溅射薄膜型冲击力传感器的制作方法

本实用新型属于电子感测衡器技术领域，涉及一种工程机械用溅射薄膜型冲击力传感器。

背景技术：

冲击力传感器是工程机械的关键部件之一,对工程机械的工作过程及效果的适时监控和调整起着至关重要的作用。随着工程机械的发展，对冲击力传感器工作过程中可能出现的且不可预知的瞬间撞击力的测量控制需求日益紧迫，其量程覆盖10N到1000KN。目前市场应用较多的冲击力传感器是利用石英晶体的压电效应原理制作的，此类传感器具有高刚度和高固有频率，故在大量程冲击力的测量上具有显著优势，但它们不适合于200N以下的冲击力测量，同时由于其易碎性，也不适合于对100KN以上超大量程冲击力的测量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构简单、可操作性强、量程范围大且测试效果好的溅射薄膜型冲击力传感器。

为实现以上发明目的而采用的技术解决方案如下所述。

一种溅射薄膜型冲击力传感器，包括一个下部带有膨大基座的倒T字型弹性体，在弹性体基座的上部套装有一个带电连接器的中空壳体，在壳体上端和弹性体上部间焊接有一个金属制凹形膜片，弹性体的上端杆部穿出凹形膜片构成压头，在壳体和弹性体的杆体之间设置有一块与电连接器接通的信号转接用电路板，在电路板上方设有一个不锈钢制弹性应变粱，在应变粱上通过磁控溅射方法制作有应变计，应变计和电路板之间通过金丝球焊接连接。

上述溅射薄膜型冲击力传感器中，应变计是在不锈钢弹性粱上采用磁控溅射技术形成的一层金属膜电阻并通过金丝球焊连接到电路板上所组成的惠斯通电桥电路。

上述溅射薄膜型冲击力传感器中，凹形膜片的凹形尺寸是半径为2mm的二分之一圆弧，通过激光焊接与壳体和弹性体连接。

上述溅射薄膜型冲击力传感器中，弹性体穿出凹形膜片的压头为圆弧形设计，其半径为13mm，弧度为67度，与被测体通过弧顶进行点接触。

上述溅射薄膜型冲击力传感器中，电路板通过螺钉固定在弹性体的基座上。

上述溅射薄膜型冲击力传感器中，壳体采用激光焊接方式连接在弹性体基座的上部。

上述溅射薄膜型冲击力传感器中，在弹性体基座下部开有用于与被测体固定安装的螺纹安装孔。

实际应用中，通过设于弹性体基座下部的螺纹安装孔使该溅射薄膜型冲击力传感器与被测体进行稳定的机械连接，同时将电连接器与信号采集系统连接，从而完成测试闭环；该溅射薄膜型冲击力传感器的冲击力测试功能主要通过以下原理完成：使弹性体上的压头与被测体进行点接触，从而把被测力转换为集中力并传递到弹性应变梁上，弹性应变梁受力后发生弹性应变，并把应变传递给应变计，应变计再通过惠斯通电桥原理，把应变信号转变为差分电压信号输出给电气系统，进而完成对工作过程所感受到的冲击力的适时监测。当工作过程中，传感器受到横向载荷的冲击时，金属制凹形膜片将对其进行平衡，特别是膜片凹处进行综合，最终形成轴向力。

本实用新型所述的溅射薄膜型冲击力传感器是一种针对高可靠、环境适应性强的大量程冲击力测试而设计开发的传感器，它主要通过弹性体设计和溅射薄膜制作来实现冲击力的测试。具体而言，该传感器一方面采用弹性体结构的特殊设计，由于金属材料的固有特性，其应变范围宽，弹性范围有600个微应变(即在该弹性范围内，具有良好的线性和重复性)，其量程范围可达2000KN，实现传感器的动态响应频率，减少冲击信号失真，提高冲击力测试的准确性；另一方面，它利用溅射薄膜特殊制作工艺代替传统的粘贴式工艺，制作的应变计与弹性应变粱间通过原子力结合，提高了传感器频率响应特性(60KHz)、高低温性能(-70℃～+250℃)、抗腐蚀性能、抗振动性能(0～2000Hz，80g)及长期稳定性，保证传感器的可靠性和环境适应性。由于该传感器采用被测体受力结构件为本体，故安装方便无需增加额外空间和设施，具有结构简单、成本低、可操作行强、易于实际应用等优点，目前本实用新型产品已应用于工程机械中，测试效果明显，取得了良好的社会效益。

附图说明

图1是本实用新型一个具体实例的结构示意图。

图2是图1中A向部结构的放大视图(10:1)。

图中各数字标记的名称分别是：1－压头，2－凹形膜片，3－弹性体，4－壳体，5－电连接器，6－电路板，7－应变粱，8－安装孔，9－应变计。

具体实施方式

参见附图，本实用新型所述的溅射薄膜型冲击力传感器主要由弹性体3、壳体4、凹形膜片2、电路板6、应变梁7、应变计9等部分组成。作为本传感器核心主体(起冲击力传递作用)的弹性体3为一个下部带有膨大基座的倒T字型构件，弹性体杆体上端的压头1为圆弧形设计，其半径为13mm，弧度为67度，压头1与被测体通过弧顶进行点接触，其主要作用是将发散力转变为集中力，提高传感器的测量精度。在弹性体3基座下部开有用于与被测体固定安装的螺纹安装孔8。采用激光焊接方式连接在弹性体基座上部的壳体4为一个与弹性体基座等径的中空构件，用于对传感器内部进行保护，使其环境应用等级达IP68。在壳体4上装有电连接器5，作用是将传感器电压信号与测试系统连接，对传感器进行供电，同时输出传感器电压信号。金属制凹形膜片2的凹形尺寸是半径为2mm的二分之一圆弧，它通过激光焊接与壳体4和弹性体3连接，主要起抗偏载作用，对工作过程的横向力进行综合平衡效果，当传感器受到横向载荷的冲击时，凹形膜片2将对其进行平衡，特别是膜片凹处进行综合，最终形成轴向力。与电连接器5接通的电路板6通过螺钉固定在弹性3的基座上，用于对应变计9的电阻信号进行转接，并组成惠斯通电桥，输出电压信号。不锈钢制的弹性应变梁7设在弹性体3杆体上，主要作用是把力转变为应变，对传感器的综合精度(线性、重复、迟滞)起决定性作用。在应变粱7上制作有应变计9，该应变计是通过磁控溅射方法在应变梁7上生产金属电阻膜，然后采用光刻技术形成金属电阻，再通过金丝球焊接技术与电路板6连接，在电路板6上组成惠斯通电桥，当发生电阻变化时输出差分信号。应变计的主要作用是把应变信号转变为电阻信号，对传感器的频率响应特性、温度性能及长期稳定性其决定性作用。