力感测装置、包括这种力感测装置的车辆制动装置及其生产方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种力感测装置(1)，所述力感测装置包括：压电片(2)、位于所述片(2)的第一主面(3)上的至少第一交叉指型电极和第二交叉指型电极(5,50)，以及位于所述片(2)的第二主面(4)上的至少第三交叉指型电极和第四交叉指型电极(6,60)，所述第一电极和所述第三电极(5,6)沿着法向应力方向(N)彼此对齐，所述第二电极和所述第四电极(50,60)沿着所述法向应力方向(N)彼此对齐；所述压电材料包括面向所述第一电极和所述第三电极(5,6)的第一部分(100)，所述第一部分插入有面向所述第二电极和所述第四电极(50,60)的第二部分(101)，所述第一部分(100)具有体电极化，其中矢量场(E)主要定向为与所述法向应力方向(N)对齐，所述第二部分(101)具有体电极化，其中矢量场(E)主要定向为横向于所述法向应力方向(N)。定向为横向于所述法向应力方向(N)。定向为横向于所述法向应力方向(N)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】力感测装置、包括这种力感测装置的车辆制动装置及其生产方法


[0001]以下公开涉及力感测装置、包括力感测装置的车辆智能制动衬块及其生产工艺。

技术实现思路

[0002]压电是响应于外部施加的机械应力而积聚在特定类型的固体材料内部的电荷。
[0003]压电材料包括石英、电气石和罗谢尔盐的纳米晶体，但是它们对外部请求的压电响应相对较小。
[0004]为了克服这个问题，合成了一些多晶铁电陶瓷，诸如钛酸钡(BaTiO3)和锆钛酸铅(PZT)，使得合成的陶瓷在施加机械应力后表现出更大的位移或引起更大的电压。
[0005]为了正确地使用这些合成的压电材料，进行极化程序。为此，施加几kV/mm的强电场以在先前未组织的陶瓷化合物中产生不对称性。电场引起自发极化的重新取向，同时，具有对极性场方向有利取向的域增长，而具有不利取向的域被抑制。在极化后，即使没有施加电场，大部分的重新取向也得以保持。
[0006]压电陶瓷化合物有几种不同的生产方式。制造技术可以基于喷雾干燥的颗粒材料的机械液压压制。在生产后，在高达大约1300℃的温度下烧结化合物。结果是具有高密度的固体陶瓷材料。随后，如上所述使压电材料极化，然后如果需要，可以锯开和加工非常硬的烧结陶瓷。这些压块有不同的形状，如圆盘、板、杆和圆柱体。制造过程的最后阶段包括电极的沉积。通过丝网印刷技术或PVD(溅射)将电极施加到压电陶瓷材料上，随后在800℃以上的温度下烘烤。
[0007]当前用于制造基于压电材料的力感测装置的生产技术包括生产压电材料的不同机械步骤、压电材料的形状和大小的随后加工，以及压电材料与电极的最终耦合。
[0008]因此，根据现有制造技术由压电材料制成的力感测装置价格昂贵并且需要较长的生产过程。
[0009]此外，现有的力感测装置可以精确地读取剪切应力或法向应力，但是不能以相同的精度读取两者。
[0010]这就是为什么现有的解决方案通常包括专用的剪切力检测装置和专用的法向力检测装置。
[0011]WO2019/171289公开了用于读取剪切力的交叉指型电极。
[0012]本公开的各种实施方案可以解决一个或多个上述问题或其他问题。
[0013]例如，根据本专利技术，单个力感测装置可以提供剪应力和法向应力两者的精确读数。
[0014]根据本公开的制造方法和对应装置的实施方案，可以测量剪切应力和法向应力两者的压电感测装置包括更少的部件，可以根据简化的组装过程来构建，并且最后但并不是最不重要的以降低的总成本来构建。
[0015]丝网印刷技术通常是一种快速且低成本的过程。压电元件的丝网印刷可以在制造带传感器的对象(例如车辆的智能制动衬块)的工业过程中实现稳健的设计并降低成本。
