钛合金基底NiCr薄膜测力传感器的设计制作与检测.doc

钛合金基底NiCr薄膜测力传感器的设计制作与检测 主题Z业机器人_lndustrial HobOt。 钛合金基底NiCr薄膜测力传感器的设计制作与检测米安春华武文革成云平杜晓军(中北大学，山西太原030051)摘要为了获得性能优良的切削力测量传感器，设计了两种结构的切削力测量用镍铬合金薄膜传感器。 采用相同工艺分别制作了Ti6AI4V和45钢材料的基片，并对比分析了基片的表面质量。 优选出钛合金作为基底，在其上制备了所设计的两种结构的薄膜传感器样品，测量了传感器敏感栅尺寸、薄膜电阻率、电阻栅薄膜厚度、传感器电阻值，分析了传感器电阻值的影响因素。 关键词设计；制作；基底；电阻栅结构；测量TH7；TI)212A NiCrthin filmpressure sensorfor measuringforce ofTitanium baseAN Chunhua，WU Wenge，CHENG Yunping，DU Xiaojun(North Universityof China，Taiyuan030051，CHN)AbstractIn orderto obtaingood performance sensorsfor measuringcutting forces，two kinds of nickelchro-mium thin f ilmalloy sensorsis designedTi6A14V and45steel substratesare producedusing thesame technologyand thesur facequality areanalyzed parativelyPreferably choosethe titaniumalloy asthe substrate，on whichthe twokindsofthinf ilmsensor sampleare preparedand thesize of the sensorsensitive gateare measured，the film resistivity，the thicknessof thethinfilm resistorgrid，and theresistance valueofthe sensor aremeasured，analyze thecauses affectingthesensorresistance valueKeywordsdesign；manufacture；base；resistive gatestructure；measure切削力作为刀具寿命、工件加工质量的直接影响因素，其测量与控制对现代制造技术的发展有着极其深远的影响。 近年来薄膜技术的发展为薄膜传感器的产生奠定了基础。 金属薄膜传感器具有良好的高温化学稳定性、较高的熔点、灵敏度高、机械滞后小、温度系数小、成本低等优点。 传感器必须由对外界变化敏感的材料来制成-2J，虽然纯金属、合金、半导体都能作为敏感材料，但是合金比纯金属有明显的优势，镍铬合金是1种具有高电阻率、高灵敏度系数、低应变系数、低电阻温度系数且长期稳定的合金J。 本文利用压阻效应设计了2种镍铬合金电阻栅的薄膜测力传感器，基底材料分别采用45钢和钛合金，并对2种材料制备的基片的表面粗糙度进行了对比研究。 优选出钛合金基底制作了2种传感器样品，并对样品进行了电阻栅结构尺寸、电阻率、电阻值的测量。 山西省回国留学人员科研资助项目(xx086)1传感器阻栅的设计传感器通过电阻栅的形变将外力转变成电信号输出，且电阻应变片的种类众多、图形各异，可以根据需要制作成多种形状结构，故电阻栅的结构设计也是非常重要的。 本文通过理论计算和敏感栅材料镍铬合金(Ni80Cr20)的性能，设计了2种电阻栅结构。 方案一传感器单元结构如图1所示，电阻栅、导线及电路均采用离子束溅射，材料均为NiSOCr20。 此方案优点是引出导线少，缺点是与其他方案相比同等阻值占用空间大，需要二次光刻，成本较高。 方案二电阻栅结构如图2所示，电阻栅及电极采用离子束溅射，电阻和电极材料均为Ni80Cr20。 此