嵌入式壓阻微型應(yīng)力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種嵌入式壓阻微型應(yīng)力傳感器，由外殼、貼片電阻、敏感元件、印刷電極、底板組成；外殼由厚度為1.8mm，直徑7.8mm的環(huán)形結(jié)構(gòu)件以及嵌入固定安裝在環(huán)形結(jié)構(gòu)件一端的不銹鋼圓形膜片組成；敏感元件采用擴(kuò)散硅壓阻敏感元件，兩個(gè)敏感元件處于圓形膜片中心位置，另兩個(gè)敏感元件處于膜片邊緣位置。本發(fā)明設(shè)計(jì)的壓阻微型應(yīng)力傳感器采用微電子微機(jī)械技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力傳感器扁平的微型輪廓，可以很方便地裝在固體發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行界面應(yīng)力測(cè)量。而且具有拉壓雙向測(cè)量功能，即可以測(cè)量壓向應(yīng)力又可以測(cè)量拉向應(yīng)力。
【專利說明】
嵌入式壓阻微型應(yīng)力傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及壓阻應(yīng)力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種嵌入式壓阻微型應(yīng)力傳感器， 通過將運(yùn)種傳感器埋入復(fù)合材料的被測(cè)物里(如固體發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶和飛機(jī)等），實(shí)現(xiàn)被測(cè)物 界面應(yīng)力或內(nèi)部應(yīng)力的測(cè)試。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)對(duì)于固體發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性和可靠性是非常重要的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和可 靠檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)損傷的能力有助于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性的評(píng)估、降低制造成本和避免發(fā)生災(zāi)難 性的結(jié)構(gòu)事故。微型應(yīng)力傳感器可用于復(fù)合材料的被測(cè)物例如固體發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶和飛機(jī)等 產(chǎn)品的應(yīng)力實(shí)時(shí)測(cè)試，確定和評(píng)估產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品在全生命周期內(nèi)進(jìn)行健 康監(jiān)測(cè)和健康管理。
[0003] 國(guó)內(nèi)在基于應(yīng)力應(yīng)變的發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)檢測(cè)技術(shù)上處于起步階段。國(guó)外已運(yùn)用微型 應(yīng)力傳感器技術(shù)來監(jiān)測(cè)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)界面的應(yīng)力，并應(yīng)用在全尺寸生產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行 戰(zhàn)場(chǎng)運(yùn)輸試驗(yàn)。
[0004] 國(guó)內(nèi)用于固體發(fā)動(dòng)機(jī)界面應(yīng)力測(cè)量的應(yīng)力傳感器尚不具備嵌入的能力，與國(guó)外應(yīng) 力傳感器相比較，主要差距是國(guó)內(nèi)傳感器外形尺寸較大，傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及可靠性達(dá) 不到固體發(fā)動(dòng)機(jī)界面應(yīng)力測(cè)量的使用要求。
