CN205562310U - 一种压敏材料应变因子测试装置和所用的悬臂梁测试构件 - Google Patents
一种压敏材料应变因子测试装置和所用的悬臂梁测试构件 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种压敏材料应变因子测试装置和所用的悬臂梁测试构件，该装置包括防震台、悬臂梁测试构件、模态激振器、激振器信号源、激光非接触振动测量仪、万用表、数字示波器和计算机；悬臂梁测试构件放置在模态激振器上，在激振器信号源的作用下振动，万用表通过互连线与悬臂梁上的压敏材料构成的敏感结构相连，用于测量压敏材料电阻阻值，计算阻值相对变化量；激光非接触振动测量仪的探头可发射激光到悬臂梁顶端，激光非接触振动测量仪的输出端与数字示波器相接，用于记录激光非接触振动测量仪的模拟信号输出，数据可输入到计算机进行数据分析，得到应变和应变因子。本装置结构简单，检测稳定性高，可满足高精确度的检测要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及材料应变因子实验测试装置，特别涉及一种压敏材料应变因子测试装置和所用的悬臂梁测试构件。
背景技术
随着现代科学技术的不断发展，压敏材料(如：扩散硅电阻、多晶硅电阻、碳化硅电阻等)应变因子作为衡量材料压敏性能好坏的一种重要参数，其应用越来越广泛。但是目前应变因子的测量计算中存在较多问题，如：测量过程中多方面因素带来的误差等问题，使得在应变因子的计算中，很难完成实测。
因此，亟需研发一种操作简单、测量误差小的压敏材料应变因子测量装置。
实用新型内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种可以精确测量压敏材料应变因子的测试装置。
本实用新型的目的在于提供以下方面：
(1)一种压敏材料应变因子的测试装置，其中，如图1所示，所述测试装置包括：防震台1、悬臂梁测试构件2、模态激振器3、激振器信号源4、带有探头6的激光非接触振动测量仪5、万用表7、数字示波器8和计算机9，其中，
所述悬臂梁测试构件2放置在模态激振器3上，和/或
万用表7通过互连线27与悬臂梁上的压敏材料26构成的压敏结构相连，所述互连线优选铝互连线，和/或
激光非接触振动测量仪5的输出端与数字示波器8相接。
(2)根据上述(1)所述的测试装置，其中，所述模态激振器3在激振器信号源4的作用下振动，优选以一定频率进行振动；和/或
激光非接触振动测量仪5的探头6可发射激光，优选其波长为632.8nm，更优选该激光可入射到悬臂梁顶端21，所述激光包括入射光61与反射光62，优选入射光61与反射光62波长λ相等。
(3)根据上述(1)所述的测试装置，其中，所述万用表7用于测量不同激振频率下压敏材料电阻阻值，并计算压敏材料电阻阻值相对变化量。
(4)根据上述(1)所述的测试装置，其中，所述数字示波器8用于记录激光非接触振动测量仪5的模拟信号输出，数据可输入到计算机9用于数据分析处理，计算悬臂梁的应变。
(5)根据上述(1)所述的测试装置，其中，所述悬臂梁测试构件2包括硅支撑体23、悬臂梁24、悬臂梁顶端质量块25，优选在悬臂梁根部22做压敏材料26电阻条，并引出互连线27，或者优选在悬臂梁根部22埋层互连线27。
(6)根据上述(1)至(5)之一所述的测试装置，其中，
所述压敏材料26制备在悬臂梁测试构件2的根部22上，直接形成压敏电阻。
(7)根据上述(1)至(5)之一所述的测试装置，其中，所述模态激振器3可接收激振器信号源4信号，并以一定频率振动，使悬臂梁测试构件2和压敏材料26变形。
(8)一种悬臂梁测试构件2，优选用于上述(1)至(7)之一所述的测试装置，其中，该构件包括硅支撑体23、悬臂梁24、悬臂梁顶端质量块25，优选在悬臂梁根部22埋层互连线27。
(9)根据上述(8)所述的构件，其中，在所述硅支撑体23一 侧有悬臂梁24，在悬臂梁24的顶端有一质量块25，优选可以在悬臂梁根部22做压敏材料26电阻条，并引出互连线27。
本实用新型所具有的有益效果包括：
1、压敏材料制备在专用悬臂梁测试构件上，直接形成压敏电阻，降低了测试误差；
2、模态激振器带动样品以一定频率振动，实现了应变的可控性，且操作简便；
3、采用带探头的激光非接触振动测量仪记录压敏电阻形变，精密度高，准确性好；
4、万用表与悬臂梁根部埋层互连线相连，实现了不同激振频率下压敏材料电阻阻值测量；
5、本实用新型装置稳定性好，应变因子检测准确度高。
附图说明
图1为本实用新型的压敏材料应变因子测试装置示意图；
图2为本实用新型的悬臂梁测试构件示意图；
图3为图2的悬臂梁测试构件受到力作用后悬臂梁发生弹性形变时的示意图。
附图标号说明
1-防震台；
2-悬臂梁测试构件；
21-悬臂梁顶端；
22-悬臂梁根部；
23-硅支撑体；
24-悬臂梁；
25-质量块；
26-压敏材料；
27-互连线；
3-模态激振器；
4-激振器信号源；
5-激光非接触振动测量仪；
6-激光非接触探头；
61-入射光；
62-反射光；
7-万用表；
8-数字示波器；
9-计算机。
具体实施方式
下面通过对本实用新型进行详细说明，本实用新型的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
