多种类型微载荷检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种多种类型微载荷检测装置，属于超精密加工和力学性能测试领域。包括固定单元、接触单元和敏感单元；固定单元包括连接板和联接螺钉；接触单元包括接触元件和螺母；敏感单元包括绝缘胶层、弹性元件、导电胶和PVDF压电薄膜。当载荷作用于接触元件时，在载荷作用下弹性元件将发生弹性变形，导致与其粘连的PVDF压电薄膜产生形变，依据压电材料的压电特性，PVDF压电薄膜表面将产生电荷，电荷放大器等装置对信号的处理，得到可以采集的电信号。通过采集的电信号，可以实现多种类型微载荷的检测。本实用新型专利技术主要是通过弹性元件结构的特点，从而可测出多种类型的微载荷。同时可以通过不同厚度、不同尺寸的弹性元件进行不同量级多种类型载荷的检测。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及超精密加工和力学性能测试领域，特别涉及一种多种类型微载荷检测装置。可应用于超精密加工技术及装备、精密光学以及航空航天等领域，特别是微载荷检测和微纳米尺度力学性能测试等
，本技术可实现多种类型载荷的检测，在表面形貌检测、微纳力学测试等领域具有良好的应用前景。
技术介绍
近年来，随着微电子学、生物医学、光学、数据存储、超精密机械及其制造等学科的迅猛发展，人们对多种类型微载荷进行同时检测提出了越来越高的要求。传统的微载荷检测通常是仅能检测一个方向或是一种性质的微载荷，这么做不仅降低了工作效率，而且还不能对很多复杂的微载荷进行检测。如果对一个含有多种类型的微载荷分别进行单一检测再整合，这样会产生很大的误差，不利于反映出实验现象所揭示的载荷对试件作用结果。此外，在微载荷的检测领域可同时进行多种类型微载荷检测一直是其技术难题，从而直接制约了微小载荷的性能测试、半导体技术等领域的发展，限制了现代制造业的整体水平。因此，有必要设计一种既能微载荷检测，又能对多种类型微载荷进行同时检测的装置。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种多种类型微载荷检测装置，解决了传统的微载荷检测通常是仅能检测一个方向或是一种性质的微载荷，工作效率低，而且还不能对很多复杂的微载荷进行检测；单一检测再整合误差大，制约了微小载荷的性能测试、半导体技术等领域的发展，限制了现代制造业的整体水平等问题。本技术具有可测的最小载荷数量级小、可同时检测多种类型的载荷、高灵敏度等特点，能够在微小载荷情况下对电荷进行放大、采集、分析，实现微小载荷的检测；同时，利用弹性元件的结构特点又能对多种类型的微载荷同时进行检测。本技术的上述目的通过以下技术方案实现多种类型微载荷检测装置，可以实现拉压力、扭矩复合载荷力测试，包括固定单元、接触单元和敏感单元；所述的固定单元包括连接板2和联接螺钉5 ；所述的接触单元包括接触元件1和螺母8 ；所述的敏感单元包括绝缘胶层3、弹性元件4、导电胶6和PVDF压电薄膜7 ；其中，接触元件1通过螺母8与弹性元件4联接，接触元件1的螺纹部分穿过弹性元件4中央的孔并通过螺母8对其紧固；弹性元件4通过螺钉5紧固在连接板2的上面， 弹性元件4与连接板2中间设有绝缘胶层3 ；绝缘胶层3具有良好的绝缘性能，可防止由微载荷作用而产生的电荷不被连接板2吸收。PVDF压电薄膜7通过导电胶6粘附在弹性元件 4的上面。导电胶6具有良好的导电性能，并且其粘附时没有空隙，可实现加载变形时产生的电荷易于被采集。所述的PVDF压电薄膜7采用串联结构，相对两端的PVDF压电薄膜7的极性相同， 相邻两端的PVDF压电薄膜7的极性相反。PVDF压电薄膜7在微小变形下可产生电荷，产生的电荷量与其受到外界载荷作用力的大小密切相关，利用这一关系可通过测试其产生的电荷量来实现对微小载荷力信号的检测。PVDF压电薄膜7粘附于弹性元件4的上面，当弹性元件4弹性变形时，PVDF压电薄膜7表面产生电荷，当弹性元件4弹性变形恢复时，PVDF 压电薄膜7因变形而产生的电荷消失。弹性元件4是“十”字形梁的结构，这种结构可以承受多种类型的微载荷、承载能力好。可以在多方向微加载情况下产生变形，进而引起与其粘附的PVDF压电薄膜7产生变形。弹性元件4位于接触元件1和螺母8之间，当有载荷作用于接触元件1，弹性元件4随着载荷的加入而变形，载荷撤销之后，弹性元件4恢复原来形状。本技术的多种类型微载荷检测装置通过连接板2与其他定位装置联接，当载荷作用于接触元件1时，使弹性元件4发生弹性变形，引起与其粘连在一起的PVDF压电薄膜6发生形变，根据压电材料的特性，PVDF压电薄膜7的表面产生电荷，通过电荷放大器等装置对信号的处理，得到可以采集的电信号。