[实用新型]一种压电薄膜力传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器及其测控技术领域，特别涉及冷锻压装置（如：钢球冷锻机）的压电薄膜力传感器，可用于测量空间大量程冲击载荷。 

背景技术

[0002] 压电式测量方式为巨大冲击力的测量提供了可靠的解决办法。压电片不需要外部激励源。压电片的输出通常体现在正压力作用时单位面积释放的电荷数量。输出是通过单独的信号调理器或者电荷转换器传送到读出设备。目前压电式力传感器的研究较少，主要原因是基于压电薄膜的力传感器研究依赖于压电薄膜制备工艺以及压电性能的研究进展，与压阻式力传感器相比，制各工艺比较复杂。 

具备由高分子材料构成、尤其是由聚偏氟乙烯(PVDF)构成的压电薄膜的压电传感器，被用作具有弹性力的支承体所被施加的负重进行检测的压力传感器。日本特开平10-332509号公布一种在压电薄膜的两面涂敷银膏，将一侧形成为信号电极，将另一侧形成为接地电极的压电传感器。该压电传感器中，在压电薄膜的信号电极一侧进而分别借助粘接剂层叠有绝缘层和保护层，在压电体的接地电极一侧借助粘接剂层叠有绝缘层。但是，由于上述专利文献中记载的压电传感器通过层叠压电薄膜、电极层、保护层、粘接层、绝缘层等多个层来制造，所以，存在工程费用增大、实际上无法产品化之类的问题。而且，为了在进行层叠时高精度地定位各层的端子部分，存在着需要大量的劳力及成本这样的问题。并且直接对由聚偏氟乙烯(PVDF)构成的压电薄膜的表面涂敷银膏并设置了电极。但是，PVDF的耐热温度低至120℃以下，如果想要以通常的干燥温度、即150℃左右使银膏干燥，则有可能导致PVDF的压电特性劣化，因此，难以在PVDF自身上形成稳定的电极。进而，因热膨胀率之差，还有可能发生剥离、断线，其包含着可靠性受损的主要原因。 

美国Dynasen公司压电薄膜、薄膜压力传感器。这种压电薄膜压力传感器主要用于测量平面波。压电薄膜压力传感器由一组电极和引线组成，蒸镀在大片PVF2聚合物的一侧，再封装在两薄层合适的绝缘体（聚酰亚胺或FEP氟化乙丙烯）之间。PVF2薄膜连接两电极。输出引线可使用0.0005英寸厚铜金属薄片延长，铜金属薄片使用银环氧形成坚固的焊接连接头（标准焊接方法只需连接到压力计即可）。PVF2常用压力计是由单轴结构0.0004英寸和28微米（ 0.0011英寸）厚的PVF 2（聚氟乙烯）薄膜制成。其也可以由双轴结构25微米（ 0.001英寸）薄膜制成，用于特殊压力或者应变环境。PVF2传感器可制作成元件尺寸从0.015到1.0英寸范围和各种绝缘厚度。 

德国ENTRAN压电薄膜式力传感器是带有放大输出功能的压电薄膜式力传感器，传感器采用独有的微熔技术和硅微机械加工技术制成的高可靠性、长寿命、低价格的拉力、力、称重传感器，具有放大输出功能。该产品广泛应用于医疗注射泵、消费品产品、机械人、汽车电子及工业自动化设备等领域。特点是低成本，尺寸小，低噪音，高过载能力，高可靠性，低偏差，寿命长。主要应用于设备负载，变力控制，滑轮拉力，小型提升机和绞盘。 

中国专利申请号200710011275公布一种压电薄膜悬臂梁式微力传感器的微力加载装置，适用于压电薄膜悬臂梁式微力传感器的静态和准静态测试和标定。微力加载装置由一维微位移台、二维微位移台、压电双晶片微力发生器及减震装置组成。一维微位移台由Ｘ轴分厘卡组件、一维微位移台底座组成。二维微位移台由Ｙ轴分厘卡组件、Ｚ轴分厘卡组件、二维微位移台底座、支板和内六角螺钉组成。压电双晶片微力发生器由微探针、固定块、两片压电陶瓷片、铝制金属片、夹片、内六角螺钉组成。结构简单可靠，而且操作方便。提高了微小力加载系统的分辨率，解决了微牛顿量级力加载的不稳定性和控制难的问题。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述压电薄膜力传感器存在的结构及工艺上的缺陷，设计一种技术性能好，易于安装和维修，便于推广使用的耦合系数小、灵敏度高、強解耦、高刚性、大测量量程、动态性能好、能够实现组装工序简洁化、且可靠性高的压电薄膜力传感器。 

本发明采用如下技术方案实现发明目的：