根据本实用新型提供的一种优选实施方式，如图1所示，压敏材料应变因子测试装置包括防震台(优选型号为POT-G10-08)1、悬臂梁测试构件2、模态激振器(优选型号为JZK-220N)3、激振器信号源(优选型号为YE 1311)4、激光非接触振动测量仪(优选型号为V1002)5、万用表(优选型号为Agilent 34401A)7、数字示波器(优选型号为TDS3032)8和计算机9。
在进一步优选的实施方式中，所述悬臂梁测试构件2放置在模态激振器3上，模态激振器3在激振器信号源4的作用下以一定频率进行振动，频率可控；万用表7通过互连线27与悬臂梁上的压敏材料26构成的压敏结构相连，用于测量不同激振频率下压敏材料电阻阻值，并计算压敏材料电阻阻值相对变化量；激光非接触振动测量仪5的探头6可发射激光到悬臂梁顶端21，激光非接触振动测量仪5的输出端与数字示波器8相接，用于记录激光非接触振动测量仪5的模拟信号输出，或者用于测定激光非接触振动测量仪5的输出信号，数据可输入到计算机9，进行数据分析处理，计算一定激振频率下悬臂梁应变。以上所述压敏材料应变因子测试装置中的设备放置在防震台1上，以降低外界环境的影响。采用带探头的激光非接触振动测量仪记录压敏电阻形变，精密度高，准确性好；万用表与悬臂梁根部埋层互连线相连，实现了不同激振频率下压敏材料电阻阻值测量。
在更进一步优选的实施方式中，所述压敏材料26构成的压敏结构制备在悬臂梁测试构件2的根部22上，直接形成压敏电阻，所述模态激振器3可接收激振器信号源4信号，并以一定频率振动，使悬臂梁测试构件2和压敏材料26构成的压敏结构变形。所述激光非接触振动测量仪5的探头6可发射激光，其波长为632.8nm，该激光可入射到悬臂梁顶端21，所述激光包括入射光61与反射光62，入射光61与反射光62波长λ相等。所述数字示波器8可接收激光非接触振动测量仪5的输出信号，数据可输入到计算机9，进行数据分析处理，并计算应变，根据电阻阻值、阻值变化量和应变等计算得到应变因子。
在一种优选的实施方式中，所述用于应变因子测量装置的悬臂梁测试构件2，如图2所示，其包括硅支撑体23、悬臂梁24和悬臂梁顶端质量块25；悬臂梁测试结构2为基于微电子机械 加工技术(MEMS技术)制作的测试芯片，在悬臂梁根部22做压敏材料26电阻条，并引出互连线27，或者在悬臂梁根部22埋层互连线27。
在进一步优选的实施方式中，在所述硅支撑体23一侧有悬臂梁24，在悬臂梁24的顶端有一质量块25，可以在悬臂梁根部22做压敏材料电阻条26，并引出互连线27。
在更进一步的实施方式中，所述悬臂梁测试构件2为基于微电子机械加工技术(MEMS技术)制作的测试芯片，所述的悬臂梁测试构件2的制作工艺，包括以下步骤：
双面抛光<100>晶向高阻单晶硅片，电子清洗液清洗，第一次氧化，正面生长氧化层，厚度500-600nm，单晶硅片正面生长铝层，厚度400-500nm，第一次光刻，刻蚀正面铝层形成铝电极，生长氮化硅，厚度150-200nm，第二次光刻，刻蚀氮化硅层，形成电阻条和铝电极窗口，待制备压敏电阻；第三次光刻，通过双面光刻技术，光刻单晶硅片背面，形成硅杯窗口，第四次光刻，光刻单晶硅片正面，深槽刻蚀技术制作硅杯结构，深槽刻蚀技术释放悬臂梁测试结构，形成自带质量块结构悬臂梁；根据被测试压敏材料的制备工艺，将压敏电阻制作在悬臂梁测试构件2上。采用微电子机械加工技术制作，悬臂梁测试构件体积小，成本低。
在一种优选的实施方式中，采用所述测试装置或所述悬臂梁测试构件进行测试，该测试方法包括以下步骤：
1)连接测试装置各部件，将压敏材料制作在悬臂梁测试构件2上；
2)调节激振器信号源4，使模态激振器3以一定频率振动，引起悬臂梁测试构件2发生振动；
3)万用表7记录不同激振频率下压敏材料电阻阻值，计算 出不同激振频率下压敏材料电阻阻值相对变化量；
4)激光非接触振动测量仪5探头6接收不同频率下信号；
5)数字示波器8记录激光非接触振动测量仪5的模拟信号输出并输入到计算机9进行数据分析处理，实现应变计算；
6)根据应变和电阻变化，计算应变因子。
在进一步优选的实施方式中，将悬臂梁测试构件2放置在模态激振器3上，在激振器信号源4的作用下，模态激振器3以一定频率振动，引起悬臂梁测试构件2发生振动；如图3所示，在激振器作用下，悬臂梁顶端21质量块25受到力F，悬臂梁24发生弹性形变，基于压阻效应，根部压敏材料26电阻阻值发生改变，用万用表7测量不同激振频率下压敏材料电阻阻值，计算出不同激振频率下压敏材料电阻阻值相对变化量。采用激光非接触振动测量仪5的探头6发射激光(波长为632.8nm)入射到悬臂梁顶端21，激光包括入射光61与反射光62，其波长λ相等，在悬臂梁结构受到激振前后，探头6接收信号发生改变，数字示波器8记录激光非接触振动测量仪5的模拟信号输出，最后把所得数据输入到计算机9进行数据的分析处理，综合上述，对压敏材料应变因子进行计算。
