CN104748894B - 溅射薄膜式土壤压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溅射薄膜式土壤压力传感器，包括弹性敏感元件、圆环形薄壁筒、圆膜式应变片、引线转接板和密封上盖，弹性敏感元件与圆环形薄壁筒的下端固定连接，圆膜式应变片设置在圆环形薄壁筒内并与弹性敏感元件的内表面贴合，引线转接板设置在圆环形薄壁筒内并位于圆膜式应变片的上方，圆膜式应变片的电极点通过金丝引线与引线转接板下表面的转接焊接点连接，引线转接板上表面的转接焊接点通过信号引出线与普通信号引线连接，密封上盖与圆环形薄壁筒的上端固定连接。本发明采用圆膜式应变片与圆环形薄壁筒分离的结构设计，避免在生产中使用粘接胶，消除了粘接胶受环境温度的影响而引起传感器性能的不稳定，提高传感器的可靠性。

Description

溅射薄膜式土壤压力传感器

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，尤其涉及一种溅射薄膜式土壤压力传感器。

背景技术

随着现代建筑业的高速发展，大量的修建地铁、隧道、高铁、大桥、高层建筑、水电站等设施和地质灾害的防治，都需要预知并分析土体力学性质和稳定性，这就要求能够精确测量土壤的有效应力。

现有市场上的超薄圆扣式土壤压力传感器是在弹性圆膜周边固支的圆形凹槽整体结构的圆形凹槽内的圆膜表面上采用粘接胶粘接应变片制成弹性敏感元件，再采用特殊胶粘接上盖，应变片引线经由圆形凹槽整体结构侧壁上的引线孔引出，焊接于上盖外凸的粘接了转接板的小手柄上的转节点，上述结构导致其土壤传感器存在下述缺陷：

1、圆形凹槽整体结构底部的内表面做为传感器的感应面，机械加工难度大，加工成本高，形位公差不易控制和一致，不易于内表面研磨处理和批量研磨；

2、采用粘贴胶粘接应变片于弹性体感应面上组合成弹性敏感元件，使得传感器的最终性能受机械加工的影响较大，对周围环境的影响特别敏感，受环境温度影响大，时漂大，同时使用粘接胶粘接密封上盖，在水中容易渗漏和脱落，工作温度范围窄；

3、应变片引线转接点所在的小手柄厚度是由焊点和防水胶厚度的叠加，其高度超过传感器总厚度，在测试土应力时，影响传感器测试的真实受力，从而影响传感器测试值的真实性。

4、需要进行手工单只粘接制作，受人为因素影响较大，一致性较差，同时这种结构和生产工艺，只能单只进行生产，不易于批量生产，生产效率低，成品率低。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种压力应变片与其边缘固支结构分离设计的溅射薄膜式土壤压力传感器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种溅射薄膜式土壤压力传感器，包括弹性敏感元件、圆环形薄壁筒、圆膜式应变片、引线转接板和密封上盖，所述弹性敏感元件与所述圆环形薄壁筒的下端固定连接，所述圆膜式应变片设置在所述圆环形薄壁筒内并与所述弹性敏感元件的内表面贴合，所述引线转接板设置在所述所述圆环形薄壁筒内并位于所述圆膜式应变片的上方，所述圆膜式应变片的电极点通过金丝引线与所述引线转接板下表面的转接焊接点连接，所述引线转接板上表面的转接焊接点通过信号引出线与普通信号引线连接，所述密封上盖与所述圆环形薄壁筒的上端固定连接。

具体地，所述弹性敏感元件为超薄金属圆片，所述圆膜式应变片为真空溅射金属合金薄膜。

圆形金属圆片经过批量加工、批量表面研磨处理批量制备成超薄金属圆片，同时机械化批量生产也便于控制表面行位公差，提高生产效率；圆膜式应变片是采用真空溅射薄膜的方法直接溅射至超薄金属圆片表面，用MEMS微机械光刻加工工艺制作成圆膜式应变片，不使用粘接胶，避免了圆膜式应变片受环境因素影响引起的传感器时漂和温漂。

进一步，所述圆环形薄壁筒内壁设置有用于固定所述引线转接板的固定支撑架，所述圆环形薄壁筒的侧壁设置有引线孔，所述引线孔位于所述引线转接板的上方，所述引线孔内设置有压线筒，所述普通信号引线穿过所述压线筒与所述引线转接板连接。

具体地，所述压线筒的内径与所述普通信号引线采用过盈配合，所述弹性敏感元件与所述圆环形薄壁筒、所述圆环形薄壁筒与所述上盖、所述圆环形薄壁筒与所述压线筒、所述固定支撑架与所述圆环形薄壁筒均采用激光焊接。

压线筒的内孔与普通信号导线外径匹配，是用于在传感器腔体内固定并压紧普通信号导线的，增加信号引出线的焊接牢固度，使得传感器在使用过程中，信号引出线不会被轻易拽断；同时各个元件之间采用激光焊接工艺可以保证其焊接牢固度，避免其在使用过程中出现渗漏或者脱落的情况。

具体地，所述转接板为设置有U型去除槽的圆板，所述U型去除槽的顶端与所述转接板的中心重合，所述U型去除槽的宽度大于所述压线筒的外径，所述压线筒的内端位于所述U型去除槽内。

优选地，所述转接板的外沿上还设置有沿所述U型去除槽对称并与其平行的条形去除槽。

引线转接板是固定于圆环形薄壁筒内壁转接板固定支撑架上，解决了圆膜式应变片的电极金丝引线与普通信号引线的转接问题，增加了金丝引线的寿命，让圆膜式应变片的金丝引线通过引线转接板上的焊接点连接普通引线导向，同时去除槽可以在不影响其使用性能的情况减少转接板的材料用量，节约成本。