通过对采集的电信号分析，可以实现多种类型微载荷的检测。本技术的积极效果是当载荷作用于弹性元件时，弹性元件将产生弹性变形， 引起与其粘附的PVDF压电薄膜产生形变，并在其表面产生电荷，通过电荷放大器等一系列的处理采集电信号，分析比较采集的电信号，最后可得到所检测的载荷的性质和大小，实现多种类型微载荷的检测。由于弹性元件的结构特点，可同时检测多种类型的载荷；又由于 PVDF压电薄膜的材料性能，可检测微小载荷；从而测出多种类型的微载荷。同时通过不同厚度、不同尺寸的弹性元件检测不同量级多种类型载荷。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的结构剖视示意图；图3为本技术的弹性元件结构示意图；图4为本技术的PVDF压电薄膜电路连接示意图，其中A为电极的一端，B为电极的另一端；图5为本技术的使用实施例结构示意图；图6为本技术中等效电路模型图；图7、图8及图9为本技术加载情况下工件变形示意图，其中C为变形前工件， D为变形后工件。图中1.接触元件2.连接板3.绝缘胶层4.弹性元件5.联接螺钉6.导电胶 7PVDF压电薄膜 8.螺母具体实施方式以下结合附图进一步说明本技术的详细内容及其具体实施方式。参见图1至图6，本技术的多种类型微载荷检测装置，可以实现拉压力、扭矩复合载荷力测试，包括固定单元、接触单元和敏感单元；所述的固定单元包括连接板2和联接螺钉5 ；所述的接触单元包括接触元件1和螺母8 ；所述的敏感单元包括绝缘胶层3、弹性元件4、导电胶6和PVDF压电薄膜7 ；其中，接触元件1通过螺母8与弹性元件4联接，接触元件1的螺纹部分穿过弹性元件4中央的孔并通过螺母8对其紧固；弹性元件4通过螺钉 5紧固在连接板2的上面，弹性元件4与连接板2中间设有绝缘胶层3 ；绝缘胶层3具有良好的绝缘性能，可防止由微载荷作用而产生的电荷不被连接板2吸收。PVDF压电薄膜7通过导电胶6粘附在弹性元件4的上面。导电胶6具有良好的导电性能，并且其粘附时没有空隙，可实现加载变形时产生的电荷易于被采集。 所述的PVDF压电薄膜7采用串联结构，相对两端的PVDF压电薄膜7的极性相同， 相邻两端的PVDF压电薄膜7的极性相反。PVDF压电薄膜7在微小变形下可产生电荷，产生的电荷量与其受到外界载荷作用力的大小密切相关，利用这一关系可通过测试其产生的电荷量来实现对微小载荷力信号的检测。PVDF压电薄膜7粘附于弹性元件4的上面，当弹性元件4弹性变形时，PVDF压电薄膜7表面产生电荷，当弹性元件4弹性变形恢复时，PVDF 压电薄膜7因变形而产生的电荷消失。弹性元件4是“十”字形梁的结构，这种结构可以承受多种类型的微载荷、承载能力好。可以在多方向微加载情况下产生变形，进而引起与其粘附的PVDF压电薄膜7产生变形。弹性元件4位于接触元件1和螺母8之间，当有载荷作用于接触元件1，弹性元件4随着载荷的加入而变形，载荷撤销之后，弹性元件4恢复原来形状。本技术的多种类型微载荷检测装置通过连接板2与其他定位装置联接，当载荷作用于接触元件1时，使弹性元件4发生弹性变形，引起与其粘连在一起的PVDF压电薄膜6发生形变，根据压电材料的特性，PVDF压电薄膜7的表面产生电荷，通过电荷放大器等装置对信号的处理，得到可以采集的电信号。通过对采集的电信号分析，可以实现多种类型微载荷的检测。本技术的具体工作过程如下初始状态没有载荷作用于接触元件1时，系本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多种类型微载荷检测装置，其特征在于：包括固定单元、接触单元和敏感单元；所述的固定单元包括连接板（２）和联接螺钉（５）；所述的接触单元包括接触元件（１）和螺母（８）；所述的敏感单元包括绝缘胶层（３）、弹性元件（４）、导电胶（６）和ＰＶＤＦ压电薄膜（７）；其中，接触元件（１）通过螺母（８）与弹性元件（４）联接，接触元件（１）的螺纹部分穿过弹性元件（４）中央的孔并通过螺母（８）对其紧固；弹性元件（４）通过螺钉（５）紧固在连接板（２）的上面，弹性元件（４）与连接板（２）中间设有绝缘胶层（３）；　ＰＶＤＦ压电薄膜（７）通过导电胶（６）粘附在弹性元件（４）的上面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，杨洁，黄虎，万顺光，米杰，马志超，王小月，耿春阳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：实用新型
国别省市：82