一种厚膜三轴向传感器制造技术

一种厚膜三轴向传感器，包括其敏感元件和与其电连接的Ｘ、Ｙ、Ｚ轴向桥路，敏感元件部分包括外边缘的固支结构、陶瓷圆膜片、小瓷环和质量块。在改变敏感元件设计时，敏感元件和Ｘ、Ｙ、Ｚ轴向桥路组合成的Ｅ型膜片。厚膜力敏电阻的温度特性和桥路设计可消除三轴向之间的机械耦合，对调整传感器输出和频率响应十分灵活。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及用于车辆、测量仪器、机器人及航空航天等方面的传感器领域，尤其是涉及汽车气囊安全系统和底盘控制的厚膜三轴向加速度传感器。本技术的
技术介绍
是近年来在汽车工业上对三轴向加速度传感器的需求越来越高，以半导体微机械加工技术制作的压阻式三轴向加速度传感器应运而生。该类产品具有体积小、重量轻的优点，同时在敏感桥路设计上可以采用结构上消除各轴向间耦合干扰的方案，操作上也便于批量生产。然而，由于半导体材料所固有的缺点，传感器的零点温度漂移和灵敏度温度漂移均较大，并且不宜使用在80℃以上，如若克服以上缺点，则传感器制造的成本将会大幅度上升。此外，要想获得高灵敏度的三轴向加速度传感器，就必然要将弹性形变膜的厚度设计的非常薄，这使操作过程的控制十分困难。本技术的目的是提供一种在对传感器的体积和重量的限制不严格的使用场合下，可以采用传统的厚膜操作、以机械性能优良的陶瓷材料替代半导体硅材料去制作对三轴向的加速度失量或力失量敏感的传感器。厚膜力敏电阻的温度特性可实现消除三轴向之间机械耦合的敏感桥路设计，对调整传感器和频率响应也十分灵活。本技术的技术方案是一种厚膜三轴向传感器，包括其敏感元件和与其电连接的X、Y、Z轴向桥路，其特征在于所述的敏感元件被置于陶瓷圆膜片2上，其中X轴向桥路的的敏感元件与Y轴向桥路的敏感元件相互垂直设置，Z轴向桥路的敏感元件与X轴向或Y轴向的敏感元件呈45度设置，且X轴向、Y轴向、Z轴向桥路中的敏感元件为等间距设置所述的与其电连接的X、Y、Z轴向桥路连接是对应于X、Y轴向桥路的电阻R2、R3和R1、R4组成全桥，桥压加在R1、R2和R4、R3的连接点上，R2、R3和R1、R4的连接点引出输出信号，对应于Z轴向桥路的电阻R1、R3和R2、R4组成全桥，桥压加在R1、R2和R3、R4的连接点上，R1、R3和R2、R4引出输出信号陶瓷圆膜片外边缘的固支结构1，由上下两个环状瓷件组成，陶瓷圆膜片2置于上下两个环状瓷件之中，小瓷环3为空心圆柱置于陶瓷圆膜片2的中心部位，在空心圆柱的小瓷环3下面旋有质量块4，形成横截面为E型的陶瓷圆膜片。本技术的技术方案和已有技术相比所具有的有益效果是可以用低成本实现以陶瓷材料替代半导体材料、以厚膜操作替代多方面要求很高的半导体微机械加工操作，从而获得温度性能优于半导体的可用于三轴向加速度传感器的厚膜力敏器件。在改变敏感元件设计时，调整操作十分灵活、费用低廉。厚膜力敏电阻的温度特性和桥路设计可消除三轴向之间的机械耦合，对调整传感器输出和频率响应也十分灵活。附图图面说明附图说明图1是本技术一体化的陶瓷弹性元件图。图2是图1所示元件图中由几部分陶瓷件组合而成的E型膜片图。图3是图2所示E型膜片的有效工作部分上的分布与定位示意图。图4是对应X、Y、Z轴向桥路的组桥方式图。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明图1为一体化的陶瓷弹性元件，因其截面如同字母E，所以通常将此类形状的弹性膜片称为E型膜片。决定传感器量程的是图中所标注膜片工作部分的厚度h、外环的内径D和中心圆柱的直径d。图2为由几部分陶瓷件组合而成的E型膜片，1为外边缘的固支结构，由上下两个环状瓷件实现；2为一陶瓷圆膜片；3为中心部位的小瓷环；4为质量块，可根据传感器量程和对频响的要求，选择重金属或陶瓷材料，它应与小瓷环旋合在一起。陶瓷圆膜片的弹性变膜厚度设计为10μm以下。图3是以厚膜操作制作厚膜力敏应变电桥在E型膜片有效工作部分上的分布与定位示意图。在一周边固之、横截面为E型的圆膜片上，印刷厚膜电阻，选用钌系电阻浆料和导体浆料，按照与半导体压阻式三轴向加速度传感器相类似的组桥方式印刷并组成三组分别对X.Y.Z三轴向加速度或力矢量具有敏感能力的惠斯登电桥。