壓電式多維力傳感器晶組設(shè)計(jì)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(guó)家尖端制造業(yè)發(fā)展水平和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要體現(xiàn)。隨著“十三五規(guī)劃”和“中國(guó)制造2025”提出加速國(guó)內(nèi)制造業(yè)朝著高端、智能化趨勢(shì)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)制造裝備空間實(shí)時(shí)力反饋與力順應(yīng)控制，需要對(duì)制造裝備進(jìn)行精確、高效的多維空間力測(cè)量，促使多維力傳感器成為制造裝備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本課題在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)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(hào)512051

2、65）和山東省自然科學(xué)基金聯(lián)合專項(xiàng)“壓電式重載六維力傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)ZR2015EL031）的資助下，對(duì)壓電式多維力傳感器關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先，論文基于石英晶體壓電效應(yīng)理論，對(duì)壓電式多維力傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括傳感器空間布局設(shè)計(jì)，根據(jù)力敏元件測(cè)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(duì)設(shè)計(jì)相應(yīng)石英晶組序列，通過(guò)workbench

3、軟件對(duì)晶組形狀進(jìn)行仿真，確定晶組形狀，依照經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)壓電元件尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　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(jì)與制造核心關(guān)鍵技術(shù)之一。為此，對(duì)傳感器晶組的關(guān)鍵制備工藝通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)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(duì)壓電材料以及傳感器制作過(guò)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(duì)壓電材料的干燥時(shí)間、干燥溫度、干燥方法等對(duì)晶體性能都有影響;檢測(cè)技

4、術(shù)包括絕緣阻抗值和晶軸的判別，檢測(cè)絕緣阻抗值大于1013Ω，才能保證電荷穩(wěn)定輸出，無(wú)電荷泄漏現(xiàn)象，并采用正交實(shí)驗(yàn)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(duì)壓電式多維力傳感器晶組的研制，設(shè)計(jì)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(jì)制作工藝與流程，并對(duì)研制的晶組序列進(jìn)行性能標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，晶組輸入與輸出都具有良