CN106500761A - 一种同时检测温度和应变信号的传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种同时检测温度和应变信号的传感器，包括金属薄膜层Ⅰ(2)，功能薄膜层(3)，栅状线条(4)和金属薄膜层Ⅱ(5)，所述金属薄膜层Ⅰ(2)，功能薄膜层(3)，栅状线条(4)和金属薄膜层Ⅱ(5)以层叠方式集成，其特征在于：所述金属薄膜层Ⅰ(2)与金属薄膜层Ⅰ(3)一面层叠相连，金属薄膜层Ⅱ(5)与栅状线条(4)同一面的两端分别层叠相连，通过金属薄膜层Ⅰ(2)上的信号引出线Ⅰ(6)和金属薄膜层Ⅱ(5)上的信号引出线Ⅱ(6)可以取出温度信号，通过金属薄膜层Ⅱ(5)上的信号引出线Ⅱ(7)和信号引出线Ⅲ(8)可以进行应变信号的测量。所述一种可以同时检测温度和应变信号的传感器在基体(1)表面可以呈阵列式排列。本发明能用于航空结构件表面，具有高度集成化，小型化和精确化。

Description

一种同时检测温度和应变信号的传感器
技术领域
本发明是一种同时检测温度和应变信号的传感器，属于测量技术领域。
背景技术
温度和应变是测试航空零件疲劳寿命的两个重要参数,对它们实施监测并提高测量精度是保证航空零件寿命计算值可靠性的前提。针对部分航空类零件工作环境复杂多变的情况，需要实时性地对零件的温度和应变信号进行测量，并根据测量结果分析航空零件的工作状态，进而进行适时调整，避免操作失误和过载运转等情况造成不必要的损失。传统的传感器由于本身的工作条件和体积受到工作环境和安装空间的限制，有时根本无法布置于被测航空零件，故测试值不能实时反映航空零部件的工作状态。而且传统的传感器只能对温度或应变信号单独进行测量，需要两个或两个以上的传感器进行温度和应变两种信号的测量。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种同时检测温度和应变信号的传感器，其目的是使用一个传感器同时测量温度和应变两种信号。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种同时检测温度和应变信号的传感器包括贴覆在待测零件表面(1)上的具有导电功能的金属薄膜层Ⅰ(2)，金属薄膜层Ⅰ(2)上带一根信号引出线Ⅰ(6)；
在金属薄膜层Ⅰ(2)的上面贴覆一层对温度信号敏感的功能薄膜层(3)，所述功能薄膜层(3)的材料是镍铬、镍硅、铂铑13、铂、铂铑10、铂铑30、铂铑6、康铜或铜，功能薄膜层(3)的厚度不小于5nm，功能薄膜层(3)与金属薄膜层Ⅰ(2)的重叠贴覆的面积不小于0.02mm2，功能薄膜层(3)与金属薄膜层Ⅰ(2)导通；
在功能薄膜层(3)的上表面与一根对应变信号敏感的栅状线条(4)的一端连接，所述栅状线条(4)的材料是金、锰、铂、康铜、镍铬、镍铬铝铁合金、镍铬硅、镍铬铝铜合金、钯铬或铂钨合金，栅状线条(4)的线条的宽度不小于0.2mm，栅状线条(4)的线条的长度不小于0.5mm，栅状线条的厚度不小于5nm，栅状线条(4)的线条与功能薄膜层(3)的连接端的接触面积不小于0.02mm2，栅状线条(4)与功能薄膜层(3)的连接端之外的其它部分贴覆在待测零件表面(1)上；
在栅状线条(4)的线条与功能薄膜层(3)的连接端的接触位置处贴覆一层金属薄膜层Ⅱ(5)，该金属薄膜层Ⅱ(5)不与功能薄膜层(3)接触，在栅状线条(4)的线条的另一端同样贴覆一层金属薄膜层Ⅱ(5)，所述金属薄膜层Ⅱ(5)的厚度不小于5nm，该金属薄膜层Ⅱ(5)与栅状线条(4)线条的连接端的接触面积不小于0.02mm2，从与栅状线条(4)两端连接的金属薄膜层Ⅱ(5)上各引出一根信号引出线Ⅱ(7)和信号引出线Ⅲ(8)。
所述金属薄膜层Ⅰ(2)、功能薄膜层(3)、栅状线条(4)和金属薄膜层Ⅱ(5)的厚度叠加之和小于1mm。
所述各贴覆和接触部位的结合力按接触式测量方法测量的数据应大于50N。
在金属薄膜层Ⅰ(2)与金属薄膜层Ⅱ(5)之间填充绝缘材料，所述的绝缘材料是氧化物、氮化物或非金属单质绝缘材料。
栅状线条(4)的线条与功能薄膜层(3)的连接端形成一个热电偶，该热电偶为镍铬-镍硅的K型热电偶、铂铑13-铂的R型热电偶、铂铑10-铂的S型热电偶、铂铑30-铂铑6的B型热电偶、镍铬-康铜的E型热电偶或铜-康铜的T型热电偶中的一种。该热电偶可以对温度信号进行反应，所述的几种型号的热电偶为常用的组合方式，对温度信号的反应效果显著。
本发明所述的传感器在封装成品的表层镀制一层保护层(9)。该保护层(9)是Al2O3、Al3N4或SiO2的一种或几种层叠而成。
