[發(fā)明專利]一種提升壓力傳感器用敏感元件阻抗特性的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110784496.6
• 申請(qǐng)日: 2021-07-12
• 公開（公告）號(hào): CN113514172A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊德文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 盛瑞新晶體科技（東莞）有限公司
• 主分類號(hào): G01L1/16
• 分類號(hào): G01L1/16;G01L9/08
• 代理公司: 重慶百潤(rùn)洪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50219
• 代理人: 沈鋒

本發(fā)明涉及涉及壓電傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提升壓力傳感器用敏感元件阻抗特性的方法，通過設(shè)置多組壓電晶片測(cè)試組，且任意兩個(gè)壓電晶片測(cè)試組中的壓電晶片的上下表面粗糙度和側(cè)面粗糙度都不完全相同，通過控制變量法對(duì)壓電晶片進(jìn)行阻抗測(cè)試，獲取特定條件下上下表面粗糙度和側(cè)面粗糙度對(duì)壓電晶片阻抗的關(guān)系，并根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得預(yù)期阻抗值的壓電晶片的上下表面粗糙度和側(cè)面粗糙度，獲取的壓電晶片粗糙度具有高度一致性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種提升壓力傳感器用敏感元件阻抗特性的方法。

背景技術(shù)

壓電式力傳感器廣泛應(yīng)用于高性能零件的精密加工、裝配等環(huán)節(jié)，是重要的力學(xué)載荷測(cè)置當(dāng)前，對(duì)壓電式力傳感器的研究主要集中在晶體材料、晶片尺寸、殼體結(jié)構(gòu)、電極個(gè)數(shù)等因素對(duì)其性能的影響，由于缺乏有關(guān)晶片表面微觀形貌對(duì)其性能影響的研究。忽視晶片表面微觀形貌因素，將導(dǎo)致傳感器的剛度下降、靈敏度降低、吸濕性提高，嚴(yán)重影響傳感器的正常使用。

靈敏度方面，壓電式力傳感器靈敏度影響因素眾多，溫度、濕度、預(yù)緊力、力電轉(zhuǎn)化關(guān)系、壓電晶體自身靈敏度都對(duì)傳感器靈敏度產(chǎn)生影響。然而，忽視表面微觀形貌對(duì)傳感器靈敏度的影響，導(dǎo)致設(shè)計(jì)傳感器時(shí)，該指標(biāo)缺乏設(shè)計(jì)依據(jù)。此外，多維力測(cè)量平臺(tái)各傳感器一致性差，容易造成多維力載荷平臺(tái)失效。

吸濕性方面，濕度對(duì)傳感器影響極大，普遍解釋是水分子吸附，從而影響晶片體電阻，導(dǎo)致電荷的流失，影響壓力傳感器的測(cè)試精度。傳統(tǒng)對(duì)傳感器的阻抗絕緣方式采用涂絕緣膠密封的方式進(jìn)行防水。但是涂密封膠防水，存在兩個(gè)問題:第一，涂膠增加了晶組的重量，導(dǎo)致傳感器總體重量增加，影響傳感器的固有頻率和動(dòng)態(tài)使用性能。第二，涂膠過程往往是手工完成，均勻性差，易存在漏點(diǎn)，導(dǎo)致傳感器在濕度環(huán)境下失效幾率增加。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種提升壓力傳感器用敏感元件阻抗特性的方法，能夠通過改變壓電晶片的形狀和表面粗糙度使得壓電晶片達(dá)到預(yù)設(shè)阻抗性能，且具有高度一致性和可靠性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種提升壓力傳感器用敏感元件阻抗特性的方法，包括步驟：

(1)設(shè)置多組壓電晶片測(cè)試組，各組壓電晶片測(cè)試組中的壓電晶片的上下表面粗糙度和側(cè)面粗糙度均不完全相同；

(2)將上下表面粗糙度不同但側(cè)面粗糙度相同的壓電晶片作為對(duì)照組，在相同的壓力和相同的測(cè)試電壓下對(duì)對(duì)照組進(jìn)行阻抗檢測(cè)，獲得對(duì)照組中的所有壓電晶片的阻抗值；

(3)將上下表面粗糙度相同但側(cè)面粗糙度不同的壓電晶片作為對(duì)照組，在相同的壓力和相同的測(cè)試電壓下對(duì)對(duì)照組進(jìn)行阻抗檢測(cè)，獲得對(duì)照組中的所有壓電晶片的阻抗值；

(4)獲得上下表面粗糙度和側(cè)面粗糙度與壓電晶片的關(guān)系，并獲得符合預(yù)期值的壓電晶片的上下表面粗糙度和側(cè)面粗糙度。

進(jìn)一步地，所述壓電晶片測(cè)試組包括設(shè)置在壓電晶片上下側(cè)面的電極帶、設(shè)置在電極帶外側(cè)的絕緣帶、設(shè)置在絕緣帶外側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)塊和阻抗儀，阻抗儀的接線端子分別與兩個(gè)電極帶連接，標(biāo)準(zhǔn)塊在外部壓力的情況下將受力均勻地傳遞至最中央的壓電晶片上，阻抗儀通過端子輸出250V測(cè)試電壓。

進(jìn)一步地，所述壓電晶片為圓形或者方形，所述壓電晶片的頂面、底面和側(cè)面的粗糙度均小于350nm；圓形壓電晶片的直徑范圍在6mm-15mm之間，厚度范圍在0.8mm-5mm之間；方形壓電晶片的邊長(zhǎng)范圍在6mm-30mm之間，厚度范圍在1mm-5mm之間，所述壓電晶片的側(cè)邊經(jīng)過倒角處理，所述壓電晶片的上下表面為受力面。

作為本發(fā)明的一種選擇，符合預(yù)期的所述壓電晶片的上下表面的粗糙度在190nm-250nm之間，側(cè)面的粗糙度在600nm-720nm之間時(shí)，所述壓電晶片受特定壓力且在250V電壓下的阻抗在700MΩ-5GΩ之間。