[實(shí)用新型]基于濺射薄膜技術(shù)的粘接界面應(yīng)力和應(yīng)變監(jiān)測微型傳感器

有效

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• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN207622684U
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文卷;趙新;米秀秀;李賢君;樊俊有
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西電器研究所
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01L1/22
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

本實(shí)用新型公開了一種基于濺射薄膜技術(shù)的粘接界面應(yīng)力和應(yīng)變監(jiān)測傳感器，包括柔性扁平電纜、彈性結(jié)構(gòu)體和金屬敏感芯體。微型應(yīng)力/應(yīng)變傳感器的彈性結(jié)構(gòu)體內(nèi)表面鍍金屬敏感芯體，形成金屬薄膜敏感柵，并采用靜電封裝技術(shù)完成裝配。將微型傳感器埋入粘接界面，并使用粘接劑與上下表面粘接，傳感器和信號解調(diào)模塊用柔性扁平電纜連接，沿粘接界面粘接。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部粘接結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的應(yīng)力/應(yīng)變、脫粘監(jiān)測，并且傳感器具有長期可靠性高、壽命長、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于粘接界面的在線應(yīng)力/應(yīng)變監(jiān)測的微型傳感器。

背景技術(shù)

大量固體發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)表明，推進(jìn)劑/襯層/絕熱層之間的粘接界面的脫粘破壞是裝藥發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性破壞的關(guān)鍵形式之一，會(huì)嚴(yán)重影響固體發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。要想確保裝藥結(jié)構(gòu)的完整性和發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，必須保證固體發(fā)動(dòng)機(jī)界面粘接良好。因此需要展開針對性的技術(shù)研究。

目前，常用于固體發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面粘接狀態(tài)健康診斷的技術(shù)主要有三類，分別是聲學(xué)法、射線法和埋入微型傳感器，其中前兩種技術(shù)都不便于對在役設(shè)備進(jìn)行長期監(jiān)測，并且價(jià)格昂貴，需要大量的人力、物力。埋入微型傳感器技術(shù)作為新興的粘接界面粘接狀態(tài)檢測技術(shù)，近年來發(fā)展迅速，并取得了一定的研究成果。

現(xiàn)階段常用的埋入傳感器類型有：光纖光柵壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片式壓力傳感器以及陶瓷厚膜應(yīng)力傳感器。這些埋入式傳感器都無法避免粘接界面的結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞，并且測量值不能真實(shí)地代表實(shí)際值，影響固體發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥完整性的同時(shí)，造成較大的測量誤差。

針對上述問題，提出了固體發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面實(shí)時(shí)應(yīng)力/應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)方法，研制出一種新型的埋入式微型傳感器——一種基于濺射薄膜技術(shù)的粘接界面應(yīng)力/應(yīng)變監(jiān)測微型傳感器，在盡可能地減小粘接界面環(huán)境影響的前提下，通過實(shí)時(shí)在線監(jiān)測粘接界面粘接應(yīng)力的大小和粘接界面的微應(yīng)變，以此為依據(jù)判斷粘接界面的粘接狀態(tài)，是否有脫粘現(xiàn)象發(fā)生，并評價(jià)固體發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)及對內(nèi)部損傷進(jìn)行監(jiān)測。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種粘接界面的在線實(shí)時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變監(jiān)測的微型傳感器，該傳感器具有粘接界面應(yīng)力/應(yīng)變測量、脫粘監(jiān)測的能力，能夠識別內(nèi)部脫粘損傷狀態(tài)，其傳感器具有高可靠性、長壽命、高測量精度的特點(diǎn)。可實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部粘接結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的應(yīng)力/應(yīng)變、脫粘監(jiān)測，并且傳感器具有長期可靠性高、壽命長、測量精度高等特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案：

一種基于濺射薄膜技術(shù)的粘接界面應(yīng)力和應(yīng)變監(jiān)測微型傳感器，其特征在于：所述傳感器包括柔性扁平電纜、彈性結(jié)構(gòu)體和金屬敏感芯體，所述金屬敏感芯體通過濺射的方式將金屬靶離子濺射到彈性結(jié)構(gòu)體表面，形狀為絲柵環(huán)繞型，金屬敏感芯體感知彈性結(jié)構(gòu)體的應(yīng)力和應(yīng)變，以監(jiān)測彈性結(jié)構(gòu)體表面的變形，對粘接界面的粘接應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測，其中扁平電纜、彈性結(jié)構(gòu)體和金屬敏感芯體均為雙層。

上述傳感器中，金屬敏感芯體由四個(gè)絲柵電阻組成，并留有四個(gè)焊點(diǎn)，與扁平電纜的四個(gè)焊點(diǎn)連接，組成惠斯通電橋電路。

上述傳感器中，金屬敏感芯體每層有一套惠斯通電橋電路，構(gòu)成雙路敏感芯體，上層敏感芯體測量待測粘接界面上表面結(jié)構(gòu)的變形，下層敏感芯體測量待測粘接界面下表面的結(jié)構(gòu)變形。

上述傳感器中，為了防止金屬敏感芯體氧化、腐蝕等現(xiàn)象的發(fā)生，在金屬敏感芯體表面濺射有一層Si₃N₄保護(hù)膜，其保護(hù)膜厚度比金屬敏感柵厚度小，達(dá)到保護(hù)的目的。

上述傳感器中，彈性結(jié)構(gòu)體采用柔性較好的絕緣材料制成，具有良好的柔韌性，如彈性陶瓷片等。

上述傳感器中，金屬敏感芯體、彈性結(jié)構(gòu)體與扁平電纜利用靜電封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)封裝、密封。