所述金属薄膜层Ⅰ(2)、功能薄膜层(3)、栅状线条(4)与金属薄膜层Ⅱ(5)以层叠方式集成到待测零件表面(1)上，若待测零件表面(1)为金属材料，需在待测零件表面和金属薄膜层Ⅰ(2)、功能薄膜层(3)、栅状线条(4)与金属薄膜层Ⅱ(5)之间用绝缘层(10)进行绝缘处理。该绝缘层(10)是通过溶胶凝胶、表面喷涂、表面离子镀膜或表面化学反应的一种或几种方式制备而成。
本发明技术方案的特点是该种传感器为薄膜状结构，可以直接贴覆到零件表面，通过表面绝缘层制备技术，使绝缘层的电阻值达到MΩ级，而且完全能够镀制到金属基体表面，克服了以前的以绝缘材料为基体的薄膜传感器的局限；该传感器也不受零件结构形状和工作环境的限制，把温度检测和应变检测功能集成于一体，实现温度和应变信号同时快速检测。该种传感器为微米或纳米级的薄膜,与传统传感器相比,具有体积小、重量低，响应速度快，并且不会影响航空零件的精度，对壁厚或零件结构形状要求低，通过分开引线，温度和应变信号不会相互影响。
附图说明
图1为本发明所述传感器的结构示意图
图2为本发明所述传感器的封装示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
实施例1
参见附图1～2所示，选择一尺寸为100mm×100mm，厚度为a mm的单面抛光铝片为待测零件表面1，通过在酒精溶液中进行超声波清洗后，对其表面进行阳极氧化后磨削处理，使表面粗糙度小于1.6μm，然后在待测零件表面1上使用直流反应磁控溅射方法镀制Al2O3/Al3N4绝缘层10，并且保证绝缘层10的电阻值达到MΩ以上。采用磁控溅射技术在绝缘层10表面镀制厚度为100nm的银，即为金属薄膜层Ⅰ2，并制备出一根形成温度传感器一端的信号引出线Ⅰ6；接着在银表面镀制厚度为50nm铜材料的功能薄膜层3，功能薄膜层3的铜和金属薄膜层Ⅰ2的银的接触面积为0.25mm2；然后在铜表面镀制厚度为50nm康铜材料的栅状线条4，栅状线条4的线条宽度为0.3mm，长度为30mm，栅状线条4的康铜和功能薄膜层3的铜的接触面积为0.25mm2，康铜既作为温度传感器的另一极，也作为应变传感器的敏感栅；为了保证传感器的引线之间不发生导通，在未重叠部分的上述银表面镀制一层Al2O3/Al3N4绝缘层；接下来将银金属薄膜层Ⅱ5镀制到上一步完成的薄膜上面，作为温度传感器的另一端引线或者是应变传感器的引线，该层银与康铜两端的接触面积都为0.25mm2；最后在所述的一种同时检测温度和应变信号的传感器表面镀制一层Al2O3保护层9，形成5×5阵列形式的一种同时检测温度和应变信号的传感器阵列。
所述一种可以同时检测温度和应变信号的传感器的引线封装工艺采用如图2所示的封装形式，即所有引线的焊盘都处于基片的一侧，焊盘与对应的引线利用电子电焊机焊接在一起，在焊接点位置涂导电胶进行固定引线。焊接完成后引线及焊盘表面涂覆抗氧化无机胶，防止焊盘附近发生氧化。然后经过冷却固化后形成一种可以同时检测温度和应变信号的传感器的封装形式。
实施例二
如图2所示，选择一尺寸为200mm×200mm，厚度为b mm的陶瓷为基片，通过在酒精溶液中进行超声波清洗后。采用离子束辅助沉积技术在基体表面镀制厚度为80nm的金，即为金属薄膜层Ⅰ2，形成温度传感器的一端引线；接着在银表面镀制厚度为60nm的铂，即为功能薄膜层3，金和铂的接触面积为0.5mm2；然后在铂表面镀制厚度为70nm的铂铑，即为栅状线条4，铂铑的线条宽度为0.4mm，线条长度为50mm，铂铑和铂的接触面积为0.5mm2，铂铑既作为温度传感器的另一极，也作为应变传感器的敏感栅；为了保证传感器的引线之间不发生导通，在未重叠部分的上述金表面镀制一层Al2O3/Al3N4绝缘层；接下来将金金属薄膜层Ⅱ5镀制到上一步完成的薄膜表面，作为温度传感器的另一端引线或者是应变传感器的引线，该层金与铂铑两端的接触面积都为0.5mm2；最后在所述的一种同时检测温度和应变信号的传感器表面镀制一层Al2O3保护层9，形成5×5阵列形式的一种同时检测温度和应变信号的传感器阵列，如图2所示。

Claims (5)

1.一种同时检测温度和应变信号的传感器，其特征在于：该传感器包括贴覆在待测零件表面(1)上的具有导电功能的金属薄膜层Ⅰ(2)，金属薄膜层Ⅰ(2)上带一根信号引出线Ⅰ(6)；
在金属薄膜层Ⅰ(2)的上面贴覆一层对温度信号敏感的功能薄膜层(3)，所述功能薄膜层(3)的材料是镍铬、镍硅、铂铑13、铂、铂铑10、铂铑30、铂铑6、康铜或铜，功能薄膜层(3)的厚度不小于5nm，功能薄膜层(3)与金属薄膜层Ⅰ(2)的重叠贴覆的面积不小于0.02mm2，功能薄膜层(3)与金属薄膜层Ⅰ(2)导通；