本发明的有益效果在于：

本发明溅射薄膜式土壤压力传感器采用圆膜式应变片与圆环形薄壁筒分离的结构设计，避免在生产中使用粘接胶，消除了粘接胶受环境温度的影响而引起传感器性能的不稳定，提高传感器的可靠性；同时各元件均易于批量加工，缩短生产周期，降低加工成本，提高生产效率。

附图说明

图1是本发明所述溅射薄膜式土壤压力传感器的主视图；

图2是本发明所述溅射薄膜式土壤压力传感器的俯视图，图中省去了密封上盖；

图3是本发明所述弹性敏感元件和所述圆膜式应变片的剖视图；

图4是本发明所述压线管的结构示意图；

图5是本发明所述引线转接板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3和图4所示，本发明溅射薄膜式土壤压力传感器，包括弹性敏感元件2、圆环形薄壁筒1、圆膜式应变片3、引线转接板4和密封上盖6，弹性敏感元件2为超薄金属圆片，圆膜式应变片3为真空溅射金属合金薄膜，弹性敏感元件2与圆环形薄壁筒1的下端固定连接，圆膜式应变片3设置在圆环形薄壁筒1内并与弹性敏感元件2的内表面贴合，引线转接板4设置在圆环形薄壁筒1内并位于圆膜式应变片3的上方，圆环形薄壁筒1内壁设置有用于固定引线转接板4的固定支撑架，密封上盖6与圆环形薄壁筒1的上端固定连接，圆环形薄壁筒1的侧壁设置有引线孔，引线孔位于引线转接板4的上方，引线孔内设置有压线筒8，圆膜式应变片3的电极点通过金丝引线7与引线转接板4下表面的转接焊接点10连接，普通信号引线6穿过压线筒8通过所述信号引出线9与引线转接板4上表面的转接焊接点10连接，压线筒8的内径与普通信号引线6采用过盈配合，弹性敏感元件2与圆环形薄壁筒1、圆环形薄壁筒1与上盖、圆环形薄壁筒1与压线筒8、固定支撑架与圆环形薄壁筒1均采用激光焊接。

如图5所示，转接板为设置有U型去除槽11的圆板，U型去除槽11的顶端与转接板的中心重合，U型去除槽11的宽度大于压线筒8的外径，压线筒8的内端位于U型去除槽11内，转接板的外沿上还设置有沿U型去除槽11对称并与其平行的条形去除槽。

本发明是在弹性敏感元件2表面上采用真空溅射工艺直接制备金属薄膜，并用光刻工艺制备圆膜式应变片3，最后制成压力敏感元件，弹性敏感元件2边缘与圆环形薄壁筒1激光焊接，将引线转接板4粘接至固定支撑架上(其中固定支撑架的结构与引线转接板4的形状类似，且其边缘通过激光焊接与圆环形薄壁筒1的内壁固定连接)，再采用超声焊接工艺焊接金丝引线7，用金丝引线7连接圆膜式应变片3的电极电至引线转接板4下表面上的转接焊接点10，再将普通引线导线穿过压线筒8，并通过信号引出线9焊接在引线转接板4上表面的转接焊接点10上，并将压线筒8的内端与引线转接板4上的U型去除槽11内侧面上预留的焊接点焊接连接，最后将密封上盖6焊接至圆环形薄壁筒1上。

本发明生产工艺中不再使用应变计粘接胶，彻底消除粘接胶受环境温度的影响而引起传感器性能的不稳定，提高传感器的可靠性，同时各元件均通过机械加工，易于批量加工，批量制作压力敏感元件，缩短生产周期，降低加工成本，提高生产效率，采用激光焊接的方式进行连接，解决了密封胶长期工作在水中可能出现的渗漏和脱落，使得密封牢固可靠。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种溅射薄膜式土壤压力传感器，其特征在于：包括弹性敏感元件、圆环形薄壁筒、圆膜式应变片、引线转接板和密封上盖，所述弹性敏感元件与所述圆环形薄壁筒的下端固定连接，所述圆膜式应变片设置在所述圆环形薄壁筒内并与所述弹性敏感元件的内表面贴合，所述引线转接板设置在所述所述圆环形薄壁筒内并位于所述圆膜式应变片的上方，所述圆膜式应变片的电极点通过金丝引线与所述引线转接板下表面的转接焊接点连接，所述引线转接板上表面的转接焊接点通过信号引出线与普通信号引线连接，所述密封上盖与所述圆环形薄壁筒的上端固定连接，所述弹性敏感元件为超薄金属圆片，所述圆膜式应变片为真空溅射金属合金薄膜，所述圆环形薄壁筒内壁设置有用于固定所述引线转接板的固定支撑架，所述圆环形薄壁筒的侧壁设置有引线孔，所述引线孔位于所述引线转接板的上方，所述引线孔内设置有压线筒，所述普通信号引线穿过所述压线筒与所述引线转接板连接。

2.根据权利要求1所述的溅射薄膜式土壤压力传感器，其特征在于：所述压线筒的内径与所述普通信号引线采用过盈配合，所述弹性敏感元件与所述圆环形薄壁筒、所述圆环形薄壁筒与所述上盖、所述圆环形薄壁筒与所述压线筒、所述固定支撑架与所述圆环形薄壁筒均采用激光焊接。

3.根据权利要求1所述的溅射薄膜式土壤压力传感器，其特征在于：所述转接板为设置有U型去除槽的圆板，所述U型去除槽的顶端与所述转接板的中心重合，所述U型去除槽的宽度大于所述压线筒的外径，所述压线筒的内端位于所述U型去除槽内。

4.根据权利要求3所述的溅射薄膜式土壤压力传感器，其特征在于：所述转接板的外沿上还设置有沿所述U型去除槽对称并与其平行的条形去除槽。