主控电路以及北斗定位模块供电。
一种基于北斗定位的地网管线测试方法，包括以下步骤：
在管线外表均匀贴设N个环状应变薄膜，其中N≥2，并在每一环状应变薄膜外表贴设防水薄膜，
并在相邻两个环状应变薄膜之间设置绝缘膜隔离，
每n个环状应变薄膜之间通过导线串联或并联成为应变薄膜组，其中1≤n≤N，
设置n个依序连接的整流电路、滤波电路、A/D转换电路、主控电路和北斗定位模块构成运算电路，
并将每一应变薄膜组与每一运算电路连接，所有运算电路均通过无线通信网络与后台数据库及监控中心通信。
进一步的，所述整流电路为桥式整流电路,其由电阻R1、R2、R3、R4依序头尾连接构成，其中电阻R1和电阻R2的共同连接端为a端，电阻R1和电阻R3的共同连接端为b端，电阻R3和电阻R2的共同连接端为c端，电阻R2和电阻R4的共同连接端为d端，a端和c端连接交流电源UI，b端和d端为电压输出端UO并与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与A/D转换电路输入端连接，A/D转换电路输出端与主控电路连接。
进一步的，还设置有电源电路，所述电源电路输入端连接交流电源UI，所述电源电路输出直流电源分别为滤波电路、A/D转换电路和主控电路以及北斗定位模块供电。
应变薄膜的结构包括硅基底，所述硅基底上形成有沟道，所述沟道上覆设有复数个压敏电阻，复数个压敏电阻分成两排排列，并形成惠斯通电桥桥臂，所述复数个压敏电阻将所述沟道密封，形成真空沟道，所述复数个压敏电阻对应于所述真空沟道的部分为应力集中区，所述硅基底上还形成有源区、漏区和漂移区，所述沟道设置在源区和漂移区之间，且沟道与源区和漂移区之间通过保护层隔离。
应变薄膜的制备方法如下：
A、在硅基底上形成沟道，并在该沟道上覆设复数个压敏电阻，
B、复数个压敏电阻分成两排排列，并形成惠斯通电桥桥臂，
C、所述复数个压敏电阻将所述沟道密封，形成真空沟道，
D、所述复数个压敏电阻对应于所述真空沟道的部分为应力集中区，
F、在硅基底上形成漏区，
G、在硅基底上沟道两侧形成源区和漂移区，且沟道与源区和漂移区之间设置保护层隔离。
所述应变薄膜的尺寸为宽度：1-10cm，相邻两应变薄膜之间的距离为10-20cm。
本发明通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：
本发明的基于北斗定位的地网管线测试系统，配合贴设在管道表面的应变薄膜，并设计一等效电路，检测应变薄膜对电路电阻的变化，从而检测出故障点的位置，即使将最微小的损耗即使准确地定位，为管道维护提供最及时的检测定位功能。
本发明的一种基于北斗定位的地网管线测试方法，通过在管道表面贴设应变薄膜，并配合相应电路对管道上的裂缝和微小形变进行感应，从而准确定位管道表面裂缝和微小形变，给管道维护提供最大化的时间保证，并大大降低了管道维护成本。
本发明的应变薄膜灵敏度高。
附图说明
图1是本发明的实施例1的结构示意图。
图2是图1的A部放大示意图。
图3是本发明的实施例1的电路等效示意图。
图4是本发明的实施例2的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
作为一个具体的实施例，如图1至图3所示，本发明的一种基于北斗定位的地网管线测试系统，包括贴设在管线1外表的应变薄膜，以及设置在应变薄膜外表的防水薄膜3，所述应变薄膜为N个环状应变薄膜2，即防水薄膜3可以设置为N个，分别设置在N个环状应变薄膜2表面，也可以设置一个，包覆在所有环状应变薄膜2表面，其中N≥2，且N为正整数。每一环状应变薄膜2紧贴设在管道周向环外壁，相邻两个环状应变薄膜2之间具有绝缘膜4隔离，还包括整流电路5、滤波电路6、A/D转换电路7、主控电路8和北斗定位模块9，每n个环状应变薄膜2之间通过导线10串联成为应变薄膜组B，其中1≤n≤N，本实施例中n取16。应变薄膜组与整流电路5、滤波电路6、A/D转换电路7和主控电路8依次电性连接，所述北斗定位模块9与主控电路8电性连接，北斗定位模块9通过无线通信网络与后台数据库及监控中心通信。所述主控电路8包括DSP芯片及其辅助电路。
具体参考图3所示，所述整流电路5为桥式整流电路,其由电阻R1、R2、R3、R4依序头尾连接构成，其中电阻R1和电阻R2的共同连接端为a端，电阻R1和电阻R3的共同连接端为b端，电阻R3和电阻R2的共同连接端为c端，电阻R2和电阻R4的共同连接端为d端，a端和c端连接交流电源UI，b端和d端为电压输出端UO并与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与A/D转换电路7输入端连接，A/D转换电路7输出端与主控电路8连接。
还包括电源电路11，所述电源电路输入端连接交流电源UI，所述电源电路输出直流电源分别为滤波电路、A/D转换电路7和主控电路8以及北斗定位模块9供电。