其中，所述MEMS技术是指微电子机械加工系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，是一种先进的制造技术平台，是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件，其中，LIGA是指多样化光刻、电铸和注塑；通过MEMS技术制备的器件体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉、性能稳定、集成化高，其中，LIGA是指光刻、电铸和注塑；MEMS技术的特点可以归纳为 小尺寸、多样化，通过MEMS技术制备的器件体积小、集成化高。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本实用新型进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本实用新型的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本实用新型精神和范围的情况下，可以对本实用新型技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本实用新型的范围内。本实用新型的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种压敏材料应变因子的测试装置，该测试装置包括防震台(1)、悬臂梁测试构件(2)、模态激振器(3)、激振器信号源(4)、带有探头(6)的激光非接触振动测量仪(5)、万用表(7)、数字示波器(8)和计算机(9)，其中，
所述悬臂梁测试构件(2)放置在模态激振器(3)上，
万用表(7)通过互连线(27)与悬臂梁上的压敏材料(26)构成的压敏结构相连，
激光非接触振动测量仪(5)的输出端与数字示波器(8)相接，
所述模态激振器(3)在激振器信号源(4)的作用下进行振动；
所述激光非接触振动测量仪(5)的探头(6)可发射激光，该激光可入射到悬臂梁顶端(21)，所述激光包括入射光(61)与反射光(62)，两者波长λ相等。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述万用表(7)用于测量不同激振频率下压敏材料电阻阻值，并计算压敏材料电阻阻值相对变化量。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述数字示波器(8)用于记录激光非接触振动测量仪(5)的模拟信号输出，数据可输入到计算机(9)用于数据分析处理，计算悬臂梁的应变。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述悬臂梁测试构件(2)包括硅支撑体(23)、悬臂梁(24)、悬臂梁顶端质量块(25)，在悬臂梁根部(22)做压敏材料(26)电阻条，并引出互连线(27)。
5.根据权利要求1至4之一所述的测试装置，其特征在于，所述压敏材料(26)制备在悬臂梁测试构件(2)的根部(22) 上，直接形成压敏电阻。
6.根据权利要求1至4之一所述的测试装置，其特征在于，所述模态激振器(3)可接收激振器信号源(4)信号并振动，使悬臂梁测试构件(2)和压敏材料(26)变形。
7.一种用于权利要求1至6之一所述的测试装置的悬臂梁测试构件(2)，其特征在于，该构件包括硅支撑体(23)、悬臂梁(24)、悬臂梁顶端质量块(25)，在悬臂梁根部(22)埋层互连线(27)，
在所述硅支撑体(23)一侧有悬臂梁(24)，在悬臂梁(24)的顶端有一质量块(25)，在悬臂梁根部(22)做压敏材料(26)电阻条，并引出互连线(27)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620203099.XU CN205562310U (zh) | 2016-03-16 | 2016-03-16 | 一种压敏材料应变因子测试装置和所用的悬臂梁测试构件 |
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|---|---|---|---|
| CN201620203099.XU CN205562310U (zh) | 2016-03-16 | 2016-03-16 | 一种压敏材料应变因子测试装置和所用的悬臂梁测试构件 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105588772A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-05-18 | 黑龙江大学 | 一种压敏材料应变因子测试装置及其测试方法 |
| CN108469407A (zh) * | 2018-03-16 | 2018-08-31 | 中国石油大学(华东) | 一种检测表面洁净程度的装置及方法 |
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2016
- 2016-03-16 CN CN201620203099.XU patent/CN205562310U/zh active Active
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