一种面向轮轨力测试的柔性电子装置及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111439290A(43)申请公布日2020.07.24(21)申请号202010001518.2(22)申请日2020.01.02(71)申请人华东交通大学地址330013江西省南昌市双港东大街808号申请人程宵(72)发明人董文涛黄永安刘林芽王晓明姚道金(51)Int.Cl.B61K9/12(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种面向轮轨力测试的柔性电子装置及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种轮轨力在线监测的柔性多功能电子装置，涉及轨道交通轮轨关系与柔性电子领域，包括温度感知、动态应变感知和压电振动感知功能模块，均集成到同一柔性基板上，安装在车轮辐板曲面上，与之保持共形接触，利用辐板动态应变和振动信息计算轮轨之间的作用力，实现了高速列车轮轨接触状态（温度、动态应变和振动信息）的实时监测，发明了微机电加工和激光剥离技术制备一种柔性多功能电子装置，为柔性电子技术在轮轨关系中的监测应用提供技术保障。CN111439290ACN111439290A权利要求书1/1页1.一种面向轮轨力在线监测的柔性多功能电子装置，其特征在于，包括温度感知、动态应变感知和压电振动感知功能模块，所有功能模块均集成到同一柔性基板上，其安装在车轮辐板的曲面结构上，良好的柔性性能保证柔性多功能电子装置与车轮辐板的曲面结构保持共形接触，实现了对高速列车轮轨接触状态关系（温度、动态应变和振动信息）的实时监测，保障高速列车与轨道的结构健康监测与安全行驶。2.根据权利要求1所述的一种面向轮轨力在线监测的柔性多功能电子装置制备方法，其特征在于，在无机多晶硅基衬底上制备一层牺牲层材料，通过微机电系统加工技术完成柔性多功能电子装置（温度，应变计和压电）的薄膜沉积、图案化、引线、封装工艺操作，通过调节激光剥离技术的工艺参数，实现柔性多功能电子装置从硅基衬底上成功剥离，完成面向轮轨关系监测的柔性多功能电子装置的制备工作，保证其与轮轨辐板曲面结构保持共形接触，解决刚性无机功能材料与柔性衬底之间的工艺集成，突破复杂曲面体结构健康监测难题，柔性多功能电子装置的主要工艺步骤如下：（1）准备多晶硅衬底，通过标准晶圆清洗工艺完成晶圆的清洗工作；（2）旋涂制备牺牲层薄膜，通过加热固化聚合物薄膜；（3）薄膜沉积制备金属应变计与温度薄膜；（4）在金属表面旋涂光刻胶，通过掩膜版光刻曝光，结合湿法刻蚀工艺完成金属应变、温度薄膜、压电薄膜底层电极的图案化；（5）利用正胶反转工艺制备压电陶瓷薄膜PZT的模具，通过磁控溅射压电陶瓷薄膜PZT，利用去胶工艺完成压电陶瓷薄膜PZT的图案化工作；（6）溅射压电陶瓷薄膜PZT的顶电极，然后通过光刻曝光，完成压电陶瓷薄膜PZT的顶电极的图案化；（7）溅射金属引线薄膜，利用光刻曝光与湿法刻蚀工艺完成金属引线的图案化，将压电、应变和热敏等功能单元的电信号引出来；（8）通过有机聚合物实现柔性多功能电子装置的封装；（9）调节激光剥离的工艺参数，实现柔性多功能电子装置从多晶硅基上分离；（10）将成功剥离的柔性多功能电子装置转印到柔性衬底上，完成柔性多功能电子装置的制备。3.根据权利要求1所述的一种面向轮轨力在线监测的柔性多功能电子装置，其特征在于，柔性多功能电子装置具有超薄超轻属性，与车轮辐板曲面保持共形接触，不影响列车运行的动态性能，提高了采集信号的精度和稳定性。4.根据权利要求1和2所述的一种面向轮轨力在线监测的柔性多功能电子装置，其特征在于，柔性多功能电子装置贴合在车轮辐板曲面表面，实时采集轮轨作用过程中的振动、动态应变和温度信号，实现了高速列车车轮的在线结构健康监测。5.根据权利要求1到4所述的一种面向轮轨力在线监测的柔性多功能电子装置，其特征在于，嵌入到轨道交通车辆车轮中，提供了一种在线采集与测量轮轨作用力的传感装置。2CN111439290A说明书1/5页一种面向轮轨力测试的柔性电子装置及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及轨道交通轮轨关系与柔性电子领域，特别涉及一种面向轮轨力测试的柔性电子装置及其制备方法。背景技术[0002]轮轨关系很大程度上决定了高速列车行驶的舒适性、安全性和环境友好性，轨道的不平顺特性和车辆自身的周期性振动都直接体现到轮轨作用中，造成轮轨之间的作用也是动态变化的，因此，轮轨作用状态监测一直是列车运行中的重要课题，轮轨的结构健康监测技术具有广阔的应用前景，特别是在线健康监测技术，为高速列车的安全可靠行驶提供技术保障。[0003]目前，轮轨作用关系的检测技术主要分为车载监测和道旁监测，华东交通大学雷晓燕等深入探索了基于道旁监测的轮轨关系监测，传感器安装在轨道结构上，通过对轨道结构响应的测试来识别和评估车轮的结构健康状态。车载测