[0005] 目前所用的應(yīng)力傳感器主要有一種形式，即半導(dǎo)體式微型應(yīng)力傳感器，運(yùn)種微型 傳感器只有美國(guó)Micron Instr皿ents公司生產(chǎn)，其外形尺寸為直徑q)7.6mm，厚度2mm，用于 對(duì)固體發(fā)動(dòng)機(jī)界面應(yīng)力測(cè)量。而國(guó)內(nèi)同類傳感器尺寸較大，其直徑為15mm，厚度為5mm，無法 滿足固體發(fā)動(dòng)機(jī)界面應(yīng)力測(cè)量的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種嵌入式壓阻微型應(yīng)力傳感器，其外形尺寸為直徑 巧7.8mm，厚度1.8mm，用于固體發(fā)動(dòng)機(jī)界面應(yīng)力的測(cè)量。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[000引所述一種嵌入式壓阻微型應(yīng)力傳感器，其特征在于：由外殼、貼片電阻、敏感元件、 印刷電極、底板組成;所述外殼由厚度為1.8mm，直徑7.8mm的環(huán)形結(jié)構(gòu)件W及嵌入固定安裝 在環(huán)形結(jié)構(gòu)件一端的不誘鋼圓形膜片組成;所述敏感元件采用擴(kuò)散娃壓阻敏感元件，四個(gè) 敏感元件燒結(jié)在圓形膜片內(nèi)側(cè)，其中兩個(gè)敏感元件處于圓形膜片中屯、位置，另兩個(gè)敏感元 件處于膜片邊緣位置；四個(gè)敏感元件組成惠斯通電橋;貼片電阻在印刷電極上，印刷電極固 定在環(huán)形結(jié)構(gòu)件內(nèi)側(cè)，四個(gè)敏感元件與印刷電極共同組成全橋電路;底板嵌入固定安裝在 環(huán)形結(jié)構(gòu)件另一端，與圓形膜片共同將環(huán)形結(jié)構(gòu)件內(nèi)部封閉;環(huán)形結(jié)構(gòu)件側(cè)壁開有穿線孔； 四根引線接入環(huán)形結(jié)構(gòu)件內(nèi)部，其中兩根引線向惠斯通電橋提供直流5V穩(wěn)壓電源，另兩根 引線輸出傳感器敏感信號(hào)。
[0009] 有益效果
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：
[0011] (1)在國(guó)內(nèi)外，首次將擴(kuò)散娃壓阻效應(yīng)原理應(yīng)用于微型應(yīng)力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，為應(yīng) 力傳感器埋入固體發(fā)動(dòng)機(jī)中提供一種新的技術(shù)手段，可W實(shí)現(xiàn)固體發(fā)動(dòng)機(jī)界面應(yīng)力實(shí)時(shí)測(cè) 量。
[0012] (2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的壓阻微型應(yīng)力傳感器，采用微電子微機(jī)械技術(shù)即MEMS，實(shí)現(xiàn)了應(yīng) 力傳感器扁平的微型輪廓，直徑為(p7.8mm，厚度1.8mm，可W很方便地裝在固體發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn) 行界面應(yīng)力測(cè)量。由于傳感器非常小，可W最大程度的減少對(duì)固體發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生 的干擾。
[0013] (3)具有拉壓雙向測(cè)量功能，即可W測(cè)量壓向應(yīng)力又可W測(cè)量拉向應(yīng)力。
[0014] (4)具有較高過載能力，即2倍量程過載時(shí)，傳感器性能不發(fā)生變化;5倍量程過載 時(shí)，傳感器本體不被破壞。
[0015] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0016] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得 明顯和容易理解，其中：
[0017] 圖1:微型應(yīng)力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 其中：1是外殼，2是貼片電阻，3是敏感元件，4是印刷電極，5是底板。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而 不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0020] 本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)應(yīng)力傳感器技術(shù)的不足，提供一種基于壓阻的嵌入式微型 應(yīng)力傳感器，用于對(duì)嵌入或埋入應(yīng)力傳感器體積要求微小的固體發(fā)動(dòng)機(jī)界面應(yīng)力或內(nèi)部應(yīng) 力測(cè)量。
