CN106595910A - 一种应力传感器及其制备方法 - Google Patents

一种应力传感器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106595910A
CN106595910A CN201610980057.1A CN201610980057A CN106595910A CN 106595910 A CN106595910 A CN 106595910A CN 201610980057 A CN201610980057 A CN 201610980057A CN 106595910 A CN106595910 A CN 106595910A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lead
pad
strain gauge
layer
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610980057.1A
Other languages
English (en)
Inventor
何峰
谢贵久
颜志红
蓝镇立
谢明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 48 Research Institute
Original Assignee
CETC 48 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 48 Research Institute filed Critical CETC 48 Research Institute
Priority to CN201610980057.1A priority Critical patent/CN106595910A/zh
Publication of CN106595910A publication Critical patent/CN106595910A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/04—Measuring force or stress, in general by measuring elastic deformation of gauges, e.g. of springs

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种应力传感器，包括引线组件和沉积于被测结构件上的过渡层，所述过渡层上依次沉积有绝缘层、应变薄膜层、焊盘和保护层，所述焊盘与所述引线组件相连。本发明的应力传感器具有结构简单、连接可靠、应力测量精准可靠等优点。本发明还公开了一种基于如上所述的应力传感器的制备方法，步骤为：S01、开始，在置于真空镀膜腔体中且清洗干净的被测结构件上安装掩膜，并依次沉积过渡层和绝缘层；S02、更换掩膜，在所述绝缘层上沉积应变薄膜层；S03、更换掩膜，在所述应变薄膜层上制备焊盘；S04、更换掩膜，在所述应变薄膜层上沉积保护层；S05、整体热处理；S06、将焊盘与引线组件相连，制备完成。本发明的制备方法具有操作简便、易于实现等优点。

