具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器及其制备方法，该传感器包括弹性支撑件、压电基片及底板；弹性支撑件承载于底板上，压电基片固定于弹性支撑件内。压电基片由第一层和第二层形成，第一层具有第一杨氏模量和第一温度系数，第二层具有第二杨氏模量和第二温度系数，至少在传感器的工作条件内，第二温度系数的符号与第一温度系数的符号相反，该方法包括以下步骤：由第一材料形成所述压电基片的第一层；将第二材料涂覆至所述压电基片的第一层以形成第二层；以及通过所述压电基片的几何结构来控制涂覆到所述压电基片的第一层的第二材料的量。本发明专利技术对各种温度环境适用性更强，测量精度受环境温度影响较小。

Vehicle dynamic weighing sensor with temperature compensation function and preparation method thereof

The invention discloses a vehicle dynamic weighing sensor with temperature compensation function and a preparation method thereof, the sensor comprises an elastic support member, a piezoelectric substrate and a bottom plate; an elastic support bearing on the bottom plate, the piezoelectric substrate is fixed on the elastic support member. The piezoelectric substrate formed by the first and second layers, the first layer has a first modulus and temperature coefficient of the first, the second layer has second Young's modulus and the temperature coefficient of second, at least in the sensor working conditions, the temperature coefficient of the first second symbols and the temperature coefficient of the opposite sign, the method comprises the following steps: a first material the formation of the piezoelectric substrate of the first layer; the first layer second material is applied to the piezoelectric substrate to form a layer of the second layer; the second material applied to the piezoelectric substrate and the piezoelectric substrate by the geometric structure of the volume. The invention is more suitable for various temperature environments, and the measurement precision is less affected by the environmental temperature.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车辆称重领域，具体涉及一种具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器及其制备方法。
技术介绍
近年来，计重收费在中国得到了快速发展。汽车动态称重（weigh–in-motion,WIM)是智能交通系统的重要组成部分。现有动态车辆称重一般采用一定长度的条形石英称重传感器对车道进行覆盖，由传感器检测各车轮重量后，将各车轮重量相叠加来计算车辆整车重。动态称重时，汽车以一定的速度通过汽车衡，不仅轮胎对秤台的作用时间很短，而且除真实轴重外，还有许多因素产生的干扰，真实轴重往往被淹没在各种干扰中，这给高准确度的汽车动态称重造成很大的困难。车速、汽车自身振动、路面激励、轮胎驱动力等是目前考虑较多的影响因素。另外，由于称重传感器工作在不同的温度环境中，如炎热的夏季、寒冷的冬季以及不同的国家和地区等等，不同的环境温度导致称重传感器的谐振频率产生温度漂移问题，进而导致称重的精度降低，目前的解决方案均为通过给。因此，为解决称重传感器因温度漂移导致的称重精度降低，本专利技术提供一种具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器，对各种温度环境适用性更强，测量精度受环境温度影响较小的动态称重系统。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器及其制备方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供的具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器，所述传感器包括弹性支撑件、压电基片及底板；弹性支撑件承载于底板上，压电基片固定于所述弹性支撑件内。所述压电基片由第一层和第二层形成，所述第一层具有第一杨氏模量和第一温度系数，所述第二层具有第二杨氏模量和第二温度系数，至少在传感器的工作条件内，第二温度系数的符号与第一温度系数的符号相反，所述方法包括以下步骤：由第一材料形成所述压电基片的第一层；将第二材料涂覆至所述压电基片的第一层以形成第二层；以及通过所述压电基片的几何结构来控制涂覆到所述压电基片的第一层的第二材料的量。进一步地，控制涂覆到压电基片的第一层的第二材料的量的步骤可以包括：在第一层中产生其中生长第二材料的有限空间。因为空间受限，第二材料的生长也受限。进一步地，产生其中可以生长第二材料的有限空间的步骤可以包括在第一材料中产生多个孔或者凹陷的步骤，以及将第二材料涂覆至所述压电基片的第一层的步骤包括以第二材料完全填充所述孔或凹陷。进一步地，第一材料可以包括硅（Si），第二材料可以包括二氧化硅(SiO2)。根据本专利技术的第二方面，提出了一种具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器，所述传感器包括弹性支撑件、压电基片及底板；弹性支撑件承载于底板上，压电基片固定于所述弹性支撑件内。