[发明专利]一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及薄膜应变传感器，具体是一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器及其制备方法。本发明解决了现有薄膜应变传感器在应用于低应变或微应变测量环境时应变偏小、灵敏度和线性度偏低的问题。一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器，包括H形金属基底、矩形过渡膜层、矩形绝缘膜层、四个镍铬薄膜电阻栅；其中，矩形过渡膜层沉积于H形金属基底的上表面中部；矩形绝缘膜层沉积于矩形过渡膜层的上表面，且矩形绝缘膜层的表面贯通开设有四道呈十字形分布的应变缝隙；四道应变缝隙的首端均封闭；四道应变缝隙的尾端一一对应地贯通矩形绝缘膜层的四个端面中部。本发明适用于切削加工中的切削力测量。

技术领域

本发明涉及薄膜应变传感器，具体是一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器及其制备方法。

背景技术

目前，在众多类型的应变传感器中，薄膜应变传感器因其具有体积小、读取电路简单、价格低廉等优点，而被广泛应用于切削加工中的切削力测量。然而在现有技术条件下，薄膜应变传感器由于自身敏感结构的限制，在应用于低应变或微应变测量环境时存在应变偏小、灵敏度和线性度偏低的问题，由此影响切削力测量的精度和可靠性。基于此，有必要发明一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器及其制备方法，以解决现有薄膜应变传感器在应用于低应变或微应变测量环境时应变偏小、灵敏度和线性度偏低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有薄膜应变传感器在应用于低应变或微应变测量环境时应变偏小、灵敏度和线性度偏低的问题，提供了一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器及其制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器，包括H形金属基底、矩形过渡膜层、矩形绝缘膜层、四个镍铬薄膜电阻栅；其中，矩形过渡膜层沉积于H形金属基底的上表面中部；矩形绝缘膜层沉积于矩形过渡膜层的上表面，且矩形绝缘膜层的表面贯通开设有四道呈十字形分布的应变缝隙；四道应变缝隙的首端均封闭；四道应变缝隙的尾端一一对应地贯通矩形绝缘膜层的四个端面中部；四个镍铬薄膜电阻栅均沉积于矩形绝缘膜层的上表面，且四个镍铬薄膜电阻栅呈十字形分布；四个镍铬薄膜电阻栅一一对应地位于四道应变缝隙的上方，且四个镍铬薄膜电阻栅通过导线共同连接构成惠斯通电桥电路。

一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器的制备方法（该方法用于制备本发明所述的一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器），该方法是采用如下步骤实现的：

步骤一：分别制作金属掩膜版A和金属掩膜版B；

所述金属掩膜版A包括矩形版体A；矩形版体A的下表面边缘延伸设置有两个呈前后对称分布的条形定位凸台A；矩形版体A的表面中部贯通开设有矩形窗口；矩形窗口的四个壁面中部各延伸设置有一根悬臂梁，且四根悬臂梁呈十字形分布；

所述金属掩膜版B包括矩形版体B；矩形版体B的下表面边缘延伸设置有两个呈前后对称分布的条形定位凸台B；矩形版体B的表面中部贯通开设有四个呈十字形分布的条形窗口；

步骤二：选取H形金属基底，并对H形金属基底进行清洗；

步骤三：在H形金属基底的上表面中部沉积矩形过渡膜层，由此得到双层复合结构；

步骤四：将金属掩膜版A置于双层复合结构的上方，一方面使得两个条形定位凸台A分别镶嵌于H形金属基底的两个豁口内，另一方面使得矩形过渡膜层通过矩形窗口暴露出来；

然后，在矩形过渡膜层的上表面沉积矩形绝缘膜层，由此得到三层复合结构；在沉积过程中，由于四根悬臂梁的遮挡，使得矩形绝缘膜层的表面形成四道呈十字形分布的应变缝隙；

步骤五：将金属掩膜版A从三层复合结构的上方移走，使得四道应变缝隙暴露出来；

步骤六：将金属掩膜版B置于三层复合结构的上方，一方面使得两个条形定位凸台B分别镶嵌于H形金属基底的两个豁口内，另一方面使得四道应变缝隙一一对应地通过四个条形窗口暴露出来；

然后，在四道应变缝隙内一一对应地沉积四个条形牺牲膜层，由此得到带有牺牲膜层的三层复合结构；