[0016]与目前市场上用于压电传感器的技术相比，丝网印刷减少了生产步骤，因为传感器本身可以直接在待设置传感器的对象上生产，并且还可以“原位”极化。也就是说，与其中使压电材料在传感器的制造过程期间或刚好在传感器的制造过程之后极化的制造方法相反，由于使本公开的压电材料极化所需的电压相对较低，因此本公开的压电材料可以在传感器已经被制造并安装到应用中之后被极化。因此，没有必要生产传感器，使其极化然后将其安装在对象上，而是将其直接集成在对象中。替代地，本公开的压电材料可以在传感器本身的制造过程中被极化。丝网印刷技术广泛应用于印刷电子设备领域，并且是制造各种电子装置的最有前途的技术之一。丝网印刷传感器的优点包括灵敏度、选择性、大规模生产的可能性和小型化。
[0017]丝网印刷技术包括在绝缘基板上沉积连续的特殊油墨或膏层。该膏通常基于具有金属分散体或石墨的聚合物粘合剂，并且还可以包含功能性材料，诸如辅因子、稳定剂和介体。
[0018]丝网印刷技术的优点在于可以在一个步骤中完成装置制造的所有阶段，即从电极到材料沉积。此外，所制造的装置的原位极化程序可以非常简单。
[0019]使用这种类型的技术制造的装置通常非常薄(h＝10
÷
100μm)，并且在几何形状或平面延伸上没有特别的限制。利用这些几何特性可以定义一些电极配置，以便控制场方向，目的是获得优先极化方向。
[0020]智能制动衬块是带传感器的传感制动衬块，该带传感器的传感制动衬块被配置成(例如，利用适当的软件和硬件系统架构以及一些算法)测量一个或多个参数，诸如制动衬块温度和/或包括在制动期间施加的法向力和剪切力的静态和动态量。
[0021]本公开的各种实施方案可以解决一个或多个上述问题，或者与当前生产技术相关的其他问题。
[0022]例如，一些实施方案包括提供力感测装置，所述力感测装置包括：
[0023]‑
压电材料片，所述压电材料片具有彼此平行的第一主面和第二主面，所述第一主面和所述第二主面标识剪切应力方向和与所述剪切应力方向正交的法向应力方向；
[0024]‑
位于所述第一主面上的至少第一交叉指型电极和第二交叉指型电极；
[0025]‑
位于所述第二主面上的至少第三交叉指型电极和第四交叉指型电极；
[0026]其中所述第一交叉指型电极和所述第三电极是具有沿着所述法向应力方向对齐的指的法向应力读取电极；
[0027]其中所述第二电极和所述第四电极是具有沿着所述法向方向对齐的指的剪切应力读取电极；
[0028]其中所述压电材料沿着所述剪切应力方向包括面向所述第一电极和所述第三电极的所述指的第一部分，所述第一部分插入有面向所述第二电极和所述第四电极的所述指的第二部分，所述第一部分具有体电极化，其中矢量场主要定向为与所述法向应力方向对齐，所述第二部分具有体电极化，其中矢量场主要定向为横向于所述法向应力方向。
[0029]在一个实施方案中，压电材料片由丝网印刷层制成。
[0030]在一个实施方案中，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极均由丝网印刷层制成。
[0031]本专利技术还提供了一种车辆制动衬块，所述车辆制动衬块包括：
[0032]‑
支撑板；
[0033]‑
摩衬块；
[0034]‑
至少一个力感测装置；以及
[0035]‑
电路，所述电路被配置成从所述至少一个力感测装置收集信号；
[0036]其中所述剪切力感测装置包括：
[0037]‑
压电材料片，所述压电材料片具有彼此平行的第一主面和第二主面，所述第一主面和所述第二主面标识剪切应力方向和与所述剪切应力方向正交的法向应力方向；
[0038]‑
位于所述第一主面上的至少第一交叉指型电极和第二交叉指型电极；
[0039]‑
位于所述第二主面上的至少第三交叉指型电极和第四交叉指型电极，
[0040]其中所述第一电极和所述第三电极是具有沿着所述法向应力方向对齐的指的法向应力读取电极；
