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>> 华泰证券-机械设备行业专题研究:人形机器人需要怎样的大模型?-231204
上传日期:   2023/12/5 大小:   3662KB
格式:   pdf  共23页 来源:   华泰证券
评级:   增持 作者:   倪正洋
行业名称:   机械
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应变片为应变式力传感器核心部件,可分为金属和半导体两类
  常见的扭矩和六维力传感器多为电阻应变式原理,其通常由弹性体和应变片构成。应变片在受到弹性体传递的外力作用时产生形变导致电阻变化,最终传感器通过校准和线性化将电信号转换为实际扭矩值。作为核心零部件的应变片可分为金属式和半导体式两类。金属式可分为丝式、箔式和金属膜式,原理是基于应变效应下金属电阻值的变化。半导体式可分为薄膜式、扩散式和外延式,原理是基于压阻效应下半导体材料电阻率的变化。半导体应变片的精度、灵敏度高于金属应变片,MEMS工艺下半导体应变片可实现高精度和低成本并存。
  应变式力传感器最为常见,MEMS助力半导体应变片实现高精度低成本
  力传感器中电阻应变式最为常见。应变式扭矩传感器和六维力传感器主要由弹性体和应变片构成。弹性体通常是一个柔性金属组件(如弹性杆),连接在输入轴和输出轴之间,应变片则固定在弹性体上。当外力施加到输入轴上时,弹性体发生形变,应变片随之形变,电阻值发生变化。最终通过校准和线性化,可以将传感器输出的电信号转换为实际的扭矩值。应变片可分为金属式和半导体式两类,半导体应变片的精度、灵敏度高于金属应变片,并且采用MEMS工艺制造的半导体应变片可实现高精度和低成本,但其本身存在温度稳定性差、大应力下非线性误差大、机械强度低等缺点。
  金属应变片:可分为丝式/箔式/膜式,原理基于应变效应下的电阻变化
  金属应变片基于金属应变效应测量受力,应变效应指材料在受到外力时发生形变,对应的电阻发生变化的情况。为了测量应变力,金属会被绕成栅状(敏感栅),因此可分为丝式、箔式和金属膜式应变片。金属丝式用0.01-0.05mm的金属丝做敏感栅,优点是价格便宜,缺点是蠕变较大,金属丝易脱落;金属箔式是利用照相制版或光刻技术,将厚约为0.003-0.01mm的金属箔片制成敏感栅,优点是接触面积大散热好,蠕变小,目前被广泛使用;金属薄膜式采用真空蒸发或真空沉积等方法,在绝缘基底上形成厚度在0.1μm以下的金属电阻薄膜,优点是灵敏度高,电流密度大,工作温度范围广。
  半导体应变片:可分为薄膜/扩散/外延式,原理基于压阻下的电阻率变化
  半导体应变片利用压阻效应测量受力,压阻效应指的是材料在外力作用下电阻率产生变化,导致电阻发生变化的情况。半导体应变片可分为薄膜式、扩散式和外延式。薄膜式将半导体材料沉积在带有绝缘层的试件上或蓝宝石上,通过改变沉积时衬底温度来控制沉积层电阻率,优点是能制造出各种温度自补偿薄膜应变片;扩散式将P型杂质扩散到高电阻N型硅基底上,形成一层极薄的P型导电层,优点是稳定性好,机械滞后和蠕变小,电阻温度系数小,缺点是由于存在P-N结,高温时绝缘电阻大大下降;外延式在多晶硅或蓝宝石的衬底上外延一层单晶硅,优点是工作温度可达300℃以上。
  风险提示:力传感器技术变更、半导体应变片降本不及预期、半导体应变片量产不及预期。
  
 
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