Odziv piezouporovnega senzorja s tiskanino in brez nje

Primerjavo odziva piezouporovnega senzorja in prve verzije integrirane oblike smo iz-vedli na polnem kvadratnem profilu; nanj smo prilepili dva integrirana piezouporovna senzorja na tiskanini in dva samostojna piezouporovna senzorja. Vsaka izmed oblik je bila prilepljena na eno izmed dveh nasprotnih stranic. V nadaljevanju bo zaradi veˇcje preglednosti prva verzija integrirane oblika piezouporovnega senzorja poimeno-vana zgolj kot integriran senzor 1. Osrednji cilj tega eksperimenta je bil preveriti enostavnost montaˇze integriranih senzorjev, obenem pa tudi primerjati njihov odziv s samostojnimi piezouporovnimi elementi. Na eni strani profila smo za piezouporovni senzor in integriran senzor 1 uporabili lepilo LOCTITE SG496; na drugi strani profila smo uporabili lepilo UHU ENDFEST 300. Dodatno smo s tem smo ˇzeleli ovredno-titi tudi vpliv lepila na konˇcno meritev. Slika 3.24 prikazuje tiskanino in samostojen piezouporovni element, ki sta na nosilec pritrjena z lepilom LOCTITE.

Slika 3.24: Pritrjena integrirani senzor 1 in samostojni piezouporovni senzor.

Izvedba eksperimenta je bila enaka tisti, ˇze opisani v poglavju 3.1. Izvedba ekspe-rimenta je prikazana na sliki 3.25. Obremenjevanje smo prav tako izvajali v obeh smereh.

Slika 3.25: Prikaz testiranja vpliva lepila in razmerja med piezouporovnim senzorjem in integriranim senzorjem 1.

Metodologija raziskave

Zanimal nas je predvsem odziv posameznega senzorja, ki je ob obremenjevanju prikazan na sliki 3.26. Iz njega smo dobili nekaj zelo pomembnih informacij o senzorjih. V ˇcasu od 2,5 do 7,5 s je na grafu opazen zelo oˇciten prehodni pojav, ki je posledica postavitve obremenitve na nosilec. Odziva za tiskanini sta bila zelo podobna in tudi znatno manjˇsa od klasiˇcno prilepljenih piezouporov. Veˇcja razlika je vidna pri neposrednem lepljenju piezouporov z razliˇcnima lepiloma. Pri uporabi lepila LOCTITE je bil odziv znatno veˇcji od elementa, ki je prilepljen z lepilom UHU. Obenem je bilo pri slednjem opazno lezenje signala v ˇcasu. To je oznaˇcevalo problem samega lepljenja. V prejˇsnjih aplikacijah in testih se je to lepilo namreˇc izkazalo za ustrezno. S tem eksperimentom je bilo lepljenje ˇse bolj izpostavljeno kot kljuˇcni tehnoloˇski korak z izredno moˇcnim vplivom na konˇcni merilni rezultat. Lezenje signala je bilo opazno tudi v primeru obeh integriranih senzorjev 1. LOCTITE - integriran senzor 1 UHU - integriran senzor 1

Slika 3.26: Graf odziva senzorja na tiskanini in samostojnega piezouporovnega senzorja, ki sta pritrjena z razliˇcnima lepiloma.

Lezenje je zelo oˇcitno vidno tudi pri razbremenjevanju, ki je prikazano na grafu 3.27.

Oba grafa prikaˇzeta pojav, ki smo ga opisali za primer merilnih listiˇcev v teoretiˇcnih izhodiˇsˇcih 2.4.2.3. Po obremenitvi pride do relaksacije, kar pomeni, da se izmerjena vrednost piezouporovnega elementa spreminja, kljub temu da ostaja deformacija kon-strukcije enaka. Pri merilnem listiˇcu pride do tega pojava zaradi relaksacije podlage in spoja. V primeru piezouporovnega elementa na tiskanini je teh vzrokov lahko veˇc.

Senzor na konstrukcijo povezuje razmeroma debela plast lepila (minimalno 70 µm).

Tiskanina je tako na element kot tudi na konstrukcijo prilepljena. V tem primeru je prisotna dvojna plast lepila, ki prenaˇsa deformacijo gredi na sam senzor. Kljub temu da tisti del predstavlja zgolj osnovni material (silicij), se zaradi tega stika ustvari nape-tostno stanje, ki ima vpliv na spremembo upornosti posameznih piezouporov na zgornji

Metodologija raziskave strani senzorja. Zaradi tega smo imeli znatno izrazitejˇsi pojav lezenja kot pri klasiˇcnih merilnih listiˇcih; tam namreˇc nismo imeli prisotne dvojne plasti lepila, obenem pa je bila pri njih debelina spoja in podlage manjˇsa. Vsi ti elementi integrirane oblike 1 so ob obremenitvi prenesli deformacijo na element, kar je povzroˇcilo dvig izhodnega signala. Posamezni elementi so se preko lepila zaˇceli relaksirati in poslediˇcno je izhodni signal senzorja zaˇcel upadati. LOCTITE - integriran senzor 1 UHU - integriran senzor 1

Slika 3.27: Graf razbremenjevanja pri testu primerjave lepil in doloˇcanju odziva piezouporovnega senzorja s tiskanino in brez nje.

