基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测微型传感器制造技术

技术编号:18471946 阅读:24 留言:0更新日期:2018-07-18 21:37
本实用新型专利技术公开了一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测传感器,包括柔性扁平电缆、弹性结构体和金属敏感芯体。微型应力/应变传感器的弹性结构体内表面镀金属敏感芯体,形成金属薄膜敏感栅,并采用静电封装技术完成装配。将微型传感器埋入粘接界面,并使用粘接剂与上下表面粘接,传感器和信号解调模块用柔性扁平电缆连接,沿粘接界面粘接。本实用新型专利技术可实现对内部粘接结构进行实时在线的应力/应变、脱粘监测,并且传感器具有长期可靠性高、寿命长、测量精度高等优点。

Micro sensor for monitoring stress and strain of adhesive interface based on sputtering thin film technology

The utility model discloses a bonding interface stress and strain monitoring sensor based on sputtering film technology, including flexible flat cable, elastic structure and metal sensitive core. The elastic structure of the micro stress / strain sensor is plated with metal sensitive core on the surface of the body to form a metal film sensitive gate and to complete the assembly by electrostatic packaging technology. The micro sensor is embedded in the bonding interface, and the adhesive is bonded to the upper and lower surfaces. The sensor and signal demodulation module are connected by a flexible flat cable and bonded along the bonding interface. The utility model can carry out real-time on-line stress / strain and deadhesion monitoring on the internal bonding structure, and the sensor has the advantages of high reliability, long life and high measuring precision.

