本發(fā)明涉及微弱信號傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于光電子器件封裝領(lǐng)域的微力及微小位移傳感測量裝置。

背景技術(shù)：

光電子器件封裝時，耦合界面上微小的偏移是影響光電子性能的關(guān)鍵因素之一。由于其封裝中存在陣列波導(dǎo)芯片與光纖之間間隙難以控制、接觸時無法感知力大小的問題，導(dǎo)致光電子器件耦合間距不穩(wěn)定甚至發(fā)生損傷性碰撞，從而使得器件成品率低、性能一致性差。

在實際生產(chǎn)過程中，端面之間的調(diào)整首先是實現(xiàn)兩個端面之間的準(zhǔn)靜態(tài)接觸，通過力檢測單元感觸到力后，然后在調(diào)整兩個端面之間的耦合間距，通過位移檢測單元把兩者之間的間隙控制在10-20微米，才能保證光電子器件既滿足損耗低的要求又能滿足光電子器件穩(wěn)定的要求。為了能夠更好地量化傳感器的參數(shù)，需要對光電子器件端面檢測，力的檢測范圍小于1N，位移的范圍在0-20微米內(nèi)。

目前測力傳感器主要是壓電式力傳感器，其工作原理是當(dāng)力作用于具有壓電效應(yīng)的壓電材料上，使得上下兩個表面上出現(xiàn)相反的電荷，從而出現(xiàn)電荷差，外力的大小與電荷量成正比，最終實現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換的傳感器。其優(yōu)點主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡單、體積小、機(jī)械強(qiáng)度較好、線性度好；缺點是壓電式力傳感器適合于對動態(tài)力的檢測，對于靜態(tài)力以及準(zhǔn)靜態(tài)力的檢測效果不佳。

另外，還有一種霍爾式(磁電式)力傳感器在高端機(jī)電產(chǎn)品中使用比較廣泛，其工作原理是利用基于霍爾效應(yīng)原理的霍爾元件將力載荷的變化量轉(zhuǎn)化為電動勢的輸出量，從而求得載荷量的大小?；魻柺絺鞲衅髯鳛榱鞲衅鞯膬?yōu)點主要體現(xiàn)在其體積小、頻率響應(yīng)寬、可靠性高；缺點是其存在轉(zhuǎn)換效率較低、溫度影響大等問題。

以上兩種力傳感器成本較高，測試靈敏度較低，不能同時測量光器件端面接觸的最大位移量與最大應(yīng)變力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有力與位移傳感器存在的探測靈敏度低、制作復(fù)雜、成本高等缺點，提供一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微力及微小位移傳感測量裝置。

本發(fā)明的具體方案是：一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微力及微小位移傳感測量裝置，具有圓弧彈性鉸鏈，所述圓弧彈性鉸鏈一端與鋁合金支架連接，另一端與應(yīng)變梁連接；所述彈性薄片的一端與應(yīng)變梁連接，另一端與鋁合金支架連接；所述上表面電阻應(yīng)變片通過AB膠固定在彈性薄片上表面；所述下表面電阻應(yīng)變片通過AB膠固定在彈性薄片下表面；所述力作用點與應(yīng)變梁連接；所述定位孔位于鋁合金支架四周，用于固定該測量裝置。

本發(fā)明中所述圓弧彈性鉸鏈厚度為0.2mm，材質(zhì)為55Si2Mn彈簧鋼。

本發(fā)明中所述彈性薄片材質(zhì)為55Si2Mn彈簧鋼，厚度為0.2mm，長度為10mm。

本發(fā)明中所述應(yīng)變梁為輕質(zhì)空心鋁合金材質(zhì)，體積為(長*寬*高)為100mm*10mm*10mm。

本發(fā)明中所述上表面電阻應(yīng)變片和下表面電阻應(yīng)變片為金屬箔式電阻應(yīng)變片，材料為康銅。

本發(fā)明中所述力作用點為鋁合金材質(zhì)矩形突起，與彈性薄片的距離為80mm。

本發(fā)明的工作原理是：參見附圖1，在矩形應(yīng)變梁靠近施力點上下兩端開正圓弧形槽，即圓弧彈性鉸鏈，作用近似為一固定軸；在另一端設(shè)計為一彈性薄片，為應(yīng)變值最大處。在作用點施加作用力時，使得薄片處應(yīng)變最大，此處為整個傳感器的檢測單元。彈性薄片上表面主要受壓應(yīng)力，下表面主要受拉應(yīng)力，在其上表面和下表面各貼兩個電阻應(yīng)變片。當(dāng)應(yīng)變梁發(fā)生形變，使得粘貼在彈性薄片上下表面的應(yīng)變片電阻發(fā)生變化，電阻應(yīng)變片把彈性敏感元件的機(jī)械形變轉(zhuǎn)換為電信號。由于應(yīng)變片電阻變化都非常小，無法直接進(jìn)行信號處理，因此本裝置采用轉(zhuǎn)換電路把電阻的微小變化值轉(zhuǎn)換成電流或者電壓的變化值，然后再通過放大電路對信號處理。測量時，彈性薄片受力發(fā)生彎曲變形，轉(zhuǎn)換電路中的橋式電路電橋平衡被打破，分別轉(zhuǎn)化為不同電壓信號，通過對電信號的測量與分析，得到檢測單元和載荷值的大小，達(dá)到求解微力及微小位移的目的。

