AlN壓電薄膜超聲膜厚測量傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在工業(yè)生產(chǎn)中，大部分機械零部件都是依靠潤滑油來降低相對運動表面的摩擦和磨損，合理的油膜厚度是決定機械設(shè)備正常工作的一個關(guān)鍵因素。因此，實時檢測關(guān)鍵部件的油膜厚度，可以在機械零件失效前發(fā)出預(yù)警，從而保障機器正常運行。相較于其他的油膜厚度測量方法，超聲波測量法對介質(zhì)的透明度和電隔離性質(zhì)沒有限制，且超聲波具有穿透力強、頻率高等特點，因此具有更為廣泛的應(yīng)用前景。本文對三層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的超聲測厚系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，包括了AlN壓電薄膜傳感器的制

2、備、超聲波發(fā)射和接收硬件電路的理論研究及設(shè)計制作。
　　(1)基于聲波傳播理論，研究了在兩層介質(zhì)中，聲波的傳播特性及其反射系數(shù)；在兩層介質(zhì)傳播的基礎(chǔ)之上，研究了三層介質(zhì)結(jié)構(gòu)中，針對不同油膜厚度的測量模型：諧振模型和彈簧模型，即通過潤滑油膜的特性阻抗和諧振頻率來測量其厚度。
　　(2)通過對氮化鋁薄膜制備方法的比較，選擇采用反應(yīng)磁控濺射法在不銹鋼上制備具有C軸取向的氮化鋁壓電薄膜。對氮化鋁壓電薄膜的制備過程進行設(shè)計，并探究了影

3、響薄膜取向性的因素，如：濺射功率、氮氣流量比、中間層等。通過原子力顯微鏡（AFM）來表征薄膜表面形貌，X射線衍射儀（XRD）來表征薄膜的生長取向，最終分別在不銹鋼和Si基底表面成功制備出（002）取向的AlN薄膜。
　　(3)設(shè)計并制作了中心頻率為2.5MHz的基于STC12C5412AD的超聲波發(fā)射和接收電路，超聲波發(fā)射電路包括脈沖發(fā)生電路、放大電路、場效應(yīng)管驅(qū)動電路和超聲波激勵電路；接收電路包括限幅電路和放大電路。理論探討了高