压电式多维力传感器晶组设计与制作关键技术研究

发布时间：2019-04-18 09:36

【摘要】：重载操作机、大型碾环机、盾构机等巨型高端制造装备是制造产业链的基础装备,国家尖端制造业发展水平和国民经济的重要体现。随着“十三五规划”和“中国制造2025”提出加速国内制造业朝着高端、智能化趋势发展,为实现制造装备空间实时力反馈与力顺应控制,需要对制造装备进行精确、高效的多维空间力测量,促使多维力传感器成为制造装备设计的关键技术之一。本课题在国家自然科学基金项目“基于并联分载原理的压电式六维大力传感器研究”(编号51205165)和山东省自然科学基金联合专项“压电式重载六维力传感器结构优化设计及其测试系统关键技术研究”(编号ZR2015EL031)的资助下,对压电式多维力传感器关键技术进行研究,具体研究内容如下:首先,论文基于石英晶体压电效应理论,对压电式多维力传感器进行结构设计包括传感器空间布局设计,根据力敏元件测量原理建立压电式多维力传感器空间受力模型,推导出压电式多维力传感器输出数学表达式,并对设计相应石英晶组序列,通过workbench软件对晶组形状进行仿真,确定晶组形状,依照经验公式对压电元件尺寸进行设计。其次,晶组是压电式多维力传感器的核心元件,是压电多维力传感器设计与制造核心关键技术之一。为此,对传感器晶组的关键制备工艺通过大量的实验进行研究分析,在清洗方面,选择合适的清洗设备、清洗溶剂、清洗方法对压电材料以及传感器制作过程中关键零件与设备进行去污处理,以保证清洁度;干燥方面,尤其是对压电材料的干燥时间、干燥温度、干燥方法等对晶体性能都有影响;检测技术包括绝缘阻抗值和晶轴的判别,检测绝缘阻抗值大于1013Ω,才能保证电荷稳定输出,无电荷泄漏现象,并采用正交实验方法分析出最佳的清洗、干燥方法,晶轴判别分析出晶轴与电极面之间的关系。最后,对压电式多维力传感器晶组的研制,设计了固定装置以及压片机辅助晶组制作,研制单元晶组与组合晶组,设计制作工艺与流程,并对研制的晶组序列进行性能标定实验,确定晶组的线性度、灵敏度、横向干扰、重复性误差指标。由实验结果分析,晶组输入与输出都具有良好的线性度较好,灵敏度较高等特性,验证晶组关键制造技术的正确性。
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【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212

【参考文献】

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本文编号：2459943