[发明专利]一种提升压力传感器用敏感元件阻抗特性的方法

说明书

本发明涉及涉及压电传感器技术领域，具体涉及一种提升压力传感器用敏感元件阻抗特性的方法，通过设置多组压电晶片测试组，且任意两个压电晶片测试组中的压电晶片的上下表面粗糙度和侧面粗糙度都不完全相同，通过控制变量法对压电晶片进行阻抗测试，获取特定条件下上下表面粗糙度和侧面粗糙度对压电晶片阻抗的关系，并根据对应关系获得预期阻抗值的压电晶片的上下表面粗糙度和侧面粗糙度，获取的压电晶片粗糙度具有高度一致性和可靠性。

技术领域

本发明涉及压电传感器技术领域，具体是一种提升压力传感器用敏感元件阻抗特性的方法。

背景技术

压电式力传感器广泛应用于高性能零件的精密加工、装配等环节，是重要的力学载荷测置当前，对压电式力传感器的研究主要集中在晶体材料、晶片尺寸、壳体结构、电极个数等因素对其性能的影响，由于缺乏有关晶片表面微观形貌对其性能影响的研究。忽视晶片表面微观形貌因素，将导致传感器的刚度下降、灵敏度降低、吸湿性提高，严重影响传感器的正常使用。

灵敏度方面，压电式力传感器灵敏度影响因素众多，温度、湿度、预紧力、力电转化关系、压电晶体自身灵敏度都对传感器灵敏度产生影响。然而，忽视表面微观形貌对传感器灵敏度的影响，导致设计传感器时，该指标缺乏设计依据。此外，多维力测量平台各传感器一致性差，容易造成多维力载荷平台失效。

吸湿性方面，湿度对传感器影响极大，普遍解释是水分子吸附，从而影响晶片体电阻，导致电荷的流失，影响压力传感器的测试精度。传统对传感器的阻抗绝缘方式采用涂绝缘胶密封的方式进行防水。但是涂密封胶防水，存在两个问题:第一，涂胶增加了晶组的重量，导致传感器总体重量增加，影响传感器的固有频率和动态使用性能。第二，涂胶过程往往是手工完成，均匀性差，易存在漏点，导致传感器在湿度环境下失效几率增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种提升压力传感器用敏感元件阻抗特性的方法，能够通过改变压电晶片的形状和表面粗糙度使得压电晶片达到预设阻抗性能，且具有高度一致性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种提升压力传感器用敏感元件阻抗特性的方法，包括步骤：

(1)设置多组压电晶片测试组，各组压电晶片测试组中的压电晶片的上下表面粗糙度和侧面粗糙度均不完全相同；

(2)将上下表面粗糙度不同但侧面粗糙度相同的压电晶片作为对照组，在相同的压力和相同的测试电压下对对照组进行阻抗检测，获得对照组中的所有压电晶片的阻抗值；

(3)将上下表面粗糙度相同但侧面粗糙度不同的压电晶片作为对照组，在相同的压力和相同的测试电压下对对照组进行阻抗检测，获得对照组中的所有压电晶片的阻抗值；

(4)获得上下表面粗糙度和侧面粗糙度与压电晶片的关系，并获得符合预期值的压电晶片的上下表面粗糙度和侧面粗糙度。

进一步地，所述压电晶片测试组包括设置在压电晶片上下侧面的电极带、设置在电极带外侧的绝缘带、设置在绝缘带外侧的标准块和阻抗仪，阻抗仪的接线端子分别与两个电极带连接，标准块在外部压力的情况下将受力均匀地传递至最中央的压电晶片上，阻抗仪通过端子输出250V测试电压。

进一步地，所述压电晶片为圆形或者方形，所述压电晶片的顶面、底面和侧面的粗糙度均小于350nm；圆形压电晶片的直径范围在6mm-15mm之间，厚度范围在0.8mm-5mm之间；方形压电晶片的边长范围在6mm-30mm之间，厚度范围在1mm-5mm之间，所述压电晶片的侧边经过倒角处理，所述压电晶片的上下表面为受力面。

作为本发明的一种选择，符合预期的所述压电晶片的上下表面的粗糙度在190nm-250nm之间，侧面的粗糙度在600nm-720nm之间时，所述压电晶片受特定压力且在250V电压下的阻抗在700MΩ-5GΩ之间。