[0021] 如圖1所示，本發(fā)明的微型應(yīng)力傳感器整體是一個(gè)扁平圓柱體結(jié)構(gòu)，由外殼、貼片 電阻、敏感元件、印刷電極、底板組成。所述外殼由厚度為1.8mm，直徑7.8mm的環(huán)形結(jié)構(gòu)件W 及嵌入固定安裝在環(huán)形結(jié)構(gòu)件一端的不誘鋼圓形膜片組成;所述敏感元件采用擴(kuò)散娃壓阻 敏感元件，四個(gè)敏感元件燒結(jié)在圓形膜片內(nèi)側(cè)，其中兩個(gè)敏感元件處于圓形膜片中屯、位置， 另兩個(gè)敏感元件處于膜片邊緣位置;四個(gè)敏感元件組成惠斯通電橋。
[0022] 不誘鋼圓形膜片W及四個(gè)敏感元件構(gòu)成了微型應(yīng)力傳感器的傳感元件，圓形膜片 的厚度根據(jù)應(yīng)力傳感器的量程設(shè)計(jì)確定。對(duì)膜片實(shí)施正向載荷，最大的徑向拉伸應(yīng)力是在 膜片中屯、附近，最大壓縮應(yīng)力在膜片邊緣附近，位于膜片中屯、附近的敏感元件的電阻隨著 拉伸應(yīng)力的增加而增加，而位于膜片邊緣附近的敏感元件的電阻隨著壓縮應(yīng)力的增加而減 小。
[0023] 貼片電阻在印刷電極上，印刷電極固定在環(huán)形結(jié)構(gòu)件內(nèi)偵U，四個(gè)敏感元件與印刷 電極共同組成全橋電路;底板嵌入固定安裝在環(huán)形結(jié)構(gòu)件另一端，與圓形膜片共同將環(huán)形 結(jié)構(gòu)件內(nèi)部封閉;環(huán)形結(jié)構(gòu)件側(cè)壁開有穿線孔;四根引線接入環(huán)形結(jié)構(gòu)件內(nèi)部，其中兩根引 線向惠斯通電橋提供直流5V穩(wěn)壓電源，另兩根引線輸出傳感器敏感信號(hào)。
[0024] 當(dāng)圓形膜片承受拉向或壓向載荷即應(yīng)力時(shí)，同時(shí)向惠斯通電橋提供直流5V穩(wěn)壓電 源，電橋?qū)a(chǎn)生毫伏級(jí)的直流電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)與外加載荷成線性關(guān)系，因此應(yīng)力傳感 器即可測(cè)得被測(cè)應(yīng)力值。
[0025] 應(yīng)用時(shí)，使用微型應(yīng)力傳感器作為一次敏感元件，將其嵌入固體發(fā)動(dòng)機(jī)中，實(shí)現(xiàn)了 固體發(fā)動(dòng)機(jī)界面應(yīng)力測(cè)量，根據(jù)應(yīng)力測(cè)量值，可W判別推進(jìn)劑藥柱是否產(chǎn)生裂紋或脫粘，達(dá) 到固體發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)檢測(cè)的目的。
[0026] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可W理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨 的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可W對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種嵌入式壓阻微型應(yīng)力傳感器，其特征在于：由外殼、貼片電阻、敏感元件、印刷電 極、底板組成;所述外殼由厚度為1.8mm，直徑7.8mm的環(huán)形結(jié)構(gòu)件以及嵌入固定安裝在環(huán)形 結(jié)構(gòu)件一端的不銹鋼圓形膜片組成;所述敏感元件采用擴(kuò)散硅壓阻敏感元件，四個(gè)敏感元 件燒結(jié)在圓形膜片內(nèi)側(cè)，其中兩個(gè)敏感元件處于圓形膜片中心位置，另兩個(gè)敏感元件處于 膜片邊緣位置；四個(gè)敏感元件組成惠斯通電橋;貼片電阻在印刷電極上，印刷電極固定在環(huán) 形結(jié)構(gòu)件內(nèi)側(cè)，四個(gè)敏感元件與印刷電極共同組成全橋電路;底板嵌入固定安裝在環(huán)形結(jié) 構(gòu)件另一端，與圓形膜片共同將環(huán)形結(jié)構(gòu)件內(nèi)部封閉;環(huán)形結(jié)構(gòu)件側(cè)壁開有穿線孔；四根引 線接入環(huán)形結(jié)構(gòu)件內(nèi)部，其中兩根引線向惠斯通電橋提供直流5V穩(wěn)壓電源，另兩根引線輸 出傳感器敏感信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK105953955SQ201610550775
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月13日
【發(fā)明人】鄧海濤, 翟江源, 王忠頤, 周向東, 李秀君
【申請(qǐng)人】西安航天動(dòng)力測(cè)控技術(shù)研究所