[發(fā)明專利]適于高溫環(huán)境下使用的具有應(yīng)力傳感功能的緊固件及薄膜換能傳感系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010310610.7
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111504542A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖成;何緒林;葉勤燕;羅坤;鄭興平;冉小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中物院成都科學(xué)技術(shù)發(fā)展中心
• 主分類號: G01L5/24
• 分類號: G01L5/24;F16B35/00
• 代理公司: 北京麥寶利知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11733
• 代理人: 趙艷紅

1.一種適于高溫環(huán)境下使用的具有應(yīng)力傳感功能的緊固件，其特征在于，包括：

緊固件基體(1)，包括具有上端面和下端面的端頭和從所述端頭下端面向遠(yuǎn)離端頭方向縱向延伸的桿部，所述端頭的上端面為端頭的自由端，所述桿部在遠(yuǎn)離端頭上端面的預(yù)設(shè)長度處形成超聲波反射面，所述超聲波反射面與所述桿部縱向軸線夾角θ為：0°θ180°；

超聲波薄膜傳感器(8)，在所述端頭上端面且至少與桿部對應(yīng)的區(qū)域形成一薄膜器件層；

所述薄膜器件層包括多個功能層，所述多個功能層以所述緊固件基體(1)的端頭上端面為基底面，依次向上形成有壓電層(3)和電極層(5)，所述壓電層(3)對所述電極層(5)和基底面具有電隔離作用；

第一電極引線(7)和第二電極引線(6)，其中第一電極引線(7)與所述基底電連接，第二電極引線(6)與所述電極層(5)電連接；

所述第一電極引線(7)和第二電極引線(6)用于接收和向外輸出電信號；當(dāng)所述第一電極引線(7)和第二電極引線(6)被輸入脈沖電信號后，所述壓電層(3)利用逆壓電效應(yīng)將所述脈沖電信號轉(zhuǎn)換成超聲波聲信號，所述超聲波聲信號沿桿部傳輸?shù)匠暡ǚ瓷涿妫儆伤龀暡ǚ瓷涿娣瓷浜笱貤U部傳輸回到所述超聲波薄膜傳感器(8)的壓電層(3)，由所述壓電層(3)利用壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為帶有應(yīng)力信息的電信號輸出。

2.如權(quán)利要求1所述的適于高溫環(huán)境下使用的具有應(yīng)力傳感功能的緊固件，其特征在于，所述桿部的下端面為自由端面，所述預(yù)設(shè)長度延伸到所述桿部的下端面，所述超聲波反射面由所述桿部的下端面形成，并與所述桿部縱向軸線夾角θ為90°，所述超聲波薄膜傳感器(8)形成在端頭上端面受應(yīng)力最小的區(qū)域。

3.一種適于高溫環(huán)境下使用的具有應(yīng)力傳感功能的緊固件，其特征在于，包括：

緊固件基體(1)，包括具有上端面和下端面的端頭和從所述端頭下端面向遠(yuǎn)離端頭方向縱向延伸的桿部，所述桿部的下端面為自由端面；

超聲波薄膜傳感器(8)，在所述桿部的下端面形成一薄膜器件層；

所述薄膜器件層包括多個功能層，所述多個功能層以所述緊固件桿部的下端面為基底面，依次形成有壓電層(3)和電極層(5)，所述壓電層(3)對所述電極層(5)和基底面具有電隔離作用；

第一電極引線(7)和第二電極引線(6)，其中第一電極引線(7)與所述緊固件基底電連接，第二電極引線(6)與所述電極層(5)電連接；

所述第一電極引線(7)和第二電極引線(6)用于接收和向外輸出電信號；當(dāng)所述第一電極引線(7)和第二電極引線(6)被輸入脈沖電信號后，所述壓電層(3)利用逆壓電效應(yīng)將所述脈沖電信號轉(zhuǎn)換成超聲波聲信號，所述超聲波聲信號沿桿部傳輸?shù)匠暡ǚ瓷涿妫儆伤龀暡ǚ瓷涿娣瓷浜笱貤U部傳輸回到超聲波薄膜傳感器(8)的壓電層(3)，由所述壓電層(3)利用壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為帶有應(yīng)力信息的電信號輸出。

4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的適于高溫環(huán)境下使用的具有應(yīng)力傳感功能的緊固件，其特征在于，所述電極層(5)采用圖案化電隔離處理，所述第一電極引線(7)、第二電極引線(6)在壓電層(3)一側(cè)引出。

5.如權(quán)利要求4所述的適于高溫環(huán)境下使用的具有應(yīng)力傳感功能的緊固件，其特征在于，所述超聲波薄膜傳感器(8)在緊固件基體(1)基底面上依次生長各功能層，薄膜層與基底之間、各功能層之間均為原子級別結(jié)合。

6.如權(quán)利要求5所述的適于高溫環(huán)境下使用的具有應(yīng)力傳感功能的緊固件，其特征在于，所述原子級別結(jié)合采用物理氣相沉積技術(shù)、化學(xué)氣相沉積技術(shù)和脈沖激光沉積技術(shù)中的任一種。

7.如權(quán)利要求6所述的適用于高溫環(huán)境下使用的具有應(yīng)力傳感功能的緊固件，其特征在于，所述壓電層(3)的材料的居里點(diǎn)高于所述高溫環(huán)境的溫度，且所述壓電層(3)的材料生成的薄膜的電阻率大于10⁷Ω·cm；所述電極層(5)的材料為電導(dǎo)率大于1*10⁶S/m的金屬材料，且所述金屬材料的熔點(diǎn)高于所述高溫環(huán)境的溫度。