X、Y、Z轴向桥路连接是对应于X、Y轴向桥路的电阻R2、R3和R1、R4组成全桥，桥压加在R1、R2和R4、R3的连接点上，R2、R3和R1、R4的连接点引出输出信号。对应于Z轴向桥路的电阻R1、R3和R2、R4组成全桥，桥压加在R1R2和R3R4的连接点引出输出信号。即对应于X、Y轴向桥路的电阻R1连接电阻R2、R3、R4，对应于Z轴向桥路的电阻R1连接电阻R3再连接电阻R4和R2。厚膜力敏电阻的温度特性和桥路设计可消除三轴向之间机械耦合，对调整传感器和频率响应也十分灵活。图4是组桥方式对应X、Y轴向桥路应为图4a；对应Z轴向桥路应为图4b。电桥中X、Y轴向施加的力(拉力或压力)为左右方向的力，Z轴向施加的力(拉力或压力)为上下方向的力，只要在质量块上施加不同的力即可在电桥上的输出体现出来。根据F=ma公式可知，F力与质量块m成正比，所施加的质量块m不同，则求出不同的加速度a。权利要求1.一种厚膜三轴向传感器，包括其敏感元件和与其电连接的X、Y、Z轴向桥路，其特征在于所述的敏感元件被置于陶瓷圆膜片(2)上，其中X轴向桥路的的敏感元件与Y轴向桥路的敏感元件相互垂直设置，Z轴向桥路的敏感元件与X轴向或Y轴向的敏感元件呈45度设置，且X轴向、Y轴向、Z轴向桥路中的敏感元件为等间距设置；所述的与其电连接的X、Y、Z轴向桥路连接是对应于X、Y轴向桥路的电阻R2、R3和R1、R4组成全桥，桥压加在R1、R2和R4、R3的连接点上，R2、R3和R1、R4的连接点引出输出信号，对应于Z轴向桥路的电阻R1、R3和R2、R4组成全桥，桥压加在R1、R2和R3、R4的连接点上，R1、R3和R2、R4引出输出信号；陶瓷圆膜片外边缘的固支结构，由上下两个环状瓷件组成，陶瓷圆膜片置于上下两个环状瓷件之中，小瓷环为空心圆柱置于陶瓷圆膜片的中心部位，在空心圆柱的小瓷环下面旋有质量块，形成横截面为E型的陶瓷圆膜片。专利摘要一种厚膜三轴向传感器,包括其敏感元件和与其电连接的X、Y、Z轴向桥路,敏感元件部分包括外边缘的固支结构、陶瓷圆膜片、小瓷环和质量块。在改变敏感元件设计时,敏感元件和X、Y、Z轴向桥路组合成的E型膜片。厚膜力敏电阻的温度特性和桥路设计可消除三轴向之间的机械耦合,对调整传感器输出和频率响应十分灵活。文档编号G01D5/12GK2420615SQ0021999公开日2001年2月21日 申请日期2000年4月13日 优先权日2000年4月13日专利技术者戈瑜, 倪礼宾, 马军, 王英先, 申飞, 虞承端, 吴仲诚 申请人:中国科学院合肥智能机械研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种厚膜三轴向传感器，包括其敏感元件和与其电连接的Ｘ、Ｙ、Ｚ轴向桥路，其特征在于：所述的敏感元件被置于陶瓷圆膜片（２）上，其中Ｘ轴向桥路的敏感元件与Ｙ轴向桥路的敏感元件相互垂直设置，Ｚ轴向桥路的敏感元件与Ｘ轴向或Ｙ轴向的敏感元件呈４５度 设置，且Ｘ轴向、Ｙ轴向、Ｚ轴向桥路中的敏感元件为等间距设置；所述的与其电连接的Ｘ、Ｙ、Ｚ轴向桥路连接是：对应于Ｘ、Ｙ轴向桥路的电阻Ｒ２、Ｒ３和Ｒ１、Ｒ４组成全桥，桥压加在Ｒ１、Ｒ２和Ｒ４、Ｒ３的连接点上，Ｒ２、Ｒ３和Ｒ１、Ｒ４的连接点引 出输出信号，对应于Ｚ轴向桥路的电阻Ｒ１、Ｒ３和Ｒ２、Ｒ４组成全桥，桥压加在Ｒ１、Ｒ２和Ｒ３、Ｒ４的连接点上，Ｒ１、Ｒ３和Ｒ２、Ｒ４引出输出信号；陶瓷圆膜片外边缘的固支结构［１］，由上下两个环状瓷件组成，陶瓷圆膜片［２］置于上下两个环状瓷 件之中，小瓷环［３］为空心圆柱置于陶瓷圆膜片［２］的中心部位，在空心圆柱的小瓷环［３］下面旋有质量块［４］，形成横截面为Ｅ型的陶瓷圆膜片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：戈瑜，倪礼宾，马军，王英先，申飞，虞承端，吴仲诚，
申请(专利权)人：中国科学院合肥智能机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]