一種可適應(yīng)月面環(huán)境的薄膜濺射力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種力傳感器，特別涉及一種薄膜濺射力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 一般應(yīng)變式力傳感器的最低使用溫度為-50°c，如貼片式力傳感器在-50°c以下 時，往往會因粘貼膠發(fā)脆而失效或者性能下降，具體體現(xiàn)就是會引起大的溫度漂移和測試 誤差。針對月面溫度變化范圍較寬的應(yīng)用環(huán)境，常用應(yīng)對措施是增加復(fù)雜的溫度補償電路， 但即便如此，也很難實現(xiàn)寬溫下的精確測量，目前能達到的補償溫度區(qū)間是-20°C~50°C。
[0003] 薄膜濺射技術(shù)是一種利用低能加速器轟擊，動能轉(zhuǎn)換搬迀原子淀積薄膜技術(shù)，薄 膜濺射技術(shù)將納米薄膜應(yīng)變電阻直接制作在與金屬彈性體緊密結(jié)合在絕緣膜上，實現(xiàn)了敏 感元件與絕緣膜、金屬彈性體和絕緣膜的原子結(jié)合薄膜濺射技術(shù)，常用于測量液體、氣體壓 強的傳感器。相對于貼片式應(yīng)變力傳感器，薄膜濺射力傳感器雖然應(yīng)變系數(shù)較低，但具有線 性度好、精度高、穩(wěn)定性強、耐腐蝕、溫度特性較好等特點，經(jīng)環(huán)境試驗驗證，薄膜濺射力傳 感器能滿足寬溫度范圍（_198°C~200°C)下的應(yīng)用，如低溫狀態(tài)下液態(tài)氧、液態(tài)氮、液態(tài)氫 等冷卻罐，低溫儲罐、推進劑等艙體內(nèi)的壓力測量以及高溫狀態(tài)、月面惡劣環(huán)境，航空航天 發(fā)動機測試、戰(zhàn)車發(fā)動機及石油行業(yè)高溫條件下力的測量。現(xiàn)有技術(shù)沒有利用薄膜濺射技 術(shù)測量軸向拉力的傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種用于測量軸向拉力的 薄膜濺射力傳感器。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種可適應(yīng)月面環(huán)境的薄膜濺射力傳感器，其特征在于，包括傳感器單元，傳感器 單元包括連接端、接線端子座、引線插針和彈性體；
[0007] 彈性體為凸字形的階梯圓柱臺，包括粗圓柱臺和細圓柱臺；接線端子座為與彈性 體同軸的回轉(zhuǎn)體，沿中軸設(shè)有端子座通孔，細圓柱臺穿過端子座通孔，與連接端的一端連 接，連接端用于向彈性體施加軸向拉力，粗圓柱臺與接線端子座的一端固定連接;接線端子 座的另一端圍繞端子座通孔設(shè)有環(huán)形凹槽；
[0008] 彈性體的粗圓柱臺外端面設(shè)有相對粗圓柱臺圓形截面的中心對稱的電阻應(yīng)變柵 圖形薄膜，電阻應(yīng)變柵圖形薄膜包括沿圓弧方向延伸的第一電阻橋臂、第二電阻橋臂、第三 電阻橋臂和第四電阻橋臂，第一電阻橋臂和第三電阻橋臂的圓弧相對，圓弧半徑均為rl，弧 度相同，阻值分別為R6、R8,第二電阻橋臂和第四電阻橋臂的圓弧相對，圓弧半徑均為r2,弧 度相同，阻值分別為1?7、1?9^142;第一電阻橋臂和第四電阻橋臂敏感方向一致，第二電阻 橋臂和第三電阻橋臂的敏感方向一致，第一電阻橋臂和第二電阻橋臂的敏感方向相反;第 一電阻橋臂、第二電阻橋臂、第三電阻橋臂和第四電阻橋臂兩端均引出電極，第一電阻橋臂 和第二電阻橋臂串聯(lián)，之間設(shè)有焊盤S1 +，第一電阻橋臂的另一端設(shè)有焊盤VI-，第二電阻橋 臂的另一端設(shè)有焊盤V1 +，第三電阻橋臂和第四電阻橋臂串聯(lián)，之間設(shè)有焊盤S2+，第三電阻 橋臂的另一端設(shè)有焊盤V2-和第四電阻橋臂的另一端設(shè)有焊盤V2+;彈性體受到軸向拉力 時，第一電阻橋臂、第二電阻橋臂、第三電阻橋臂和第四電阻橋臂產(chǎn)生徑向變形;接線端子 座的環(huán)形凹槽的內(nèi)端面上設(shè)有6個安裝通孔，6個引線插針分別穿過安裝通孔將焊盤S1 +、焊 盤S2+、焊盤V1 +、焊盤V2+、焊盤VI-、焊盤V2-引出與外界連接，焊盤V1+和焊盤V2+相連，焊盤 VI-和焊盤V2-相連，焊盤V1+和焊盤V2+的公共端與焊盤VI-和焊盤V2-的公共端與直流電源 連接，通過測量焊盤S1+和焊盤S2+之間的差分電壓變化，得到連接端的軸向力。
[0009] 所述薄膜濺射力傳感器還包括電路板和電纜，電路板在接線端子座上的環(huán)形凹槽 中，所述引線插針將焊盤S1 +、焊盤S2+、焊盤V1 +、焊盤V2+、焊盤VI-、焊盤V2-引出分別與電 路板上的相應(yīng)的焊盤S1+'、焊盤S2+'、焊盤V1+'、焊盤V2+'、焊盤VI-'、焊盤V2-'相連接；
