本實(shí)用新型屬于應(yīng)變傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量的低功耗薄膜應(yīng)變計(jì)。

背景技術(shù)：

基于工程塑料、柔性材料、粘彈性復(fù)合材料等材料的大型結(jié)構(gòu)在貯存及其服役期間，其結(jié)構(gòu)由于自身重量的影響會(huì)產(chǎn)生局部變形，為了監(jiān)測結(jié)構(gòu)的變形情況并及時(shí)地反映結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，需要研制相應(yīng)的應(yīng)變計(jì)安裝在結(jié)構(gòu)表面以對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)檢測，而應(yīng)變計(jì)則需要滿足高可靠、低功耗、長壽命的要求。為了使應(yīng)變計(jì)能夠承受長期間的惡劣、復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境以及外部腐蝕等環(huán)境因素的影響，應(yīng)變計(jì)需要采用化學(xué)性能穩(wěn)定、絕緣性能好的材料作為覆蓋物。在現(xiàn)有的應(yīng)變計(jì)技術(shù)中，市場上的應(yīng)變計(jì)由于其阻值1500±5Ω，功耗比較大，而且長期穩(wěn)定性、蠕變等方面尚還都不能滿足大型結(jié)構(gòu)測量的需求，這就使得研制可滿足高分辨率、高精度、低功耗要求的薄膜應(yīng)變計(jì)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題加以解決，提供一種還具有功耗低、高分辨率、高可靠性、高測量精度等特點(diǎn)的基于濺射薄膜的薄膜應(yīng)變計(jì)。

用于實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案如下所述。

一種基于濺射薄膜的薄膜應(yīng)變計(jì)，由自下而上依次設(shè)置的基底、薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵和覆蓋物保護(hù)膜組成，所述的薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵包括一個(gè)由兩側(cè)邊柵、多段縱向測量柵以及多段橫向測量柵一體連通的呈蛇形排布的柵體，其中在兩側(cè)邊珊的末端沿伸有過渡段和焊接?xùn)?，在焊接?xùn)派线B接有導(dǎo)引電信號(hào)的引出線。

上述基于濺射薄膜的薄膜應(yīng)變計(jì)中，薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵為首先通過金屬濺射薄膜工藝將金屬鍍?cè)诨咨闲纬山饘倌?，再?jīng)過刻蝕工藝將鍍?cè)诨咨系慕饘倌た涛g形成的敏感柵。

上述基于濺射薄膜的薄膜應(yīng)變計(jì)中，薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵采用鎳鉻合金(Ni₈₀Cr₂₀)材料制成，阻值為1500±5Ω、厚度為1μm。

上述基于濺射薄膜的薄膜應(yīng)變計(jì)中，覆蓋物保護(hù)膜是在薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵的表面通過金屬濺射薄膜工藝鍍有的一層厚度1～2μm的氮化硅(Si₃N₄)保護(hù)膜

上述基于濺射薄膜的薄膜應(yīng)變計(jì)中，基底材料為厚度小于100μm的聚酰亞胺薄膜。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案還包括，在焊接?xùn)派厦嫱ㄟ^濺射薄膜工藝鍍有一層用于焊接引出線的純銅(99％Cu)，由導(dǎo)體材料制成的引出線通過焊接的方式焊接在焊接?xùn)派稀?/p>

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案還包括，基底由絕緣材料制成，在基底表面制設(shè)有縱軸線標(biāo)記、45°方向定位標(biāo)記、橫軸線標(biāo)記和裁剪標(biāo)記。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

一、本實(shí)用新型為一種基于濺射薄膜工藝的應(yīng)變計(jì)，該薄膜應(yīng)變計(jì)的敏感柵通過濺射薄膜制備工藝將金屬靶材鎳鉻合金(Ni₈₀Cr₂₀)濺射到聚酰亞胺薄膜基底的表面，然后將氮化硅(Si₃N₄)濺射到敏感柵表面，可以起到對(duì)敏感柵的熱、腐蝕、水、電等外界條件的防護(hù)的作用，防止敏感柵過早、過快氧化，防止敏感柵受到外界環(huán)境的化學(xué)破壞，這種通過鍍膜工藝制備的敏感柵和防護(hù)層具有高可靠、低功耗、長壽命等優(yōu)點(diǎn)；

