《封閉球型殼體狹縫間作用力監測方法研究》是依託電子科技大學,由丁傑雄擔任醒目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：封閉球型殼體狹縫間作用力監測方法研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：丁傑雄
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對明確目標課題－ 26．封閉球型殼體狹縫間作用力監測方法研究，探索一種無線監測狹縫間局部彈性介質上作用力的技術，同時實現球體溫度和球殼端面間距的非接觸測量，採用便於微型化的聲表面波（SAW）器件作為收發器，通過電磁波孔縫耦合建立阻抗型無線感測通道，利用阻抗型敏感元件實現無線感測，採用箔型壓阻式力敏元件、熱阻式溫敏元件完成球殼狹縫間的無線檢測任務，同時採用數字攝影和圖形處理方法實現縫隙間距的非接觸檢測，據此建立系統結構模型並進行參數最佳化設計，製作無線檢測介質作用力、球體溫度和球殼端面間距的實驗裝置，搭建金屬和非金屬球殼狹縫原型實驗系統進行試驗研究，驗證方案的可行性，檢驗量程和測量精度，形成一套適應球殼狹縫環境無線監測的可行方法，為開發與課題類似的極端環境下的實用無線監測系統提供技術依據，所採用的基於SAW的阻抗型無線感測技術，為解決狹窄空間極端環境下的無線檢測問題提供了新思路。
結題摘要
針對金屬球殼狹縫間的作用力測量問題，首先進行了球殼狹縫間局部彈性介質受力情況的仿真，得出了被測作用力的大小、分布及非線性特點。接著研究了基於SAW器件的金屬封閉球殼狹縫間作用力測量方案，確定採用以直接型SAW單端諧振器為核心力敏感元件，利用無線射頻天線傳輸和獲取信號的作用力測量系統。以中心頻率為基準，作用力的大小將反映在反射信號的頻率偏移之中，從而實現無源無線作用力測量。 在作用力測量系統的感測器端，以諧振器的頻率域模型仿真結果為依據，設計了單端諧振器的各項尺寸參數，其中諧振器的理論中心頻率為1GHz，叉指換能器與反射柵的指條寬度為0.79um。此外，還研究了以MEMS工藝為基礎的器件加工工藝，在保證器件性能的基礎上儘可能減小器件尺寸，分析了各工藝環節對器件性能的影響情況。受狹縫空間限制，採用了以柔性薄膜材料作為支撐基底的封裝方式來組成周邊固支圓膜片的力敏結構，既減小了感測器的厚度，又緩解了作用力分布不均勻情況。與此同時，研究了狹縫間的信號傳輸問題。將柔性微帶線與感測器端進行鍵合，通過印刷偶極子天線實現信號的發射與接收。微帶線的製作採用PCB柔性電路板工藝，厚度可達到120um，滿足狹縫空間要求。 加工完成的諧振器裸晶片進行了測試，其諧振點在990MHz左右，Q值偏小，誤差受工藝影響較大。而天線的諧振頻率可以保證在1GHz，但是其傳輸性能相對於仿真結果而言效果欠佳。作用力監測系統的最終測試未能進行，主要是由於諧振器件的加工誤差、器件與傳輸線的匹配以及整體封裝工藝限制等。除此之外，提出了一種應變式作用力測量方案。其力敏結構是利用帶孔支撐基底將應變片的敏感柵部分懸空，垂直方向作用力導致敏感柵的彎曲。應變信號通過柔性傳輸線連線於信號發射電路之中，外圍信號接收電路接收到信號之後顯示出作用力的值，實現作用力無線監測。經過反覆測試，這種測量方案的平均誤差可以達到±0.98%FSO（Full-Scale Output），可以滿足誤差在5%以內的要求。 通過對利用SAW進行無源無線作用力測量方法的探索和研究，已經形成並逐步完善了基本的測量方法框架，測量系統的各個環節均已得到了理論方面的詳細論證，可以為進一步的製作封裝工藝研究提供可靠的理論保證。並且，應變式測量方案的探索也可以為用傳統的低頻電路方式解決極端環境下物理量測量問題提供一定的參考。