在本發(fā)明的新型傳感器結(jié)構(gòu)中，圓弧彈性鉸鏈的“U”型圓弧槽薄且間距短，在微小力的作用下，其位移量較小，因此在理論分析中忽略其位移變化，將其近似成一固定軸；水平剛性體相對于“U”型槽厚度及彈性體薄片較厚，相對形變較小，近似看作剛性體；彈性薄片很薄，且水平剛性體發(fā)生形變小，因此在分析受力過程中可以忽略彈性薄片對應(yīng)變的影響。

本發(fā)明以傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計與微小信號檢測為研究對象，通過應(yīng)用傳感器技術(shù)完成陣列波導(dǎo)芯片與光纖之間接觸力以及產(chǎn)生位移的大小的檢測分析，最終實現(xiàn)通過測得的信號給自動化裝置一個合理的調(diào)整結(jié)果，使得封裝效率得以提高。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明為懸臂梁結(jié)構(gòu)微力及微小位移傳感裝置，其制作方便，成本低，良好的線性度，遲滯性和重復(fù)性，靈敏度好。

(2)本裝置接入轉(zhuǎn)換電路，能對小位移進(jìn)行放大后再檢測，能減少直接檢測帶來的誤差，提高精確度；

(3)本裝置實現(xiàn)了測量最大位移與最大應(yīng)變重合，使得在相同力作用下，使得力檢測時應(yīng)變值最大化，提高其檢測的靈敏度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的成品示意圖；

圖3是本發(fā)明的力/位移測試圖；

圖中：1-圓弧彈性鉸鏈，2-力作用點，3-應(yīng)變梁，4-上表面電阻應(yīng)變片，5-下表面電阻應(yīng)變片，6-彈性薄片，7-鋁合金支架，8-定位孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施實例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

參見附圖1-3，一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微力及微小位移傳感測量裝置，具有圓弧彈性鉸鏈(1)，所述圓弧彈性鉸鏈(1)一端與鋁合金支架(7)連接，另一端與應(yīng)變梁(3)連接；所述彈性薄片(6)的一端與應(yīng)變梁(3)連接，另一端與鋁合金支架(7)連接；所述上表面電阻應(yīng)變片(4)通過AB膠固定在彈性薄片上表面；所述下表面電阻應(yīng)變片(5)通過AB膠固定在彈性薄片下表面；所述力作用點(2)與應(yīng)變梁(3)連接；所述定位孔(8)位于鋁合金支架(7)四周，用于固定該測量裝置。

本實施例中所述圓弧彈性鉸鏈厚度為0.2mm，材質(zhì)為55Si2Mn彈簧鋼。。所述彈性薄片材質(zhì)為55Si2Mn彈簧鋼，厚度為0.2mm，長度為10mm。所述應(yīng)變梁為輕質(zhì)空心鋁合金材質(zhì)，體積為(長*寬*高)為100mm*10mm*10mm。所述上表面電阻應(yīng)變片和下表面電阻應(yīng)變片為金屬箔式電阻應(yīng)變片，材料為康銅。所述力作用點為鋁合金材質(zhì)矩形突起，與彈性薄片的距離為80mm。

本發(fā)明在使用時，將力作用點(2)接觸于被測器件端面，上表面電阻應(yīng)變片(4)和下表面電阻應(yīng)變片(5)把應(yīng)變梁(3)的機(jī)械形變轉(zhuǎn)換為電信號，轉(zhuǎn)換電路把電阻的微小變化值轉(zhuǎn)換成電流或者電壓的變化值，然后再通過放大電路對信號處理。從附圖3可以看出，隨著被測器件端面壓力程度的增大，彈性薄片(6)均值應(yīng)變值對壓力非常敏感。通過電路處理后，測定該裝置測試的器件端面位移與力作用點(2)上的受力呈線性關(guān)系。

根據(jù)附圖3的實驗結(jié)果可知，本發(fā)明懸臂梁結(jié)構(gòu)微力及微小位移傳感測量裝置，具有制作方便，成本低，良好的線性度，遲滯性和重復(fù)性，靈敏度高的優(yōu)點。

上述詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍內(nèi)。