[0041]其中所述第二电极和所述第四电极是具有沿着所述法向应力方向对齐的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种力感测装置(1)，所述力感测装置包括：压电材料(2)，所述压电材料包括第一面(3)和与所述第一面(3)相对的第二面(4)，所述第一面和所述第二面(3,4)在剪切应力方向上彼此平行延伸，其中法向应力方向与所述剪切应力方向正交；第一交叉指型电极(5)，所述第一交叉指型电极定位在所述第一面(3)上，以及第二交叉指型电极(50)，所述第二交叉指型电极定位在所述第一面(3)上；第三交叉指型电极(6)，所述第三交叉指型电极定位在所述第二面(4)上，以及第四交叉指型电极(60)，所述第四交叉指型电极定位在所述第二面(4)上；其中所述第一交叉指型电极和所述第三交叉指型电极(5,6)是法向应力读取电极，并且所述第一交叉指型电极(5)的一个或多个指沿着所述法向应力方向与所述第三交叉指型电极(6)的一个或多个对应指对齐；其中所述第二交叉指型电极和所述第四交叉指型电极(50,60)是剪切应力读取电极，并且所述第二交叉指型电极(50)的一个或多个指沿着所述法向应力方向与所述第四交叉指型电极(60)的一个或多个对应指对齐；其中所述压电材料包括一个或多个第一部分(100)和一个或多个第二部分(101)，所述一个或多个第二部分沿着所述剪切应力方向插入有所述一个或多个第一部分(100)，所述一个或多个第一部分(100)沿着所述法向应力方向在所述第一交叉指型电极(5)的所述一个或多个指与所述第三交叉指型电极(6)的所述对应指之间延伸，所述一个或多个第二部分(101)沿着所述法向应力方向在所述第二交叉指型电极(50)的所述一个或多个指与所述第四交叉指型电极(60)的所述对应指之间延伸，所述一个或多个第一部分(100)具有与所述法向应力方向(N)比与所述剪切应力方向更接近地对齐的体电极化矢量场，并且所述第二部分(101)具有与所述剪切应力方向比与所述法向应力方向更接近地对齐的体电极化矢量场。2.根据权利要求1所述的力感测装置，其中所述压电材料包括丝网印刷层。3.根据权利要求1所述的力感测装置，其中所述第一交叉指型电极、所述第二交叉指型电极、所述第三交叉指型电极和所述第四交叉指型电极各自包括丝网印刷层。4.根据权利要求1所述的力感测装置，其中：所述一个或多个第一部分(100)与所述法向应力方向基本上对齐；并且所述一个或多个第二部分(101)相对于所述剪切应力方向倾斜地对齐。5.一种车辆制动衬块(1000)，所述车辆制动衬块包括：支撑板(21)；摩衬块(20)；至少一个力感测装置；以及电路(22)，所述电路被配置成从所述至少一个力感测装置收集信号；其中所述至少一个力感测装置包括：压电材料，所述压电材料包括第一面(3)和与所述第一面(3)相对的第二面(4)，所述第一面和所述第二面(3,4)在剪切应力方向上彼此平行延伸，其中法向应力方向与所述剪切应力方向正交；第一交叉指型电极(5)，所述第一交叉指型电极定位在所述第一面(3)上，以及第二交
叉指型电极(50)，所述第二交叉指型电极定位在所述第一面(3)上；第三交叉指型电极(6)，所述第三交叉指型电极定位在所述第二面(4)上，以及第四交叉指型电极(60)，所述第四交叉指型电极定位在所述第二面(4)上；其中所述第一交叉指型电极和所述第三交叉指型电极(5,6)是法向应力读取电极，并且所述第一交叉指型电极(5)的一个或多个指沿着所述法向应力方向与所述第三交叉指型电极(6)的一个或多个对应指对齐；并且其中所述第二交叉指型电极和所述第四交叉指型电极(50,60)是剪切应力读取电极，并且所述第二交叉指型电极(50)的一个或多个指沿着所述法向应力方向与所述第四交叉指型电极(60)的一个或多个对应指对齐，其中沿着所述剪切应力方向，所述第二交叉指型电极和所述第四交叉指型电极(50,60)定位在所述第一交叉指型电极与所述第三交叉指型电极(5,6)之间。6.根据权利要求5所述的车辆制动衬块，其中所述压电材料包括一个或多个第一部分(100)和一个或多个第二部分(101)，所述一个或多个第一部分(100)沿着所述法向应力方向在所述第一交叉指型电极(5)的所述一个或多个指与所述第三交叉指型电极(6)的所述一个或多个对应指之间的延伸，所述一个或多个第二部分(101)沿着所述法向应力方向在所述第二交叉指型电极(50)的所述一个或多个指与所述第四交叉指型电极(60)的所述一个或多个对应指之间延伸，所述一个或多个第一部分(100)具有被定向为允许在所述法向应力方向上的力检测的体电极化矢量场，并且所述第二部分(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡诺，
申请(专利权)人：意大利ITT有限责任公司，
类型：发明
国别省市：