二、本實(shí)用新型通過金屬濺射薄膜技術(shù)將敏感柵做到100μm以內(nèi)的厚度，大大提高應(yīng)變計(jì)的長期可靠性、分辨率及測量精度；

三、本實(shí)用新型所述薄膜應(yīng)變計(jì)的電阻值大，在相同的電壓下，大大減小了使用功耗，能夠應(yīng)用于無線應(yīng)變監(jiān)檢測系統(tǒng)，滿足低功耗要求，同時(shí)也為解決無源無線應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)問題提供了參考。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的基底的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中各數(shù)字標(biāo)號(hào)的名稱分別是：1－覆蓋物保護(hù)膜；2－薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵，2a－橫向測量柵，2b－縱向測量柵，2c－邊柵，2d－過渡段，2e－焊接?xùn)牛?－基底，3a－縱軸線標(biāo)記，3b－45°方向定位標(biāo)記，3c－橫軸線標(biāo)記，3d－裁剪標(biāo)記；4－引出線。

具體實(shí)施方式

參見附圖，本實(shí)用新型所述的基于金屬濺射薄膜的薄膜應(yīng)變計(jì)包括外層起到防護(hù)作用的覆蓋物保護(hù)膜1、感知結(jié)構(gòu)應(yīng)變的薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵2、起到絕緣作用和傳遞應(yīng)變的基底3以及導(dǎo)引電信號(hào)的引出線4。基底3是一層聚酰亞胺薄膜，厚度在100μm之內(nèi)，使得結(jié)構(gòu)變形能夠有效地將應(yīng)變信息傳遞到薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵2，在基底3表面制設(shè)有縱軸線標(biāo)記3a、45°方向定位標(biāo)記3b、橫軸線標(biāo)記3c和裁剪標(biāo)記3d(圖3)。薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵2設(shè)置在基底3上，包括一個(gè)由兩側(cè)邊柵2c、n段(附圖中n＝12)縱向測量柵2b以及n+1段(附圖中n＝12)橫向測量柵2a一體連通的呈蛇形排布的柵體，在敏感柵兩側(cè)邊珊的末端沿伸有過渡段2d和焊接?xùn)?e(圖2)。薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵2是一層金屬薄膜鎳鉻合金(Ni80Cr20)，通過濺射薄膜制備工藝制成，由于鎳鉻合金(Ni80Cr20)材料的電阻率大，使得薄膜應(yīng)變計(jì)的電阻大，降低了使用功耗。引出線4是通過焊接的方式將其焊接在焊接?xùn)?e處，由于鎳鉻合金不易于與焊錫結(jié)合，所以在焊接?xùn)?e處濺射一層銅膜，然后再將引出線4焊接在焊接?xùn)?e處。覆蓋物保護(hù)膜1是一層氮化硅(Si₃N₄)防護(hù)層，通過濺射制備工藝將化學(xué)性能穩(wěn)定的氮化硅(Si₃N₄)濺射到薄膜應(yīng)變計(jì)的整體表面，可以起到對(duì)敏感柵的熱、腐蝕、水、電等外界條件的防護(hù)作用，防止敏感柵過早、過快氧化，防止受到外界環(huán)境的化學(xué)破壞。

本實(shí)用新型的制作過程是：將基底材料置于濺射平臺(tái)上，在高真空的狀態(tài)下通過離子束中的高能粒子轟擊金屬靶材鎳鉻合金(Ni80Cr20)，使其濺射出金屬原子，并在一定的能量下沿特定的角度沉積在聚酰亞胺薄膜基底材料上，再通過光刻的工藝將電阻敏感柵形成掩膜，最終通過干法刻蝕得出薄膜應(yīng)變計(jì)敏感柵2；然后再通過相同的方式將金屬靶材純銅(99％Cu)濺射得到焊接?xùn)?e，以利于焊接牢固，將引出線4的一端焊接在焊接?xùn)?e上(引出線4的另一端外連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))，最后通過濺射薄膜制備工藝將靶材氮化硅(Si₃N₄)濺射到薄膜應(yīng)變計(jì)的表面，即完成薄膜應(yīng)變計(jì)的制備。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型專利原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和補(bǔ)充，這些改進(jìn)和補(bǔ)充也應(yīng)視為本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍。