嵌入式压阻微型应力传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提出一种嵌入式压阻微型应力传感器，由外壳、贴片电阻、敏感元件、印刷电极、底板组成；外壳由厚度为1.8mm，直径7.8mm的环形结构件以及嵌入固定安装在环形结构件一端的不锈钢圆形膜片组成；敏感元件采用扩散硅压阻敏感元件，两个敏感元件处于圆形膜片中心位置，另两个敏感元件处于膜片边缘位置。本发明设计的压阻微型应力传感器采用微电子微机械技术，实现了应力传感器扁平的微型轮廓，可以很方便地装在固体发动机中进行界面应力测量。而且具有拉压双向测量功能，即可以测量压向应力又可以测量拉向应力。
【专利说明】
嵌入式压阻微型应力传感器
技术领域
[0001] 本发明设及压阻应力传感器技术领域，具体为一种嵌入式压阻微型应力传感器， 通过将运种传感器埋入复合材料的被测物里(如固体发动机、船舶和飞机等），实现被测物 界面应力或内部应力的测试。
【背景技术】
[0002] 结构健康检测对于固体发动机的安全性和可靠性是非常重要的，实时、准确和可 靠检测发动机损伤的能力有助于发动机结构完整性的评估、降低制造成本和避免发生灾难 性的结构事故。微型应力传感器可用于复合材料的被测物例如固体发动机、船舶和飞机等 产品的应力实时测试，确定和评估产品的质量和寿命，进而对产品在全生命周期内进行健 康监测和健康管理。
[0003] 国内在基于应力应变的发动机健康监检测技术上处于起步阶段。国外已运用微型 应力传感器技术来监测固体火箭发动机界面的应力，并应用在全尺寸生产型发动机，进行 战场运输试验。
[0004] 国内用于固体发动机界面应力测量的应力传感器尚不具备嵌入的能力，与国外应 力传感器相比较，主要差距是国内传感器外形尺寸较大，传感器的长期稳定性及可靠性达 不到固体发动机界面应力测量的使用要求。
[0005] 目前所用的应力传感器主要有一种形式，即半导体式微型应力传感器，运种微型 传感器只有美国Micron Instr皿ents公司生产，其外形尺寸为直径q)7.6mm，厚度2mm，用于 对固体发动机界面应力测量。而国内同类传感器尺寸较大，其直径为15mm，厚度为5mm，无法 满足固体发动机界面应力测量的要求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种嵌入式压阻微型应力传感器，其外形尺寸为直径 巧7.8mm，厚度1.8mm，用于固体发动机界面应力的测量。
[0007] 本发明的技术方案为：
[000引所述一种嵌入式压阻微型应力传感器，其特征在于：由外壳、贴片电阻、敏感元件、 印刷电极、底板组成;所述外壳由厚度为1.8mm，直径7.8mm的环形结构件W及嵌入固定安装 在环形结构件一端的不诱钢圆形膜片组成;所述敏感元件采用扩散娃压阻敏感元件，四个 敏感元件烧结在圆形膜片内侧，其中两个敏感元件处于圆形膜片中屯、位置，另两个敏感元 件处于膜片边缘位置；四个敏感元件组成惠斯通电桥;贴片电阻在印刷电极上，印刷电极固 定在环形结构件内侧，四个敏感元件与印刷电极共同组成全桥电路;底板嵌入固定安装在 环形结构件另一端，与圆形膜片共同将环形结构件内部封闭;环形结构件侧壁开有穿线孔； 四根引线接入环形结构件内部，其中两根引线向惠斯通电桥提供直流5V稳压电源，另两根 引线输出传感器敏感信号。
[0009] 有益效果
[0010] 与现有技术相比较，本发明具有如下特点：
[0011] (1)在国内外，首次将扩散娃压阻效应原理应用于微型应力传感器技术领域，为应 力传感器埋入固体发动机中提供一种新的技术手段，可W实现固体发动机界面应力实时测 量。
[0012] (2)本发明设计的压阻微型应力传感器，采用微电子微机械技术即MEMS，实现了应 力传感器扁平的微型轮廓，直径为(p7.8mm，厚度1.8mm，可W很方便地装在固体发动机中进 行界面应力测量。由于传感器非常小，可W最大程度的减少对固体发动机药柱应力场产生 的干扰。
[0013] (3)具有拉压双向测量功能，即可W测量压向应力又可W测量拉向应力。
[0014] (4)具有较高过载能力，即2倍量程过载时，传感器性能不发生变化;5倍量程过载 时，传感器本体不被破坏。
[0015] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0016] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解，其中：
[0017] 图1:微型应力传感器结构示意图；
[0018] 其中：1是外壳，2是贴片电阻，3是敏感元件，4是印刷电极，5是底板。
【具体实施方式】
[0019] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而 不能理解为对本发明的限制。
[0020] 本发明根据现有的国内应力传感器技术的不足，提供一种基于压阻的嵌入式微型 应力传感器，用于对嵌入或埋入应力传感器体积要求微小的固体发动机界面应力或内部应 力测量。
[0021] 如图1所示，本发明的微型应力传感器整体是一个扁平圆柱体结构，由外壳、贴片 电阻、敏感元件、印刷电极、底板组成。所述外壳由厚度为1.8mm，直径7.8mm的环形结构件W 及嵌入固定安装在环形结构件一端的不诱钢圆形膜片组成;所述敏感元件采用扩散娃压阻 敏感元件，四个敏感元件烧结在圆形膜片内侧，其中两个敏感元件处于圆形膜片中屯、位置， 另两个敏感元件处于膜片边缘位置;四个敏感元件组成惠斯通电桥。
[0022] 不诱钢圆形膜片W及四个敏感元件构成了微型应力传感器的传感元件，圆形膜片 的厚度根据应力传感器的量程设计确定。对膜片实施正向载荷，最大的径向拉伸应力是在 膜片中屯、附近，最大压缩应力在膜片边缘附近，位于膜片中屯、附近的敏感元件的电阻随着 拉伸应力的增加而增加，而位于膜片边缘附近的敏感元件的电阻随着压缩应力的增加而减 小。
[0023] 贴片电阻在印刷电极上，印刷电极固定在环形结构件内侦U，四个敏感元件与印刷 电极共同组成全桥电路;底板嵌入固定安装在环形结构件另一端，与圆形膜片共同将环形 结构件内部封闭;环形结构件侧壁开有穿线孔;四根引线接入环形结构件内部，其中两根引 线向惠斯通电桥提供直流5V稳压电源，另两根引线输出传感器敏感信号。
[0024] 当圆形膜片承受拉向或压向载荷即应力时，同时向惠斯通电桥提供直流5V稳压电 源，电桥将产生毫伏级的直流电压信号，该电压信号与外加载荷成线性关系，因此应力传感 器即可测得被测应力值。
[0025] 应用时，使用微型应力传感器作为一次敏感元件，将其嵌入固体发动机中，实现了 固体发动机界面应力测量，根据应力测量值，可W判别推进剂药柱是否产生裂纹或脱粘，达 到固体发动机健康监检测的目的。
[0026] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可W理解的是，上述实施例是示例 性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨 的情况下在本发明的范围内可W对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种嵌入式压阻微型应力传感器，其特征在于：由外壳、贴片电阻、敏感元件、印刷电 极、底板组成;所述外壳由厚度为1.8mm，直径7.8mm的环形结构件以及嵌入固定安装在环形 结构件一端的不锈钢圆形膜片组成;所述敏感元件采用扩散硅压阻敏感元件，四个敏感元 件烧结在圆形膜片内侧，其中两个敏感元件处于圆形膜片中心位置，另两个敏感元件处于 膜片边缘位置；四个敏感元件组成惠斯通电桥;贴片电阻在印刷电极上，印刷电极固定在环 形结构件内侧，四个敏感元件与印刷电极共同组成全桥电路;底板嵌入固定安装在环形结 构件另一端，与圆形膜片共同将环形结构件内部封闭;环形结构件侧壁开有穿线孔；四根引 线接入环形结构件内部，其中两根引线向惠斯通电桥提供直流5V稳压电源，另两根引线输 出传感器敏感信号。
【文档编号】G01L1/22GK105953955SQ201610550775
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】邓海涛, 翟江源, 王忠颐, 周向东, 李秀君
【申请人】西安航天动力测控技术研究所