[0010] 電路板上焊盤V1 + '和焊盤V2+ '相連接，其公共端與電源正線端連接，焊盤S2+ '與 輸出信號端S+連接，焊盤S1+'與輸出信號端S-連接，焊盤VI-'和焊盤V2-'相連接，其公共端 與電源回線端連接；
[0011]電纜的一端與電源正線端、輸出信號端S+、輸出信號端s-和電源回線端連接，另一 端與外界連接。
[0012] 所述第一電阻橋臂、第二電阻橋臂、第三電阻橋臂和第四電阻橋臂均為沿圓弧方 向延伸的折線。
[0013] 所述第一電阻橋臂和第三電阻橋臂的弧度為180°，第二電阻橋臂和第四電阻橋臂 的弧度為88°~92°。
[0014] 所述 R6、R7、R8 和 R9 滿足
[0015]所述電阻應(yīng)變柵圖形薄膜中相鄰折線呈13°~17°角。
[0016]所述粗圓柱臺繞上與細圓柱臺連接的一周還設(shè)有圓環(huán)槽。
[0017] 所述電路板上還有電阻1?1、1?2、1?3、1?4和1?5;1?1用于靈敏度補償，1?1連接在￥1+'和焊 盤V2+'的公共端與電源正線端之間；1?2、1?3、1?4、1?5用于補償零點偏差，1?2、1?并聯(lián)之后連接 在焊盤S2+'和輸出信號端S+之間，R4、R5并聯(lián)之后連接在焊盤S1+'與輸出信號端S-之間。
[0018] 所述細圓柱臺與連接端螺紋連接，所述薄膜濺射力傳感器還包括端蓋和圓柱銷， 圓盤形的端蓋蓋在接線端子座一端與環(huán)形凹槽形成封閉腔體，端蓋中間設(shè)有供連接端穿過 的圓形通孔，圓形通孔的兩側(cè)分別開有凹槽;圓柱銷沿徑向穿過連接端，圓柱銷的兩端卡入 端蓋上的凹槽中。
[0019] 所述傳感器單元有兩個，兩個傳感器單元的接線端子座分別固連于圓筒狀的外殼 兩端，形成封閉腔體，兩個粗圓柱臺在封閉腔體中，位置相對，不相互接觸;外殼與兩個彈性 體同軸。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0021 ] 1)本發(fā)明將彈性體受到的軸向力，通過彈性體的變形，轉(zhuǎn)換為彈性體上的電阻橋 臂的變形，然后轉(zhuǎn)換為電阻橋臂阻值的變化，進而轉(zhuǎn)換為輸出電壓的變化，從而測量軸向 力，濺射加工的電阻橋臂為平面薄膜結(jié)構(gòu)形式，不易受非軸向力的干擾，因此，在運輸、安 裝、使用過程中力傳感器結(jié)構(gòu)不易受到外界非軸向力的作用而改變力的測試性能，具有較 高的穩(wěn)定性與測試精度；
[0022] 2)本發(fā)明在工作溫度區(qū)間較大的應(yīng)用環(huán)境下，不易于產(chǎn)生滯后、蠕變等現(xiàn)象，適用 于月面環(huán)境探測；
[0023] 3)本發(fā)明的質(zhì)量輕，同比于市場上同量程的力傳感器，重量減輕了 4/5;
[0024] 4)采用主、備份相互對立的冗余設(shè)計方式，設(shè)置兩個傳感器單元，避免在單份失效 的條件下影響任務(wù)的成敗，有效地解決了航天型號產(chǎn)品高可靠性的要求。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明薄膜濺射力傳感器示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明薄膜濺射力傳感器剖視圖；
[0027]圖3為本發(fā)明傳感器組件結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖4為本發(fā)明傳感器單元仰視圖；
[0029] 圖5為本發(fā)明圖4中傳感器單元的A-A剖視圖；
[0030] 圖6為本發(fā)明接線端子座第一軸測圖；
[0031] 圖7為本發(fā)明接線端子座第二軸測圖；
[0032]圖8為本發(fā)明彈性體側(cè)面剖視圖；
[0033]圖9為本發(fā)明引線插針的結(jié)構(gòu)圖；
[0034] 圖10為本發(fā)明引線端子絕緣座的剖視圖；
[0035] 圖11為本發(fā)明引線端子絕緣座的俯視圖；
[0036]圖12為本發(fā)明外殼的剖視圖；
[0037]圖13為本發(fā)明電路板的俯視圖；
[0038] 圖14為本發(fā)明電路板的側(cè)面剖視圖；
[0039] 圖15為本發(fā)明電路板保護墊的俯視圖；
[0040] 圖16為本發(fā)明電路板保護墊的側(cè)面剖視圖；
[0041 ]圖17為本發(fā)明銷孔端的剖視圖；
[0042]圖18為本發(fā)明螺紋孔端的正面剖視圖；
[0043]圖19為本發(fā)明螺紋孔端側(cè)面的剖視圖；
[0044]圖20為本發(fā)明端蓋的俯視圖；
[0045] 圖21為本發(fā)明端蓋的側(cè)面剖視圖；
[0046] 圖22為本發(fā)明彈性體的俯視圖；
[0047]圖23為本發(fā)明電路板上的信號轉(zhuǎn)接電路原理