[發明專利]SiCN陶瓷無線無源諧振腔式壓力傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201711376686.4
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108088590A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 余煜璽;劉熠新;余洪哿
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L1/26
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

SiCN陶瓷無線無源諧振腔式壓力傳感器及其制備方法，涉及壓力傳感器。SiCN陶瓷無線無源諧振腔式壓力傳感器設有非晶態SiCN陶瓷壓力片、非晶態SiCN陶瓷環片、非晶態SiCN陶瓷底座、貼片天線、耦合槽天線和空氣諧振腔；所述非晶態SiCN陶瓷壓力片、非晶態SiCN陶瓷底座表面和非晶態SiCN陶瓷環片內表面涂有金屬層，金屬層形成諧振腔，貼片天線設在非晶態SiCN陶瓷壓力片頂部，耦合槽天線設在諧振腔上表面，諧振腔通過耦合槽天線與貼片天線耦合，貼片天線與共面波導線耦合。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器，尤其是涉及一種SiCN陶瓷無線無源諧振腔式壓力傳感器及其 制備方法。

背景技術

航空發動機、火箭發動機、高溫爐、核反應堆、石油勘探等設備的工作溫度通常大于800℃， 且內部環境惡劣(高溫、高壓、高腐蝕、高輻射等)。由于這些設備的工作壓力較大，若壓力 出現異常會對設備的工作造成極大的影響，甚至出現危險事故。因此對這些設備的壓力進行 實時的監控對于設備的安全運行有著非常重要的意義。目前較為常見的壓力傳感器為壓阻式 壓力傳感器或光纖式壓力傳感器。由于這兩類壓力傳感器的傳感器機制決定了其為有線有源 的結構。在高溫下為傳感器供能的普通電池無法工作，而耐高溫的電池一般工作在200℃以 下，對于工作溫度一般在800℃以上的設備無能為力。因此這兩類壓力傳感器無法安裝在高 溫爐、核反應堆、石油勘探等設備中。并且由于需要布線，增加了傳感系統的重量，不適合 在對重量要求嚴格的各類航空發動機中應用。基于以上的原因，傳統的有線有源壓力傳感器 無法在發動機、高溫爐等設備中長時間工作，因此對這類設備工作時內部高壓的實時監控受 到極大限制。而無線無源壓力傳感器中常見的電容式壓力傳感器。雖然能在800℃以上工作， 但是這類傳感器的傳輸距離較短，實際應用上存在困難。因此開發出一種可用于惡劣工作環 境的耐高溫的無線無源諧振腔式壓力傳感器迫在眉睫，這種耐高溫壓力傳感器研發的瓶頸在 于制備在一定溫度壓力下能夠穩定工作并且對無線電信號損耗較小的傳感元件。

聚合物先驅體熱解法制得的先進陶瓷材料具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特性，且制備 過程簡便、先驅體分子可設計性強，燒結溫度較低(800℃即可)，能制得結構復雜的部件， 因此聚合物先驅體熱解法制備陶瓷是目前國際上研究的一個熱點。利用聚合物先驅體聚硅氮 烷熱解制備的SiCN陶瓷不僅具有耐高溫、抗腐蝕、耐輻射的特性，還是一種新型的半導體 材料，更重要的是利用聚合物先驅體聚硅氮烷熱解制備的SiCN陶瓷，其介電損耗較低、介 電常數較低，因此能提高電磁信號的傳輸距離，這拓展了傳感器的應用范圍。因此聚合物先 驅體聚硅氮烷陶瓷成為新型的耐高溫無線無源諧振腔式壓力傳感器的首選材料。但目前尚未 發現性能較為出色的SiCN陶瓷無線無源諧振腔式壓力傳感器及其制備方法。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的壓力傳感器所存在的傳感元件工作溫度低，其有線有源的 結構難以在惡劣條件下工作，且在一些特殊位置如發動機葉片上無法應用等技術問題，提供 一種可在高溫惡劣環境下使用的SiCN陶瓷無線無源諧振腔式壓力傳感器及其制備方法。

所述SiCN陶瓷無線無源諧振腔式壓力傳感器設有非晶態SiCN陶瓷壓力片、非晶態SiCN 陶瓷環片、非晶態SiCN陶瓷底座、貼片天線、耦合槽天線和空氣諧振腔；

所述非晶態SiCN陶瓷壓力片、非晶態SiCN陶瓷底座表面和非晶態SiCN陶瓷環片內表 面涂有金屬層，金屬層形成諧振腔，貼片天線設在非晶態SiCN陶瓷壓力片頂部，耦合槽天 線設在諧振腔上表面，諧振腔通過耦合槽天線與貼片天線耦合，貼片天線與共面波導線耦合。

所述圓柱形非晶態SiCN陶瓷傳感元件的直徑可為10～16mm，厚度可為2～5mm；所述 金屬層可采用耐高溫金屬層，所述耐高溫金屬層的材料熔點大于1000℃，所述耐高溫金屬層 的厚度可為20～50μm。

所述SiCN陶瓷無線無源諧振腔式壓力傳感器的制備方法包括以下步驟：

1)制備圓柱形非晶態SiCN陶瓷傳感元件