Description

一种应力传感器及其制备方法
技术领域
本发明主要涉及应力测量技术领域，特指一种应力传感器及其制备方法。
背景技术
目前大型的金属结构件，如桥梁支座、发动机叶片、风机叶片，都需要对其设计及运行过程中的应力进行长期监测，避免安全事故的发生，或者提高产品的可靠性。
传统的应力监测方法一般是采用应变计和光栅传感器。传感器的安装是采用胶粘、螺纹固定或者焊接方式。其中胶粘方式是通过粘接胶将应变计或者光栅传感器与结构件相连。现有使用的螺钉和粘贴胶的状态是极其不稳定的，只要发生nm级的位置变化或形变就可引起输出明显的响应，其中胶体和螺纹微观缝隙是引起测量迟滞的主要原因，另外长期在室外环境下，粘接胶容易老化蠕变，传感器与测量部位出现松动，应力传递过程中出现传递误差，导致测量结果不准确，零点发生偏移。另一种方式是采用氩弧焊或者激光焊接等工艺将传感器焊接固定在被测结构件上，但焊接过程中高温工艺会导致焊缝处容易累计较大的应力，应力释放是一个长期的过程，导致传感器在长期监测过程中受到结构件本身应力的释放，导致外界因素引起的应力变化测量出现偏差，零点发生偏移；而且采用焊接方法只能焊接敏感元件的边线，不能实现面接触，且焊接的温度通常会损害敏感元件。因此，现有方法主要用于对结构材料微应力的短期测量，一段时间后再次测量时需要卸载后重新校准零点，测量误差较大，漂移严重，不适用于长期连续监测。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、接触面积大、应力测量精准可靠的应力传感器，并相应提供一种操作简便的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种应力传感器，包括引线组件和沉积于被测结构件上的过渡层，所述过渡层上依次沉积有绝缘层、应变薄膜层、焊盘和保护层，所述焊盘与所述引线组件相连。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述引线组件包括引线支架，所述引线支架上设置与焊盘对应的引线，所述引线与所述焊盘之间通过导电浆料固化，所述引线支架与所述被测结构件之间紧固连接。
所述引线支架与所述被测结构件之间通过螺钉紧固连接。
所述过渡层为Ta2O5层。
所述绝缘层和保护层均为SiO2层。
所述应变薄膜层为NiCr层。
一种基于如上所述的应力传感器的制备方法，步骤为：
S01、开始，在置于真空镀膜腔体中且清洗干净的被测结构件上安装掩膜，并依次沉积过渡层和绝缘层；
S02、更换掩膜，在所述绝缘层上沉积应变薄膜层；
S03、更换掩膜，在所述应变薄膜层上制备焊盘；
S04、更换掩膜，在所述应变薄膜层上沉积保护层；
S05、整体热处理；
S06、将焊盘与引线组件相连，制备完成。
作为上述技术方案的进一步改进：
步骤S06的具体过程为：将引线组件上引线与焊盘接触并通过导电浆料固化，同时将引线组件上的引线支架与被测结构件紧固相连。
步骤S05的具体过程为：将被测结构件与应力传感器整体放置于热真空箱内进行热处理，温度范围为100℃～200℃。
在步骤S06后，进行标定测试，得到应力与传感信号之间的特征曲线。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的应力传感器，直接在被测结构件上沉积得到，使应力传感器与被测结构件之间形成整体；应力传感器与被测结构件之间形成面接触，不会出现两者松动或者存在应力的问题而导致零点漂移，从而能够保证应力检测的精准性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的剖视结构示意图。
图2为本发明中引线组件的侧视结构示意图。
图3为本发明中引线组件的俯视结构示意图。
图4为本发明中被测结构件的立体结构示意图。
图5为本发明的制备方法流程图。
图中标号表示：1、被测结构件；2、过渡层；3、绝缘层；4、应变薄膜层；5、焊盘；6、保护层；7、引线组件；71、引线支架；72、引线；73、螺钉；74、导电浆料。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1至图4所示，本实施例的应力传感器，包括引线组件7和沉积于被测结构件1（如桥梁支座中的弹性体）上的过渡层2，过渡层2上依次沉积有绝缘层3、应变薄膜层4、焊盘5和保护层6，焊盘5与引线组件7相连。本发明的应力传感器，直接在被测结构件1上沉积得到，使应力传感器与被测结构件1之间形成整体；应力传感器沉积在被测结构件1上形成面接触，不会出现两者松动或者存在应力的问题而导致零点漂移，从而能够保证应力检测的精准性和可靠性；另外应力传感器沉积在被测结构件1上，也不会对被测结构件1的结构进行任何的破坏。
如图1至图3所示，本实施例中，引线组件7包括引线支架71，引线支架71呈与被测结构件1相同的形状（如圆形板状），引线支架71上设置与焊盘5对应的引线72，引线72与焊盘5之间通过导电浆料74（如导电银桨）固化，引线支架71与被测结构件1之间通过螺钉73紧固连接，即通过引线支架71与被测结构件1之间的紧固连接，使引线72与焊盘5之间位置相对固定，实现电气连接的可靠性。由于受应力传感器体积及基底材料的限制，目前常规的金丝球焊无法实现引线72与焊盘5的可靠连接，采用以上引线支架71的引线72（如柯伐合金）与焊盘5硬接触实现电气导通，并在接触点采用导电银浆固化，能够充分保障电气连接的可靠性。
本实施例中，过渡层2为Ta2O5层。
本实施例中，绝缘层3和保护层6均为SiO2层。
本实施例中，应变薄膜层4为NiCr层。
