Датчик деформаций Советский патент 1977 года по МПК G01B7/16 

(54) ДАТЧИК ДЕФОРМАЦИЙ

.1: Изобретение относится к измерительно, технике и может быть использовано для измерений неоднородных деформаций в раа-; .личных изделиях..... Для измерения деформации, например, по профилю деформируемого изделия обычно на последнем закрепляют несколько тензо-t датчиков, расположив их на заданном раостоянии друг от друга l. К недостаткам измерений деформаций при по мощи отдельных тепзодатчиков следует отнести мадую точность измерений, особенно в случае резко неоднородной деформации, что обусловлено низкой разрешающей способ|ностью по координате. Разрешающая способ ность по координате ограничена сравнительно большими размерами |тензодатчикоБ (примерно 2 мм). Известен датчик деформаций, содержащий тензочувствительные элементы, выпол- ненные в виде металлических сеток и расположенные на заданном расстоянии Друг от друга на поверхности бумажной или пластмассовой подлол 1ки 2, Недостатком этого датчика является невысокая тошшсть измерения профиля деформаций, т, е, невысокая разрешающая способность по координате в заданном направ лении, поскольку.датчик обладает чувствйтедьностъю к поперечной деформации, обусловленной расположением тензочувствитель ных элементов на поверхности подложки, а таклш за счет больших размеров тензочуест, витальных элементов. Увеличение разрешающей способности по координате в известном датчике гСа счет уменьшения размеров тензочувствительных элементов приводит к пропорциональному уменьшению уровня мощности выходного сигнала.Снижение выходного сигнала, Ъ свою очередь, влечет за собой возрастание погрешности ила серьезное усложнение регистрирующей аппаратуры. Известен датчик давления, содержащий тёнзочувствительные элементы в виде р-п переходов, сформированных в полупроводни ковой пластине 3jo При :неоднородной деформации р-ппере-. ходы изменяют свои параметры на разную величину пропорционально величине дефор мшши в мостах рйсположения р-п переходов По изменению параметров р-и переходов можно определить деформацию в местах их расположения и, следовательно, профиль распределения деформации вдоль линии расположения переходов, Однако при деформациях пластина может подвергаться изгибу и на изменение параметров р-м Переходов будет влиять поперечная деформация пластины (изделия, детали, с которыми скреплена пластина). Это приводит к снижению точности определения профиля продольной составляющей деформации. Цель изобретения - повышение точности измерения деформаций по профилю деформируемого изделия. Это достигается тем, что рч.м переходы сформированы на одной из боковых граней пластины. Кроме того, расположение тензочувств тельных элементов на боковой грани пластины значительно упрощает процесс npi клеивания пластины к исследуемой детали. На фиг. 1 - датчик деформаций; на фиг. 2схематическое изображение воздействия поперечной деформации на один из тензочувствительных элементов. Датчик деформаций содержит полупроводниковую пластину 1, тензочувствительгные элементы 2, омический контакт 3, электровыводы 4, 5. Для измерения деформации пластина 1 ориентируется в заданном направлении и приклеивается к исследуемой детали. Электровыводы 4, 5 подсоединяются к измерительной аппаратуре. Деталь подвергается действию механических сил, деформация по верхности детали передается полупроводниковой пластине 1, Деформация пластины в области расположения отдельного тензочувс вительного элемента вызывает пропорциональное изменение протекающего через нег тока. Эти изменения регистрируются измер тельной аппаратурой (на чертеже не показа на). По величине изменения токов определяется профиль деформации вдоль боковой грани пластины 1, Наличие поперечной деформации приводит к изгибу пластины 1, Одна из поверхностей будет испытывать деформацию растяжения, Другая - деформацию сжатия. Поскольку те}1зочувствительный элемент расположен на боковой гр)аии, то половина его площади бу дет подвержена деформации сжатия 6, половина - деформации растяжения 7,. За счет этого будет происходить самокомпенсация изменений параметров тензочувствительных элементов и устраняться их чувствительность к поперечной деформации. Следовательно, повышается точность определения продольного профиля деформаций. В качестве тензочувствительных элементов могут быть использованы не тол1 ко р-и переходы, но и другие выпрямляющие полупроводниковые переходы - барьерьг Шоттки, гетеропереходы, многослойные структуры. Коэффициент тензочувствительности выпрямляющих структур, как правило, на порядок выше, чем у полупроводниковых тензорезисторов. Расстояние между такими тбн;.1эчувствительнымы элементами и их paav.Gfbi с высокой степенью точности за- дают-:я методами фотолитографии, а расположение их на боковой грани устраняет поперечных деформаций. Все это обеспечивает точное измерение профиля деформаций на поверхности детали и существенно лучшие параметры датчика профиля деформа|ций по сравнению с известными. Формула изобретения Датчик деформаций, содержащий полупроводниковую пластину с тензочувствител ны ми. элемента ми в виде р-ц переходов, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения деформаций по профилю деформируемого, изделия, р- 4L переходы сформированы на одной из боковых граней пластины. Источники информации, принятые во вни- мание при экспертизе: 1, Клоков Н, П, и др. Тензодатчики для экспериментальных исследований , М,, Машиностроение, 1972. 2,Патент Великобритании № 1088872, кл, G 1 W ( G OIT ), 1965. 3,Акцептованная заявка Великобритании № 1285634, кл. HI К, 1972.