壓電式多維力傳感器晶組設(shè)計與制作關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、重載操作機(jī)、大型碾環(huán)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)等巨型高端制造裝備是制造產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)裝備，國家尖端制造業(yè)發(fā)展水平和國民經(jīng)濟(jì)的重要體現(xiàn)。隨著“十三五規(guī)劃”和“中國制造2025”提出加速國內(nèi)制造業(yè)朝著高端、智能化趨勢發(fā)展，為實現(xiàn)制造裝備空間實時力反饋與力順應(yīng)控制，需要對制造裝備進(jìn)行精確、高效的多維空間力測量，促使多維力傳感器成為制造裝備設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本課題在國家自然科學(xué)基金項目“基于并聯(lián)分載原理的壓電式六維大力傳感器研究”（編號512051

2、65）和山東省自然科學(xué)基金聯(lián)合專項“壓電式重載六維力傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及其測試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號ZR2015EL031）的資助下，對壓電式多維力傳感器關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，具體研究內(nèi)容如下:
　　首先，論文基于石英晶體壓電效應(yīng)理論，對壓電式多維力傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計包括傳感器空間布局設(shè)計，根據(jù)力敏元件測量原理建立壓電式多維力傳感器空間受力模型，推導(dǎo)出壓電式多維力傳感器輸出數(shù)學(xué)表達(dá)式，并對設(shè)計相應(yīng)石英晶組序列，通過workbench

3、軟件對晶組形狀進(jìn)行仿真，確定晶組形狀，依照經(jīng)驗公式對壓電元件尺寸進(jìn)行設(shè)計。
　　其次，晶組是壓電式多維力傳感器的核心元件，是壓電多維力傳感器設(shè)計與制造核心關(guān)鍵技術(shù)之一。為此，對傳感器晶組的關(guān)鍵制備工藝通過大量的實驗進(jìn)行研究分析，在清洗方面，選擇合適的清洗設(shè)備、清洗溶劑、清洗方法對壓電材料以及傳感器制作過程中關(guān)鍵零件與設(shè)備進(jìn)行去污處理，以保證清潔度;干燥方面，尤其是對壓電材料的干燥時間、干燥溫度、干燥方法等對晶體性能都有影響;檢測技

4、術(shù)包括絕緣阻抗值和晶軸的判別，檢測絕緣阻抗值大于1013Ω，才能保證電荷穩(wěn)定輸出，無電荷泄漏現(xiàn)象，并采用正交實驗方法分析出最佳的清洗、干燥方法，晶軸判別分析出晶軸與電極面之間的關(guān)系。
　　最后，對壓電式多維力傳感器晶組的研制，設(shè)計了固定裝置以及壓片機(jī)輔助晶組制作，研制單元晶組與組合晶組，設(shè)計制作工藝與流程，并對研制的晶組序列進(jìn)行性能標(biāo)定實驗，確定晶組的線性度、靈敏度、橫向干擾、重復(fù)性誤差指標(biāo)。由實驗結(jié)果分析，晶組輸入與輸出都具有良