本发明的应力传感器可适用于桥梁支座的弹性体上，弹性体可以为圆柱形、长方体、正方体或球体等，本实施例中为圆柱形为例，如图4所示，应力传感器的应变感应图形制备在圆周侧，也可以根据需要制备在其上表面；当然，在其它实施例中，本发明的应力传感器也可以适用于其它领域需要进行应力测量的结构件上。
如图5所示，本发明还公开了一种如上所述的应力传感器的制备方法，步骤为：
S01、首先将被测结构件1超声波清洗干净被测结构件1外部安装有掩膜，然后将被测结构件1置于真空镀膜腔体中，沉积非金属过渡层2材料（如Ta2O5）和绝缘层3材料（如SiO2）；
S02、更换掩膜，在绝缘层3上沉积应变薄膜层4（如NiCr），用于检测应力变化；
S03、更换掩膜，在应变薄膜层4上制备焊盘5（如金）；
S04、更换掩膜，在应变薄膜层4上沉积保护层6（如SiO2）；
S05、整体热处理；
S06、将焊盘5与引线组件7相连，制备完成。
本实施例中，掩膜为硬掩膜，可以为金属，或者耐高温非金属材料（如陶瓷），易于加工成型，硬掩膜可以加工成不同形状，实现传感器图形转移，其中硬掩膜遮断区域无沉积薄膜，图形区域为薄膜沉积区域。
本实施例中，步骤S06的具体过程为：将引线组件7上引线72与焊盘5硬接触并通过导电浆料74（如导电银浆）固化，同时将引线组件7上的引线支架71与被测结构件1紧固相连，保证电气连接的可靠性。
本实施例中，步骤S05的具体过程为：将被测结构件1与应力传感器的整体放置于热真空箱内进行热处理（热处理能使减少薄膜沉积过程中晶界缺陷，改善薄膜结构，使薄膜性能趋于稳定，如阻值），温度为150℃，温度根据实际情况在范围100℃～200℃中进行选取。
本实施例中，在步骤S06后，进行标定测试，得到应力与传感信号之间的特征曲线。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应力传感器，其特征在于，包括引线组件（7）和沉积于被测结构件（1）上的过渡层（2），所述过渡层（2）上依次沉积有绝缘层（3）、应变薄膜层（4）、焊盘（5）和保护层（6），所述焊盘（5）与所述引线组件（7）相连。
2.根据权利要求1所述的应力传感器，其特征在于，所述引线组件（7）包括引线支架（71），所述引线支架（71）上设置与焊盘（5）对应的引线（72），所述引线（72）与所述焊盘（5）之间通过导电浆料（74）固化，所述引线支架（71）与所述被测结构件（1）之间紧固连接。
3.根据权利要求2所述的应力传感器，其特征在于，所述引线支架（71）与所述被测结构件（1）之间通过螺钉（73）紧固连接。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的应力传感器，其特征在于，所述过渡层（2）为Ta2O5层。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的应力传感器，其特征在于，所述绝缘层（3）和保护层（6）均为SiO2层。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的应力传感器，其特征在于，所述应变薄膜层（4）为NiCr层。
7.一种基于权利要求1至6中任意一项所述的应力传感器的制备方法，其特征在于，步骤为：
S01、开始，在置于真空镀膜腔体中且清洗干净的被测结构件（1）上安装掩膜，并依次沉积过渡层（2）和绝缘层（3）；
S02、更换掩膜，在所述绝缘层（3）上沉积应变薄膜层（4）；
S03、更换掩膜，在所述应变薄膜层（4）上制备焊盘（5）；
S04、更换掩膜，在所述应变薄膜层（4）上沉积保护层（6）；
S05、整体热处理；
S06、将焊盘（5）与引线组件（7）相连，制备完成。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S06的具体过程为：将引线组件（7）上引线（72）与焊盘（5）接触并通过导电浆料（74）固化，同时将引线组件（7）上的引线支架（71）与被测结构件（1）紧固相连。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，步骤S05的具体过程为：将被测结构件（1）与应力传感器整体放置于热真空箱内进行热处理，温度范围为100℃～200℃。
10.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，在步骤S06后，进行标定测试，得到应力与传感信号之间的特征曲线。
CN201610980057.1A 2016-11-08 2016-11-08 一种应力传感器及其制备方法 Pending CN106595910A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610980057.1A CN106595910A (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种应力传感器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610980057.1A CN106595910A (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种应力传感器及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106595910A true CN106595910A (zh) 2017-04-26

Family

ID=58590679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610980057.1A Pending CN106595910A (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种应力传感器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106595910A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109682318A (zh) * 2018-12-19 2019-04-26 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种发动机叶片动应变测量传感器及制造方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2660432A1 (fr) * 1990-04-03 1991-10-04 Onera (Off Nat Aerospatiale) Capteur de flux thermique pour temperatures elevees, et procede pour sa realisation.
CN102175363A (zh) * 2010-12-31 2011-09-07 东莞市百赛仪器有限公司 用离子束溅射硅薄膜制作的压力应变器件及方法
CN102212823A (zh) * 2011-05-13 2011-10-12 电子科技大学 在合金基板上设置薄膜传感器的方法
CN102928150A (zh) * 2012-10-26 2013-02-13 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种无引线封装的金属薄膜压力传感器及其制备方法
CN103486961A (zh) * 2013-05-31 2014-01-01 电子科技大学 带有薄膜传感器的构件及制备方法
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
CN104132767A (zh) * 2014-07-25 2014-11-05 北京控制工程研究所 一种基于mems的压力传感器
CN105466626A (zh) * 2015-12-11 2016-04-06 中国电子科技集团公司第四十八研究所 薄膜压力传感器及其制造方法
CN105908142A (zh) * 2016-04-15 2016-08-31 大连交通大学 一种高温薄膜应变计及其制作方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2660432A1 (fr) * 1990-04-03 1991-10-04 Onera (Off Nat Aerospatiale) Capteur de flux thermique pour temperatures elevees, et procede pour sa realisation.
CN102175363A (zh) * 2010-12-31 2011-09-07 东莞市百赛仪器有限公司 用离子束溅射硅薄膜制作的压力应变器件及方法
CN102212823A (zh) * 2011-05-13 2011-10-12 电子科技大学 在合金基板上设置薄膜传感器的方法
CN102928150A (zh) * 2012-10-26 2013-02-13 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种无引线封装的金属薄膜压力传感器及其制备方法
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
CN103486961A (zh) * 2013-05-31 2014-01-01 电子科技大学 带有薄膜传感器的构件及制备方法
CN104132767A (zh) * 2014-07-25 2014-11-05 北京控制工程研究所 一种基于mems的压力传感器
CN105466626A (zh) * 2015-12-11 2016-04-06 中国电子科技集团公司第四十八研究所 薄膜压力传感器及其制造方法
CN105908142A (zh) * 2016-04-15 2016-08-31 大连交通大学 一种高温薄膜应变计及其制作方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109682318A (zh) * 2018-12-19 2019-04-26 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种发动机叶片动应变测量传感器及制造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6502459B1 (en) Microsensor for measuring velocity and angular direction of an incoming air stream
US20090199650A1 (en) Mechanical quantity measuring apparatus
US20140331771A1 (en) Ultrasonic Measurement System
CN202994323U (zh) 一种薄膜型铂电阻温度传感器
CN102759326A (zh) Mems应变式结冰传感器及检测方法
JPWO2003021246A1 (ja) 容量性感湿素子と容量性感湿素子の製造方法
CN103900460A (zh) 一种半导体薄膜高温变形传感器
CN105393099A (zh) 薄膜传感器
CN106768289A (zh) 一种新型高温压电振动传感器
CN207622899U (zh) 一种三余度的薄膜压力敏感元件
CN106595910A (zh) 一种应力传感器及其制备方法
US20140260644A1 (en) Modular Systems for Piezoresistive Transducers
CN207585802U (zh) 一种基于soi和压电薄膜的声表面波高温压力传感器芯片
US20160290874A1 (en) Temperature sensor
JP6108156B2 (ja) 温度センサ
US10289508B2 (en) Sensor system and method for identifying faults related to a substrate
CN106449960B (zh) 一种基于静电激励/电容检测微桥谐振器的薄膜热电变换器的结构与制作方法
CN202994313U (zh) 一种快速响应薄膜热电偶温度传感器
CN114279586A (zh) 一种发动机叶片薄膜温度传感器及其制备方法
CN109752077A (zh) 一种振动状态可视化检测装置、制作方法及应用
CN210401309U (zh) 基于Fick扩散定律的微型氯离子传感器
CN202582797U (zh) 一种抗冲击压力传感器
JPH04142420A (ja) 角速度センサ
JPH01221633A (ja) 軸受故障検知用複合センサー
CN112136022A (zh) 具有传感器布置结构的金属管结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170426

RJ01 Rejection of invention patent application after publication