[发明专利]一种提高一致性的切割结构以及在扭矩传感器中的应用

说明书

本发明公开了一种提高一致性的切割结构以及在扭矩传感器中的应用，其中切割后的结构为经压合后形成的类矩形结构，其中类矩形结构的制备方法如下：晶片通过反复抛光后，得到椭圆形晶片结构，其中椭圆形晶片结构的中部厚度高于四周处的厚度；其中以中心处为旋转轴，沿待测量的扭矩的剪切力方向进行旋转，在旋转的同时进行自下而上进行的材料剥离，将椭圆形晶片中的部分材料进行剥离。本申请在螺旋切割的基础上，通过限制测量方向与切割剥离方向一致的方式，从而赋予螺旋切割结构可以用于扭矩测量的结构测量基础，并且该种结构测量基础可以有效的改善现有环形切割方式切割后电荷量减少的问题，并有效的提升测量的精度。

技术领域

本发明具体涉及一种提高一致性的切割结构以及在扭矩传感器中的应用。

背景技术

压力(压强)传感器是将气体或液体中的输入机械压力转换为电输出信号的仪器，石英晶体压电压力传感器使用压电材料(二氧化硅或是磷酸镓)材料在施加压力时产生电荷，并利用这种电荷与压力成正比关系的特性制作的传感器。这种传感器具有性能稳定、机械强度高、绝缘性能好、非常灵敏且响应速度极快的特点。

以常见的压电材料二氧化硅为例，高纯度二氧化硅(石英单晶体)受到力的作用时，电荷出现在受载的石英表面，且电荷量与载荷力成正比，这就是石英晶体的压电效应。

高纯度石英单晶体由于其结构特点，必须严格控制晶片的切割角度，使其在正常的工作温度范围内，不至超过所要求的容许误差。晶片在切割、抛光的连续加工过程中，都会因加工的准确度不同，导致一定的离散型，使温度漂移变大，灵敏度不一致等。高纯度石英单晶体作为压电压力传感器敏感单元，一般被制作成类似椭圆形的薄片或环状薄片，一般称之为“晶圆”，其中，环状薄片是在类椭圆形薄片的基础上，将中间较厚的部分挖去形成的。

现有技术中的主要研究方向或是目的均是通过有效的结构改善，从而获得厚度一致性更好的单元结构，从而可以在测量中，获得一致性更好、敏感性更好的测量单元结构。现有的专利研究方向是环状薄片，但是环状薄片同时存在压电常数较低，从而产生的电荷量偏少的问题，从而进一步的带来了测量精度降低的问题。

椭圆形切割方式的晶片可以有效的解决压电效应电荷量减少的问题，但是其在应用于扭矩的传感中，又存在结构强度无法满足要求的问题，且如果当扭矩的作用方向不确定时，其测量精度无法管控，而且容易造成对测量单元的损坏。

发明内容

本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种可以用于扭矩测量的螺旋切割方式，并给出该种螺旋结构制备得到的敏感单元结构在扭矩测量中的应用示范。

一种提高一致性的切割结构，包括经压合后形成的类矩形结构，其中类矩形结构的制备方法如下：

晶片通过反复抛光后，得到椭圆形晶片结构，其中椭圆形晶片结构的中部厚度高于四周处的厚度；

其中以中心处为旋转轴，沿待测量的扭矩的剪切力方向进行旋转，在旋转的同时进行自下而上进行的材料剥离，将椭圆形晶片中的部分材料进行剥离。

其中，所述椭圆形晶片的材质为压电材料，压电材料为二氧化硅或是磷酸镓。

一种提高一致性的切割结构，其特征在于，部分材料的剥离参数如下：

类椭圆形晶片的最大厚度为b，最大长度为a；

螺旋切割圈数为n，单个螺纹槽的高度为d，剥离后的最大厚度为b’；

其中b＝(2n+1)d，b’＝(n+1)d；

其中使用时的剪切力方向为方向Zw，剥离方向与Zw方向相重合，其中剪切力方向与椭圆形晶体的最大平面的夹角小于0.5°；

剥离完成后，类矩形结构的最大长度为a’，最大厚度为b’，其中a’近似等于a。