[發明專利]航天器泄漏定位用聲陣列傳感器

有效

• 申請號: 201610825820.3
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN107543864B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 綦磊;孫立臣;孟冬輝;孫偉;王勇;趙月帥
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的聲陣列傳感器，包括背襯、壓電陶瓷片、柔性PCB板、匹配層和外殼，一級背襯與壓電陶瓷片之間通過粘合方式設置柔性PCB板，壓電陶瓷片底部設置匹配層，一級背襯上方設置二級背襯，柔性PCB板的兩端從一級背襯與壓電陶瓷片的正極之間延伸而出，兩側的延伸部分分別設置有一定陣列的插針孔，用于對應焊接插針，柔性PCB板兩端向一級背襯側彎折，使得兩側插針均構成N/2×N/2陣列，其中N為偶數，將上述結構放置于外殼中，使其居中，并使壓電陶瓷片負極與外殼相連，將二級背襯緩慢灌裝至外殼中，使外殼高于二級背襯2mm左右，插針外露于二級背襯5mm左右，其中，將壓電陶瓷片均勻切割為N×N陣元，其中，N大于等于4。本發明外部使用金屬罩做電磁屏蔽，降低電磁干擾。

技術領域

本發明屬于航天器泄漏檢測技術領域，具體而言，本發明涉及一種航天器泄漏定位用聲發射陣列傳感器，

背景技術

隨著人類航天活動的日益頻繁，空間碎片的數量急劇增加，在軌運行的航天器受到空間碎片撞擊而發生泄漏的概率顯著增大。而航天器的正常運行、航天員的生活、工作以及生命安全都需要航天器提供一個穩定的大氣環境，這就對各密封艙段提出了高可靠的密封要求。

當泄漏發生時，泄漏氣體與孔壁摩擦會產生豐富的聲信號，利用聲傳感器分析信號特征，可以對泄漏進行定位。

NASA與美國思創公司利用一種空氣耦合的超聲傳感器進行泄漏定位，但這種傳感器帶寬只有38KHz-42KHz,況且由于空氣耦合，這種傳感器的靈敏度不高。

美國Maine大學發明一種柔性聲陣列傳感器進行泄漏定位，這種傳感器利用MEMS技術集成在一塊柔性材料上，可以方便安裝在艙體表面，其結構參見附圖1，但是這種傳感器為線陣列，無法進行360度泄漏定位。另外這種傳感器裸露在空氣中，容易受到環境因素的影響。

北京衛星環境工程研究所使用8個PAC-NANO30傳感器組合成一個L型陣列進行泄漏定位，其結構見圖2，這種傳感器帶寬很寬，為100KHz-400KHz，靈敏度也很高，但是單個傳感器尺寸較大(8mm),各個傳感器性能有差異，嚴重影響了泄漏定位精度，無法滿足航天器泄漏定位的需要。

發明內容

本發明提出一種航天器泄漏定位用聲陣列傳感器，包含8行8列共64個陣元，該陣列傳感器利用同個塊PZT切割而成，通過在航天器艙體內壁粘貼該陣列傳感器，可以實現載人航天器在軌泄漏檢測與漏孔定位，也可適用環模設備等真空容器等泄漏檢測與漏孔定位，各陣元性能幾乎完成一致，極大的提高了泄漏定位的精度。

本發明的聲陣列傳感器包括一級背襯、二級背襯、壓電陶瓷片、柔性PCB板、匹配層、外殼和插針，一級背襯與壓電陶瓷片正極之間通過粘合方式設置柔性PCB板，壓電陶瓷片負極設置匹配層，一級背襯上方設置二級背襯，柔性PCB板的兩端從一級背襯與壓電陶瓷片的正極之間延伸而出，兩側的延伸部分分別設置有一定陣列的插針孔，用于對應焊接插針，柔性PCB板兩端向一級背襯側彎折，使得兩側插針均構成N/2×N/2陣列(N為偶數)，將上述結構放置于外殼中，使其居中，并使壓電陶瓷片負極與外殼相連，將二級背襯緩慢灌裝至外殼中，使外殼高于二級背襯2mm左右，插針外露于二級背襯5mm左右；其中，將壓電陶瓷片均勻切割為N×N陣元，切割是從壓電陶瓷片正極開始，切至距離負極1-2mm處，保證負極一體連通，其中，N大于等于4。

其中，陣元中心間距2.54mm,單個陣元面積2mm×2mm。

其中，一級背襯為高分子材料，例如聚氨酯泡沫塑料，一級背襯的面積要等于或略小于PZT壓電材料層的面積。

其中，外殼為鋁殼。

進一步地，二級背襯使用環氧樹脂、橡膠粉、鎢粉混合(3-4):1：1配比的膠狀物，灌裝后凝固。

進一步地，N×N陣元中最外圈的陣元空置未使用。

進一步地，外殼開口部分粘合設置耐磨層。