[发明专利]适于高温环境下使用的具有应力传感功能的紧固件及薄膜换能传感系统

权利要求书

1.一种适于高温环境下使用的具有应力传感功能的紧固件，其特征在于，包括：

紧固件基体(1)，包括具有上端面和下端面的端头和从所述端头下端面向远离端头方向纵向延伸的杆部，所述端头的上端面为端头的自由端，所述杆部在远离端头上端面的预设长度处形成超声波反射面，所述超声波反射面与所述杆部纵向轴线夹角θ为：0°θ180°；

超声波薄膜传感器(8)，在所述端头上端面且至少与杆部对应的区域形成一薄膜器件层；

所述薄膜器件层包括多个功能层，所述多个功能层以所述紧固件基体(1)的端头上端面为基底面，依次向上形成有压电层(3)和电极层(5)，所述压电层(3)对所述电极层(5)和基底面具有电隔离作用；

第一电极引线(7)和第二电极引线(6)，其中第一电极引线(7)与所述基底电连接，第二电极引线(6)与所述电极层(5)电连接；

所述第一电极引线(7)和第二电极引线(6)用于接收和向外输出电信号；当所述第一电极引线(7)和第二电极引线(6)被输入脉冲电信号后，所述压电层(3)利用逆压电效应将所述脉冲电信号转换成超声波声信号，所述超声波声信号沿杆部传输到超声波反射面，再由所述超声波反射面反射后沿杆部传输回到所述超声波薄膜传感器(8)的压电层(3)，由所述压电层(3)利用压电效应转换为带有应力信息的电信号输出。

2.如权利要求1所述的适于高温环境下使用的具有应力传感功能的紧固件，其特征在于，所述杆部的下端面为自由端面，所述预设长度延伸到所述杆部的下端面，所述超声波反射面由所述杆部的下端面形成，并与所述杆部纵向轴线夹角θ为90°，所述超声波薄膜传感器(8)形成在端头上端面受应力最小的区域。

3.一种适于高温环境下使用的具有应力传感功能的紧固件，其特征在于，包括：

紧固件基体(1)，包括具有上端面和下端面的端头和从所述端头下端面向远离端头方向纵向延伸的杆部，所述杆部的下端面为自由端面；

超声波薄膜传感器(8)，在所述杆部的下端面形成一薄膜器件层；

所述薄膜器件层包括多个功能层，所述多个功能层以所述紧固件杆部的下端面为基底面，依次形成有压电层(3)和电极层(5)，所述压电层(3)对所述电极层(5)和基底面具有电隔离作用；

第一电极引线(7)和第二电极引线(6)，其中第一电极引线(7)与所述紧固件基底电连接，第二电极引线(6)与所述电极层(5)电连接；

所述第一电极引线(7)和第二电极引线(6)用于接收和向外输出电信号；当所述第一电极引线(7)和第二电极引线(6)被输入脉冲电信号后，所述压电层(3)利用逆压电效应将所述脉冲电信号转换成超声波声信号，所述超声波声信号沿杆部传输到超声波反射面，再由所述超声波反射面反射后沿杆部传输回到超声波薄膜传感器(8)的压电层(3)，由所述压电层(3)利用压电效应转换为带有应力信息的电信号输出。

4.如权利要求1-3任一项所述的适于高温环境下使用的具有应力传感功能的紧固件，其特征在于，所述电极层(5)采用图案化电隔离处理，所述第一电极引线(7)、第二电极引线(6)在压电层(3)一侧引出。

5.如权利要求4所述的适于高温环境下使用的具有应力传感功能的紧固件，其特征在于，所述超声波薄膜传感器(8)在紧固件基体(1)基底面上依次生长各功能层，薄膜层与基底之间、各功能层之间均为原子级别结合。

6.如权利要求5所述的适于高温环境下使用的具有应力传感功能的紧固件，其特征在于，所述原子级别结合采用物理气相沉积技术、化学气相沉积技术和脉冲激光沉积技术中的任一种。

7.如权利要求6所述的适用于高温环境下使用的具有应力传感功能的紧固件，其特征在于，所述压电层(3)的材料的居里点高于所述高温环境的温度，且所述压电层(3)的材料生成的薄膜的电阻率大于10⁷Ω·cm；所述电极层(5)的材料为电导率大于1*10⁶S/m的金属材料，且所述金属材料的熔点高于所述高温环境的温度。