应变薄膜组B的等效电阻为Ri,该等效电路接入整流电路5的b端，当管线1发生断裂或微小形变时，相应的环状应变薄膜2发生微小形变或者断裂等，使得应变薄膜组B的等效电阻Ri发生改变，此时该阻值经整流电路5、滤波电路6、A/D转换电路7后，发送至主控电路8，通过相应的阻值监测，则可得到哪个应变薄膜组B的等效阻值发生了改变，并将计算结果通过北斗定位模块9发送至后台数据库及监控中心通信，方便检修定位。
本实施例中，所述应变薄膜的结构包括硅基底，所述硅基底上形成有沟道，所述沟道上覆设有复数个压敏电阻，复数个压敏电阻分成两排排列，并形成惠斯通电桥桥臂，所述复数个压敏电阻将所述沟道密封，形成真空沟道，所述复数个压敏电阻对应于所述真空沟道的部分为应力集中区，所述硅基底上还形成有源区、漏区和漂移区，所述沟道设置在源区和漂移区之间，且沟道与源区和漂移区之间通过保护层隔离。
应变薄膜的制备方法如下：
A、在硅基底上形成沟道，并在该沟道上覆设复数个压敏电阻，
B、复数个压敏电阻分成两排排列，并形成惠斯通电桥桥臂，
C、所述复数个压敏电阻将所述沟道密封，形成真空沟道，
D、所述复数个压敏电阻对应于所述真空沟道的部分为应力集中区，
F、在硅基底上形成漏区，
G、在硅基底上沟道两侧形成源区和漂移区，且沟道与源区和漂移区之间设置保护层隔离。
所述应变薄膜的尺寸为宽度：1-10cm，相邻两应变薄膜之间的距离为10-20cm。
本实施例还提供了一种基于北斗定位的地网管线测试方法，包括以下步骤：
在管线1外表均匀贴设N个环状应变薄膜2，其中N≥2，并在每一环状应变薄膜2外表贴设防水薄膜3，
并在相邻两个环状应变薄膜2之间设置绝缘膜4隔离，
每n个环状应变薄膜2之间通过导线串联成为应变薄膜组，其中1≤n≤N，
设置n个依序连接的整流电路、滤波电路6、A/D转换电路7、主控电路8和北斗定位模块9构成运算电路，
并将每一应变薄膜组与每一运算电路连接，所有运算电路均通过无线通信网络与后台数据库及监控中心通信。
所述整流电路5为桥式整流电路5,其由电阻R1、R2、R3、R4依序头尾连接构成，其中电阻R1和电阻R2的共同连接端为a端，电阻R1和电阻R3的共同连接端为b端，电阻R3和电阻R2的共同连接端为c端，电阻R2和电阻R4的共同连接端为d端，a端和c端连接交流电源UI，b端和d端为电压输出端UO并与滤波电路6输入端连接，滤波电路6输出端与A/D转换电路7输入端连接，A/D转换电路7输出端与主控电路8连接。
还设置有电源电路，所述电源电路输入端连接交流电源UI，所述电源电路输出直流电源分别为滤波电路6、A/D转换电路7和主控电路8以及北斗定位模块9供电。
应变薄膜组B的等效电阻为Ri,该等效电路接入整流电路5的b端，当管线1发生断裂或微小形变时，相应的环状应变薄膜2发生微小形变或者断裂等，使得应变薄膜组B的等效电阻Ri发生改变，此时该阻值经整流电路5、滤波电路6、A/D转换电路7后，发送至主控电路8，通过相应的阻值监测，则可得到哪个应变薄膜组B的等效阻值发生了改变，并将计算结果通过北斗定位模块9发送至后台数据库及监控中心通信，方便检修定位。
本实施例中，所述应变薄膜的结构包括硅基底，所述硅基底上形成有沟道，所述沟道上覆设有复数个压敏电阻，复数个压敏电阻分成两排排列，并形成惠斯通电桥桥臂，所述复数个压敏电阻将所述沟道密封，形成真空沟道，所述复数个压敏电阻对应于所述真空沟道的部分为应力集中区，所述硅基底上还形成有源区、漏区和漂移区，所述沟道设置在源区和漂移区之间，且沟道与源区和漂移区之间通过保护层隔离。
应变薄膜的制备方法如下：
A、在硅基底上形成沟道，并在该沟道上覆设复数个压敏电阻，
B、复数个压敏电阻分成两排排列，并形成惠斯通电桥桥臂，
C、所述复数个压敏电阻将所述沟道密封，形成真空沟道，
D、所述复数个压敏电阻对应于所述真空沟道的部分为应力集中区，
F、在硅基底上形成漏区，
G、在硅基底上沟道两侧形成源区和漂移区，且沟道与源区和漂移区之间设置保护层隔离。
所述应变薄膜的尺寸为宽度：1-10cm，相邻两应变薄膜之间的距离为10-20cm。
实施例2：
参考图4所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于每n个环状应变薄膜2之间通过导线10并联成为应变薄膜组B。其等效电路也与实施例1的等效电路一致。应变薄膜组B的等效电阻为Ri,该等效电路接入整流电路5的b端，当管线1发生断裂或微小形变时，相应的环状应变薄膜2发生微小形变或者断裂等，使得应变薄膜组B的等效电阻Ri发生改变，此时该阻值经整流电路5、滤波电路6、A/D转换电路7后，发送至主控电路8，通过相应的阻值监测，则可得到哪个应变薄膜组B的等效阻值发生了改变，并将计算结果通过北斗定位模块9发送至后台数据库及监控中心通信，方便检修定位。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。