【技术实现步骤摘要】
基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测微型传感器
本技术属于传感器领域,具体涉及一种应用于粘接界面的在线应力/应变监测的微型传感器。
技术介绍
大量固体发动机试验表明,推进剂/衬层/绝热层之间的粘接界面的脱粘破坏是装药发动机结构完整性破坏的关键形式之一,会严重影响固体发动机的使用寿命。要想确保装药结构的完整性和发动机的可靠性,必须保证固体发动机界面粘接良好。因此需要展开针对性的技术研究。目前,常用于固体发动机粘接界面粘接状态健康诊断的技术主要有三类,分别是声学法、射线法和埋入微型传感器,其中前两种技术都不便于对在役设备进行长期监测,并且价格昂贵,需要大量的人力、物力。埋入微型传感器技术作为新兴的粘接界面粘接状态检测技术,近年来发展迅速,并取得了一定的研究成果。现阶段常用的埋入传感器类型有:光纤光栅压力传感器、半导体应变片式压力传感器以及陶瓷厚膜应力传感器。这些埋入式传感器都无法避免粘接界面的结构造成一定程度的破坏,并且测量值不能真实地代表实际值,影响固体发动机装药完整性的同时,造成较大的测量误差。针对上述问题,提出了固体发动机粘接界面实时应力/应变监测技术方法,研制出一种新型的埋入式微型传感器——一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力/应变监测微型传感器,在尽可能地减小粘接界面环境影响的前提下,通过实时在线监测粘接界面粘接应力的大小和粘接界面的微应变,以此为依据判断粘接界面的粘接状态,是否有脱粘现象发生,并评价固体发动机健康状态及对内部损伤进行监测。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种粘接界面的在线实时应力和应变监测的微型传感器,该传感器具有粘接界面应力/应变测量、脱粘监测的能力,能够识别内部脱粘损伤状态,其传感器具有高可靠性、长寿命、高测量精度的特点。可实现对内部粘接结构进行实时在线的应力/应变、脱粘监测,并且传感器具有长期可靠性高、寿命长、测量精度高等特点。为了实现上述目的,本技术采用如下的技术方案:一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测微型传感器,其特征在于:所述传感器包括柔性扁平电缆、弹性结构体和金属敏感芯体,所述金属敏感芯体通过溅射的方式将金属靶离子溅射到弹性结构体表面,形状为丝栅环绕型,金属敏感芯体感知弹性结构体的应力和应变,以监测弹性结构体表面的变形,对粘接界面的粘接应力和应变进行监测,其中扁平电缆、弹性结构体和金属敏感芯体均为双层。上述传感器中,金属敏感芯体由四个丝栅电阻组成,并留有四个焊点,与扁平电缆的四个焊点连接,组成惠斯通电桥电路。上述传感器中,金属敏感芯体每层有一套惠斯通电桥电路,构成双路敏感芯体,上层敏感芯体测量待测粘接界面上表面结构的变形,下层敏感芯体测量待测粘接界面下表面的结构变形。上述传感器中,为了防止金属敏感芯体氧化、腐蚀等现象的发生,在金属敏感芯体表面溅射有一层Si3N4保护膜,其保护膜厚度比金属敏感栅厚度小,达到保护的目的。上述传感器中,弹性结构体采用柔性较好的绝缘材料制成,具有良好的柔韧性,如弹性陶瓷片等。上述传感器中,金属敏感芯体、弹性结构体与扁平电缆利用静电封装技术实现封装、密封。上述传感器中,金属敏感芯体采用溅射薄膜制备工艺制成,材料选择易导电的金属材料,如铜、镍铬合金等。上述传感器中,金属薄膜与扁平电缆末端连接,实现可靠、有效的电接触。与现有技术相比,本技术所述的一种粘接界面实时应力/应变监测的微型传感器具有如下优点:1、本技术具有粘接界面的应力/应变、脱粘等进行实时在线监测的特点,实现了对特殊结构内部变形的精确测量。2、金属敏感芯体由四个丝栅电阻组成,并留有四个焊点,与扁平电缆的四个焊点连接,组成惠斯通电桥电路,并且可通过设计敏感栅减小传感器的零点输出等,保证传感器优良的性能及高精度测量。3、金属敏感芯体由上下两层敏感芯体组成,称为双路敏感芯体电路,上层敏感芯体测量上表面结构的变形,下层敏感芯体测量下表面的结构变形,能够更加详细的测量被测部位的变形情况。4、本技术基于溅射薄膜工艺,将溅射薄膜技术应用于微型传感器研制,制备出的敏感芯体能够一体化溅射制备,在工艺上保证了传感器的可靠性,具有高可靠、低功耗、长寿命的优点。5、本技术中防护层是通过溅射工艺将Si3N4溅射到敏感栅表面,防止敏感芯体进一步氧化,起到防护的作用。附图说明图1是本技术的微型传感器结构示意图,L是传感器的长度;H是传感器的高度。图2是本技术的敏感芯体结构示意图。图3是本技术的传感器安装示意图。附图标号是:1扁平电缆;2弹性结构体;3金属敏感芯体;3a金属敏感芯体焊点;3b金属敏感芯体敏感栅;4固体发动机壳体;5固体推进。具体实施方式参见附图1,本技术所述的一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力/应变监测微型传感器,包括柔性扁平电缆1、弹性结构体2和金属薄膜敏感芯体3。参加附图2,本技术所述的微型传感器中的敏感芯体3通过溅射薄膜工艺制备,其四个丝栅电阻组成惠斯通电桥,通过焊点3a与扁平电缆1连接,并且设计有双路敏感芯体,能更加全面、准确地监测结构应力/应变情况、脱粘现象的发生等。参加附图3,4是固体发动机壳体;5是固体推进剂。本技术所述的微型应力/应变传感器可采用弹性陶瓷片作为弹性结构体2的材料,陶瓷片内表面镀金属敏感芯体3,并采用静电封装技术完成装配。将微型传感器埋入待测粘接界面,并使用酚醛基粘接剂与上下表面粘接,传感器和信号解调模块用柔性扁平电缆1连接,沿着粘接界面粘接。微型传感器中的金属敏感芯体3通过感知弹性结构体2变形,将信号通过扁平电缆1传递到外部接收系统,实现对粘接结构的应力/应变、脱粘监测及测量。当粘接界面的粘接状态发生变化、有脱粘的趋势时,会引起传感器弹性结构体2发生形变,从而使金属敏感芯体3发生形变,导致其阻值发生变化,通过测量惠斯通电桥电压输出的变化,计算出金属敏感芯体3形变大小,即为粘接界面的微形变,再结合弹性力学原理计算出应力大小,结合应力/应变两个参量,最终判断粘接界面的粘接状态,评估固体发动机的健康状态。以上所述仅是本技术的优选实施方式,应当指出,对于本
的普通技术人员,在不脱离本技术原理的前提下,还可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测微型传感器,其特征在于:所述传感器包括柔性扁平电缆(1)、弹性结构体(2)和金属敏感芯体(3),所述金属敏感芯体(3)通过溅射的方式将金属靶离子溅射到弹性结构体(2)表面,形状为丝栅环绕型,金属敏感芯体(3)感知弹性结构体(2)的应力和应变,以监测弹性结构体(2)表面的变形,对粘接界面的粘接应力和应变进行监测,其中扁平电缆(1)、弹性结构体(2)和金属敏感芯体(3)均为双层。

【技术特征摘要】
1.一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测微型传感器,其特征在于:所述传感器包括柔性扁平电缆(1)、弹性结构体(2)和金属敏感芯体(3),所述金属敏感芯体(3)通过溅射的方式将金属靶离子溅射到弹性结构体(2)表面,形状为丝栅环绕型,金属敏感芯体(3)感知弹性结构体(2)的应力和应变,以监测弹性结构体(2)表面的变形,对粘接界面的粘接应力和应变进行监测,其中扁平电缆(1)、弹性结构体(2)和金属敏感芯体(3)均为双层。2.根据权利要求1所述的一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测微型传感器,其特征在于:所述金属敏感芯体(3)由四组金属敏感栅(3b)电阻组成,并留有四个焊点(3a),与柔性扁平电缆(1)的四个焊点连接,组成惠斯通电桥电路。3.根据权利要求2所述的一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测微型传感器,其特征在于:所述金属敏感芯体(3)每...

【专利技术属性】
技术研发人员:王文卷赵新米秀秀李贤君樊俊有
申请(专利权)人:陕西电器研究所
类型:新型
国别省市:陕西,61

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