在功能薄膜层(3)的上表面与一根对应变信号敏感的栅状线条(4)的一端连接，所述栅状线条(4)的材料是金、锰、铂、康铜、镍铬、镍铬铝铁合金、镍铬硅、镍铬铝铜合金、钯铬或铂钨合金，栅状线条(4)的线条的宽度不小于0.2mm，栅状线条(4)的线条的长度不小于0.5mm，栅状线条的厚度不小于5nm，栅状线条(4)的线条与功能薄膜层(3)的连接端的接触面积不小于0.02mm2，栅状线条(4)与功能薄膜层(3)的连接端之外的其它部分贴覆在待测零件表面(1)上；
在栅状线条(4)的线条与功能薄膜层(3)的连接端的接触位置处贴覆一层金属薄膜层Ⅱ(5)，该金属薄膜层Ⅱ(5)不与功能薄膜层(3)接触，在栅状线条(4)的线条的另一端同样贴覆一层金属薄膜层Ⅱ(5)，所述金属薄膜层Ⅱ(5)的厚度不小于5nm，该金属薄膜层Ⅱ(5)与栅状线条(4)线条的连接端的接触面积不小于0.02mm2，从与栅状线条(4)两端连接的金属薄膜层Ⅱ(5)上各引出一根信号引出线Ⅱ(7)和信号引出线Ⅲ(8)。
2.根据权利要求1所述的同时检测温度和应变信号的传感器，其特征在于：所述金属薄膜层Ⅰ(2)、功能薄膜层(3)、栅状线条(4)和金属薄膜层Ⅱ(5)的厚度叠加之和小于1mm。
3.根据权利要求1所述的同时检测温度和应变信号的传感器，其特征在于：所述各贴覆和接触部位的结合力按接触式测量方法测量的数据应大于50N。
4.根据权利要求1所述的同时检测温度和应变信号的传感器，其特征在于：在金属薄膜层Ⅰ(2)与金属薄膜层Ⅱ(5)之间填充绝缘材料，所述的绝缘材料是氧化物、氮化物或非金属单质绝缘材料。
5.根据权利要求1所述的同时检测温度和应变信号的传感器，其特征在于：栅状线条(4)的线条与功能薄膜层(3)的连接端形成一个热电偶，该热电偶为镍铬-镍硅的K型热电偶、铂铑13-铂的R型热电偶、铂铑10-铂的S型热电偶、铂铑30-铂铑6的B型热电偶、镍铬-康铜的E型热电偶或铜-康铜的T型热电偶中的一种。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109341777A (zh) * 2018-11-21 2019-02-15 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所 一种用于轴承温度/应变信号监测的传感器
CN109855687A (zh) * 2019-02-27 2019-06-07 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种柔性温度-应变集成传感器阵列及制备方法
CN110849942A (zh) * 2019-11-27 2020-02-28 中国人民解放军空军工程大学 一种基于pvd的格栅式薄膜传感器及其制备方法
CN112857439A (zh) * 2021-01-06 2021-05-28 中北大学 薄膜传感器及其制备方法
CN114689198A (zh) * 2022-03-28 2022-07-01 电子科技大学 一种适用于卷绕式二次电池集流体的温度和应变解耦方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1043987A (zh) * 1989-12-26 1990-07-18 华东师范大学 一种温湿双功能敏感薄膜元件及其制造方法
JP3733962B2 (ja) * 2003-09-12 2006-01-11 山里産業株式会社 薄膜抵抗測温シート
CN101551403A (zh) * 2009-05-22 2009-10-07 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种测试加速度,压力和温度的集成硅芯片及制作方法
CN103900460A (zh) * 2012-12-28 2014-07-02 华东理工大学 一种半导体薄膜高温变形传感器
US20150160145A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 Robert Bosch Gmbh Semiconductor Sensor Having a Suspended Structure and Method of Forming a Semiconductor Sensor Having a Suspended Structure