Kljub prisotnosti lezenja smo se v sklopu tega eksperimenta vseeno odloˇcili izvesti okvirno primerjavo med odzivom integriranega in samostojnega senzorja. Glede na trend lezenja smo kot najbolj primerna za primerjavo izbrali integriran in piezouporovni senzor, ki sta bila pritrjena z lepilom LOCTITE. S tem smo tudi zagotovili enake pogoje obeh senzorjev. Izvedli smo obremenjevanje in zajeli povpreˇcni signal po 5 s in po 60 s. Povpreˇcje signala je bilo izraˇcunano iz zajema podatkov, ki je trajal 5 s. Za sourno in protiurno smer apliciranega momenta smo izvedli 3 meritve. Razmerjesamostojni senzor : integriran senzor 1je bilo v primeru meritve po 5 s enako:

– 5:1 za sourno smer obremenjevanja – 7:1 za protiurno smer

Odziv integriranega senzorja 1 je torej znatno niˇzji od tistega pri piezouporovnem sen-zorju. Tiskanina in zalivka povzroˇcita, da se deformacija gredi v manjˇsi meri prenese na piezouporovni element. Opazno je bilo tudi precejˇsnje razlikovanje med smerjo obreme-njevanja. Vizualni pregled je pokazal, da je postavitev senzorjev odstopala od kota 45°. Medtem ko se je signal pri piezouporu za protiurno smer obremenjevanja dvignil, je na drugi strani pri tiskanini upadel. Slika 3.28 prikazuje poˇsevno pritrditev senzorjev.

Metodologija raziskave

Razlika v povpreˇcnem signalu od smeri obremenjevanja je bila v primeru piezoupora enaka 15%, medtem ko je v primeru tiskanine znaˇsala 8 %. Piezouporovni senzor je zaradi svoje majhnosti in teˇzavnosti lepljenja bolj odstopal od kota 45°. Izpostavimo lahko tudi to, da je bilo lepljenje integriranega senzorja 1 enostavnejˇse. Obenem smo pri tem eksperimentu tudi prviˇc pritrjevali tiskanine. V naslednjih eksperimentih smo naˇcin pritrjevanja izboljˇsali in tako dosegli tudi manjˇsi pogreˇsek, ki nastane zaradi pritrjevanja.

>45°

>0°

Slika 3.28: Prikaz poˇsevne pritrditve piezouporovnega senzorja in integriranega senzorja 1.

Meritev 60 s po obremenitvi, torej 50 s po prvi meritvi, je doloˇcila razmerji 7 : 1 za sourno in 8 : 1 za protiurno smer. Uˇcinek lezenja je bil torej zelo vpliven predvsem za integriran senzor 1 in je ustvaril precejˇsnjo razliko v meritvi. Glede na zaˇcetni odziv senzorja je padec signala v 50 s predstavljal kar 25% zaˇcetnega signala za sourno smer obremenjevanja in 20% za protiurno smer. Ta rezultat je pokazal, da pritrditev tiskanine na spodnjo stran piezouporovnega senzorja ni najbolj primerna za meritve, saj je uˇcinek lezenja signala zelo znaˇcilen.

Opisani eksperiment je izpostavil pomembnost lepljenja in pozicioniranja senzorja, ki ima lahko moˇcan vpliv na konˇcne meritve pri uporabi. Rezultati so nakazovali, da je lepljenje pri integriranem senzorju 1 zahtevnejˇse in mu je treba posvetiti veˇcjo pozor-nost. Dvojna plast lepila in tiskanina sta povzroˇcili lezenje, ki se je odraˇzalo v padanju signala po obremenitvi. V tem eksperimentu nismo dobili jasnega odgovora, kako iz-bira lepila vpliva na konˇcni odziv. Za tem smo izvedli ˇse zelo podoben eksperiment, pri katerem smo vnoviˇc primerjali lepljenje z obema lepiloma. Razlik pri odzivu nismo zaznali; lepilo torej ni imelo velikega vpliva na konˇcni odziv senzorjev. Potrdili smo ugotovitev, da imajo postopek lepljenja, debelina lepljenega spoja in sama struktura senzorja znaten vpliv na konˇcni odziv senzorja in lezenje signala.