[发明专利]一种应力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及应力测量技术领域，特指一种应力传感器及其制备方法。

背景技术

目前大型的金属结构件，如桥梁支座、发动机叶片、风机叶片，都需要对其设计及运行过程中的应力进行长期监测，避免安全事故的发生，或者提高产品的可靠性。

传统的应力监测方法一般是采用应变计和光栅传感器。传感器的安装是采用胶粘、螺纹固定或者焊接方式。其中胶粘方式是通过粘接胶将应变计或者光栅传感器与结构件相连。现有使用的螺钉和粘贴胶的状态是极其不稳定的，只要发生nm级的位置变化或形变就可引起输出明显的响应，其中胶体和螺纹微观缝隙是引起测量迟滞的主要原因，另外长期在室外环境下，粘接胶容易老化蠕变，传感器与测量部位出现松动，应力传递过程中出现传递误差，导致测量结果不准确，零点发生偏移。另一种方式是采用氩弧焊或者激光焊接等工艺将传感器焊接固定在被测结构件上，但焊接过程中高温工艺会导致焊缝处容易累计较大的应力，应力释放是一个长期的过程，导致传感器在长期监测过程中受到结构件本身应力的释放，导致外界因素引起的应力变化测量出现偏差，零点发生偏移；而且采用焊接方法只能焊接敏感元件的边线，不能实现面接触，且焊接的温度通常会损害敏感元件。因此，现有方法主要用于对结构材料微应力的短期测量，一段时间后再次测量时需要卸载后重新校准零点，测量误差较大，漂移严重，不适用于长期连续监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、接触面积大、应力测量精准可靠的应力传感器，并相应提供一种操作简便的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种应力传感器，包括引线组件和沉积于被测结构件上的过渡层，所述过渡层上依次沉积有绝缘层、应变薄膜层、焊盘和保护层，所述焊盘与所述引线组件相连。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述引线组件包括引线支架，所述引线支架上设置与焊盘对应的引线，所述引线与所述焊盘之间通过导电浆料固化，所述引线支架与所述被测结构件之间紧固连接。

所述引线支架与所述被测结构件之间通过螺钉紧固连接。

所述过渡层为Ta₂O₅层。

所述绝缘层和保护层均为SiO₂层。

所述应变薄膜层为NiCr层。

一种基于如上所述的应力传感器的制备方法，步骤为：

S01、开始，在置于真空镀膜腔体中且清洗干净的被测结构件上安装掩膜，并依次沉积过渡层和绝缘层；

S02、更换掩膜，在所述绝缘层上沉积应变薄膜层；

S03、更换掩膜，在所述应变薄膜层上制备焊盘；

S04、更换掩膜，在所述应变薄膜层上沉积保护层；

S05、整体热处理；

S06、将焊盘与引线组件相连，制备完成。

作为上述技术方案的进一步改进：

步骤S06的具体过程为：将引线组件上引线与焊盘接触并通过导电浆料固化，同时将引线组件上的引线支架与被测结构件紧固相连。

步骤S05的具体过程为：将被测结构件与应力传感器整体放置于热真空箱内进行热处理，温度范围为100℃～200℃。

在步骤S06后，进行标定测试，得到应力与传感信号之间的特征曲线。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的应力传感器，直接在被测结构件上沉积得到，使应力传感器与被测结构件之间形成整体；应力传感器与被测结构件之间形成面接触，不会出现两者松动或者存在应力的问题而导致零点漂移，从而能够保证应力检测的精准性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为本发明中引线组件的侧视结构示意图。

图3为本发明中引线组件的俯视结构示意图。

图4为本发明中被测结构件的立体结构示意图。

图5为本发明的制备方法流程图。

图中标号表示：1、被测结构件；2、过渡层；3、绝缘层；4、应变薄膜层；5、焊盘；6、保护层；7、引线组件；71、引线支架；72、引线；73、螺钉；74、导电浆料。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。