所述压电基片由第一层和第二层形成，所述第一层具有第一杨氏模量和第一温度系数，所述第二层具有第二杨氏模量和第二温度系数，至少在传感器的工作条件内，第二温度系数的符号与第一温度系数的符号相反，所述压电基片包括：控制器，用于根据所述压电基片的形状来控制所述压电基片中形成第二层的第二材料的量。进一步地，所述控制器包括在压电基片中形成的一个或多个孔或者凹陷。所述第二材料可以沉积到所述一个或多个孔中，并且可以在所述孔内生长。这意味着第二材料的生长受到一个或多个孔的尺寸的限制。进一步地，所述压电基片可以由包括硅的第一层和包括二氧化硅的第二层构成。有益效果：本专利技术一方面使用温度补偿技术，向具有正温度系数的材料中添加负温度系数的材料，使总温度系数可以变得几乎不为负，并且在特定容限下可以将其减小为零。在这种情况下，压电称重传感器的频率将变得与温度无关。另一方面，可以最优化车辆动态称重系统中压电称重传感器的形状或者几何结构，从而减小由温度和工艺变化产生的频率的变化。除了上面所述的本专利技术解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本专利技术的具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器及其制备方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。附图说明图1是本专利技术实施例1的具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器结构示意图；图2是图1中压电基片的分层示意图；图3是根据本专利技术的方法制造压电称重传感器的示意图；图中：1-弹性支撑片，2-压电基片，3-底板，21-第一层，22-第二层，212-氧化层，214-硅衬底，216-硅层，218-二氧化硅硬掩膜，220-沟道，222-腔体，224-质量块，225-孔，226-梁。具体实施方式实施例1：下面结合具体实施例对本专利技术所述的具有温度补偿功能的车辆动态称重系统做进一步详细说明，但是本专利技术的保护范围并不限于此。图1示出了具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器构成图，动态称重传感器包括弹性支撑件1、压电基片2及底板3；弹性支撑件1承载于底板3上，压电基片2固定于所述弹性支撑件1内。车辆通过动态称重系统时，压力基片3感受到车辆车轮带来的压力，将振动能转化为电能，并将电信号传输到数据处理中心，对车辆每轴重量数据进行处理，计算出车辆每轴重量和总重。图2示出了具有温度补偿功能的压电基片构成图，具有温度补偿功能的车辆称重传感器中的压电基片2由第一层和第二层形成，所述第一层具有第一杨氏模量和第一温度系数，所述第二层具有第二杨氏模量和第二温度系数，至少在传感器的工作条件内，第二温度系数的符号与第一温度系数的符号相反。第一层和第二层的材料组合可以是温度系数相反的任意压电材料。如第一层材料可以包括硅，第二材料可以包括二氧化硅(SiO2)。下面以第一层材料包括硅，第二层材料包括二氧化硅为例，来说明压电基片的制备过程。图3(A)、图3(B)和3(C)依次示出了根据本专利技术的方法制造压电称重传感器的三个阶段。在制造压电基片的第一阶段，将氧化层212沉积到硅衬底214上。将第二硅层216沉积到氧化层212上，并且进而将二氧化硅硬掩模218沉积到硅层216上。然后按照已知的方式进行硬掩模218的图案化，以便限定沟道220和孔225。第二阶段，按照已知方式刻蚀硬掩模218以限定腔体222，从而限定出梁部分226和质量块区域224。因此在质量块区域224中形成孔225。实际上，如上所述，并没有清楚地限定出压电基片的梁区域和质量块区域。因此可以使用各种方法来适当地定位孔。这些方法包括有限元分析、试验和误差。第三阶段，在刻蚀之后，使结构经历氧化工艺，氧化工艺的结果是硅层216涂覆有二氧化硅层218。此外，通过所述氧化工艺，用二氧化硅充满所述孔225。这就要求第二阶段中所形成的孔小到足以用二氧化硅充满。在SiO2中不存在应力的情况下，在硅第一材料中形成的实质上柱形中空孔的氧化将按照比压电基片表面的平面氧化更快的速率进行。当氧化温度较高时在SiO2中出现应力，并且比当在较低氧化温度下使SiO2应变时的平面氧化更慢。使用上述制备方法，形成具有温度补偿功能的层状压电基片，使得压电称重传感器的频率将变得与温度无关，可以最优化车辆动态称重系统中压电称重传感器的形状或者几何结构，从而减小由温度和工艺变化产生的频率的变化。可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本专利技术的原理而采用的示例性实施方式，然而本专利技术并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本专利技术的精神本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器，包括弹性支撑件、压电基片及底板；弹性支撑件承载于底板上，压电基片固定于所述弹性支撑件内，其特征在于：所述压电基片由第一层和第二层形成，所述第一层具有第一杨氏模量和第一温度系数，所述第二层具有第二杨氏模量和第二温度系数，至少在所述传感器的工作条件内，第二温度系数的符号与第一温度系数的符号相反；所述压电基片还包括控制器，用于根据所述压电基片的形状来控制所述压电基片中形成第二层的第二材料的量。

【技术特征摘要】
1.一种具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器，包括弹性支撑件、压电基片及底板；弹性支撑件承载于底板上，压电基片固定于所述弹性支撑件内，其特征在于：所述压电基片由第一层和第二层形成，所述第一层具有第一杨氏模量和第一温度系数，所述第二层具有第二杨氏模量和第二温度系数，至少在所述传感器的工作条件内，第二温度系数的符号与第一温度系数的符号相反；所述压电基片还包括控制器，用于根据所述压电基片的形状来控制所述压电基片中形成第二层的第二材料的量。2.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器，其特征在于：所述控制器是形成于压电基片中孔或凹陷。3.根据权利要求2所述的具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器，其特征在于：所述孔或凹陷的数量是一个或多个。4.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的车辆动态称重传感器，其特征在于：所述第一层包含硅，所述第二层包含二氧化硅。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，赵池航，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32