CN105091730A (zh) * 2015-07-03 2015-11-25 新会康宇测控仪器仪表工程有限公司 一种dsoi应变计及其制作方法
CN105136873A (zh) * 2015-08-19 2015-12-09 东南大学 一种用于测量温度和湿度的柔性集成传感器及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1043987A (zh) * 1989-12-26 1990-07-18 华东师范大学 一种温湿双功能敏感薄膜元件及其制造方法
JP3733962B2 (ja) * 2003-09-12 2006-01-11 山里産業株式会社 薄膜抵抗測温シート
CN101551403A (zh) * 2009-05-22 2009-10-07 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种测试加速度,压力和温度的集成硅芯片及制作方法
CN103900460A (zh) * 2012-12-28 2014-07-02 华东理工大学 一种半导体薄膜高温变形传感器
US20150160145A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 Robert Bosch Gmbh Semiconductor Sensor Having a Suspended Structure and Method of Forming a Semiconductor Sensor Having a Suspended Structure
CN105091730A (zh) * 2015-07-03 2015-11-25 新会康宇测控仪器仪表工程有限公司 一种dsoi应变计及其制作方法
CN105136873A (zh) * 2015-08-19 2015-12-09 东南大学 一种用于测量温度和湿度的柔性集成传感器及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G.S CHUNG: "Micromachined chromium nitride thin-film pressure sensor for high temperature applications", 《ELECTRONICS LETTERS》 *
邹其利等: "压力、温度复合传感器技术研究", 《仪表技术与传感器》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109341777A (zh) * 2018-11-21 2019-02-15 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所 一种用于轴承温度/应变信号监测的传感器
CN109341777B (zh) * 2018-11-21 2021-07-06 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所 一种用于轴承温度/应变信号监测的传感器
CN109855687A (zh) * 2019-02-27 2019-06-07 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种柔性温度-应变集成传感器阵列及制备方法
CN109855687B (zh) * 2019-02-27 2021-05-11 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种柔性温度-应变集成传感器阵列及制备方法
CN110849942A (zh) * 2019-11-27 2020-02-28 中国人民解放军空军工程大学 一种基于pvd的格栅式薄膜传感器及其制备方法
CN112857439A (zh) * 2021-01-06 2021-05-28 中北大学 薄膜传感器及其制备方法
CN114689198A (zh) * 2022-03-28 2022-07-01 电子科技大学 一种适用于卷绕式二次电池集流体的温度和应变解耦方法
CN114689198B (zh) * 2022-03-28 2023-03-14 电子科技大学 一种适用于卷绕式二次电池集流体的温度和应变解耦方法

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