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金属薄膜传感器 特集

  • 第 1 章
  • 引言
 
Thin-film strain gauge_Nidec Components
 
在此特辑中,我们将介绍我们正在重点开发的金属薄膜传感器。
通过利用我们独特的先进传感技术所产生的高性能潜力,为各个领域的创新产品的创造做出贡献。
 
 

 

 
 

应变传感器 种类

 

 

 
 
首先,我们先简单介绍一下应变传感器。
即使是刚性物体,在受力时也会发生轻微变形。应变传感器可以检测到这些难以察觉的变形(应变),使我们能够估计引起应变的物体内的应力。
应变传感器按应变传感材料主要分为电阻式箔应变传感器、半导体应变传感器和薄膜应变传感器。
(1电阻箔式应变传感器
当作为电阻元件的金属箔受到应力时,金属箔会拉伸并改变横截面积和长度,从而导致电阻值发生变化。 应变是通过提取电势变化来测量的。
(2半导体 (Si-MEMS) 应变传感器
半导体元件上的应力会表现出压阻效应,从而导致电阻发生变化。 虽然半导体应变传感器由于压阻效应而提供高灵敏度,但它们对温度等环境变化也很敏感。
(3薄膜应变传感器
在基材上形成具有压阻效应的金属薄膜,并测量因应变而产生的电阻变化。 一般来说,它具有介于电阻箔型和半导体型之间的特性。
 
薄膜应变传感器是?
 

 

 
 
应变传感器薄膜采用具有压阻效应的金属材料,并通过溅射等方法将薄膜沉积在基板上。 当基底是陶瓷等绝缘体时,应变传感器材料可以直接沉积在基底上。 然而,当基底是金属时,需要绝缘层来防止基底和传感器材料之间的电接触。

与其他应变传感器类型一样,与原始电阻值相比,由于应变引起的电阻变化很小。 为了提取这种变化,使用惠斯通电桥电路来测量与平衡点的电势差。

 
我们这次要介绍的应变传感器属于上述(3),即薄膜应变传感器。
大多数应变传感器都是将电阻箔或半导体元件粘在树脂薄膜上,或者在薄膜上形成薄膜元件。但值得瞩目的是,我们的薄膜应变传感器是安装在刚性金属芯片上。

 

 
  • 第 2 章
  • 我们的金属薄膜传感器的优势
 

 

 
 

在本节中,将介绍我们开发的金属薄膜传感器的高性能和独特特性。

追求高性能潜力和便捷性

 

 

 
 
Thin-film strain gauge cad_Nidec Components
我们的金属薄膜传感器在灵敏度和环境稳定性之间取得了平衡,为各种测量需求提供了巨大的潜力。
通过使用高灵敏度的薄膜材料作为应变传感器元件,并通过绝缘膜将该薄膜粘贴到金属基材上,可以直接检测基材中产生的应力。 通过采用这种独特的结构,不使用薄膜或粘合剂,我们实现了如下所示的优异性能。
 
1. 高灵敏度
 

 

 
 
  • 我们的薄膜材料采用规格系数是一般金属箔5至10倍的材料。 这种高应变系数使我们能够实现高S/N比,并且可以进行高灵敏度感测。
 
2. 卓越的线性度
  • 我们的应变传感器元件通过刚性绝缘层牢固地粘合到基板上,由于不存在干扰滑动因素,因此减少了滞后的发生,并准确地传输应变量。
  • 即使在线弹性区域,金属也会随着应力的增加而表现出轻微的非线性特性。我们的高灵敏度应变传感器元件,即使在金属的线性弹性范围内,也可以检测到轻微的应变,从而确保高线性度。
线性误差参考图
 
3. 低漂移
  • 传统的薄膜式应变片在应变片元件和基板之间有粘合剂或树脂材料。 随着时间的推移,环境影响可能会导致这些材料变形,从而导致漂移。 相比之下,我们的传感器直接沉积在金属基板上,避免了材料变形,使其不易受到环境和时间变化的影响,从而减少了输出漂移。
 
4. 高速响应
  • 由于直接沉积结构,传感器和基板之间的物质极少,响应的抑制因素也被最小化。 因此,变形的传输速度极快,可以快速准确地测量力和扭矩波动。
 
5. 高耐用性
  • 由于其直接成膜结构,因此具有极高的耐久性,即使经过1000万次循环耐久性测试,性能也没有变化。
 
6. 安装方便
  • 我们的薄膜应变传感器直接沉积在金属芯片上,并使用“螺钉紧固”连接技术安装在测试物体上。 这种方法可以根据所安装的设备进行灵活的结构设计,无需费时地粘附到测试物体上,从而适合大规模生产。 这种方法提供了卓越的稳定性和准确的应变测量。
 
7. 设计灵活性
  • 由于应变片图案是通过成膜工艺形成的,因此可以在应变发生的精确位置形成精细图案从而可以根据客户测试对象中发生的应变来配置薄膜应变传感器,并实现自由设计。
 

传感器芯片作为传感器模组提供

 

 

 
 
为了提供低成本、高批量生产的力/扭矩传感器,同时利用我们的金属薄膜传感器的高性能,开发并扩展了将标准传感器芯片连接到测试对象的技术。通过设计附着传感器芯片的弹性结构的最佳形状,可以以低成本制造用于从大负载到微小负载的各种用途的力和扭矩传感器。
 
基于测量负载的弹性结构形状
 
  • 我们将安装传感器芯片的结构作为传感器模组提供给客户。
  • 不单独提供传感器芯片。
 
【也可提供集成电路】
我们还提供集成电路,包括应变传感器元件的电压供应、检测到的电位差的放大、A/D 转换、校准、串行通信和其他功能。 这些标准电路可以作为集成传感器模组提供。
 
  • 标准接口为RS485。
    如需其他接口,请联系我们。
    (RS422,EtherCAT等)
  • 如需其他接口(RS422、EtherCAT 等),请联系我们。

 

 

 

 

 
 
  • 第 3 章
  • 薄膜传感器的应用场景
 

 

 
 
 

满足客户多样化功能​的需求可能性

 

 

 
 

使用我们的金属薄膜传感器,可以实现多种功能需求。例如以下:

 
  • 想测量在一个方向上施加的力/扭矩的大小,从极小的力到大吨级的负载。
  • 在多个方向上施加的力/扭矩的大小、在每个轴方向上分别测量时。
  • 根据测量的负载精确控制加压力和旋转扭矩时。
  • 检测并预测负载的变化,以识别异常或估计使用寿命。
  • 想精确测量重量。
  • 想立即检测到轻微的动作。
  • 当真实地将所施加的力量传达给人。
  • 通过调节所施加的力来控制设备。
 
 

希望分享您的要求和应用

 

 

 
 

如上所述,我们的金属薄膜传感器适用于广泛的应用。
为了向您提供最适合您的应用效能和可用性的传感器,我们建议根据您特定需求量身定制传感器。开发早期阶段的有效协作(包括关于技术和规格调整等),对于提供最适合您产品的传感器至关重要。期待着请随时与我们联系。

 
 
产品化流程示例
 

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