[发明专利]一种齿轮动态啮合力检测薄膜传感器及其应用方法

说明书

本发明公开了一种齿轮动态啮合力检测薄膜传感器及其应用方法，所述齿轮动态啮合力检测薄膜传感器，包括：绝缘层，用于设置于齿轮基体表面；电极，电极溅射于绝缘层的表面；电极包括齿电极和轴电极，齿电极和轴电极通过导线电连接；压力敏感元件，包括：MoS₂压阻薄膜；其中，MoS₂压阻薄膜为弓形结构，MoS₂压阻薄膜溅射于轮齿啮合齿面的绝缘层的表面；MoS₂压阻薄膜与齿电极电连接。本发明的齿轮动态啮合力检测薄膜传感器，在齿轮啮合过程中，压阻薄膜受应力作用发生应变，电阻发生规律变化，输出性能稳定，具有一体化、超薄型、响应快、超灵敏等优势，可实时监测齿轮运行的健康状态。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及磁控溅射MoS₂领域，特别涉及一种齿轮动态啮合力检测薄膜传感器及其应用方法。

背景技术

齿轮传动是机械设备中最常见的一种传动方式，其具有稳定的传动比，具有传动效率高、工作性能可靠、使用寿命长等优点；同时，齿轮传动在工作时产生动载荷，振动及噪声问题突出，无法实现过载保护，对设备运行安全带来隐患。

为保证设备安全、高效运行，通过对齿轮动态啮合力的检测，可实现齿轮啮合时的在线监测和故障诊断。目前，对齿轮啮合力的监测和故障诊断是利用振动传感器采集机械设备运行时的振动信号，并没有直接的测量装置，它是通过不同的分析方法提取特征信号，但其算法复杂多变，很难在实际中得到真实有效的齿轮动态啮合力。

综上，亟需一种新的齿轮动态啮合力检测薄膜传感器及其应用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种齿轮动态啮合力检测薄膜传感器及其应用方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的齿轮动态啮合力检测薄膜传感器，在齿轮啮合过程中，压阻薄膜受应力作用发生应变，电阻发生规律变化，输出性能稳定，具有一体化、超薄型、响应快、超灵敏等优势，可实时监测齿轮运行的健康状态；另外，其制备方法工艺简单，操作易控、压阻薄膜沉积速率高、成膜致密均匀，易于大批生产。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种齿轮动态啮合力检测薄膜传感器，包括：

绝缘层，用于设置于齿轮基体表面；其中，所述齿轮基体包括齿轮轴和轮齿；

电极，所述电极溅射于所述绝缘层的表面；所述电极包括齿电极和轴电极，所述齿电极和所述轴电极通过导线电连接；其中，所述齿电极用于设置于轮齿的啮合齿面或轮齿侧面，所述轴电极用于设置于齿轮轴的表面；

压力敏感元件，包括：MoS₂压阻薄膜；其中，所述MoS₂压阻薄膜为弓形结构，所述MoS₂压阻薄膜溅射于轮齿啮合齿面的绝缘层的表面；所述MoS₂压阻薄膜与所述齿电极电连接。

本发明的进一步改进在于，所述MoS₂压阻薄膜是利用硬质掩蔽以磁控溅射的方法采用MoS₂靶材溅射而成。

本发明的进一步改进在于，所述MoS₂压阻薄膜的厚度为1～5μm。

本发明的进一步改进在于，所述电极和所述MoS₂压阻薄膜均通过MEMS技术溅射而成。

本发明的进一步改进在于，还包括：保护层；所述保护层覆盖所述MoS₂压阻薄膜、所述电极。

本发明的进一步改进在于，所述绝缘层、所述保护层均为Si0₂涂层。

本发明的进一步改进在于，还包括：电路板，用于汇集、连接各齿端部电极。