[發明專利]跨金屬壁埋植式單端口無源燒損傳感裝置、監測及制備方法

有效

• 申請號: 202110976412.9
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113835047B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 謝楷;郭云沖;劉艷;權磊;吳必成;宋江文;谷愷恒
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01R31/74
• 分類號: G01R31/74;G01R31/54;G01N27/04
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 閔媛媛

1.一種基于跨金屬壁埋植式單端口無源燒損傳感裝置，其特征在于，包括無源傳感系統(1)和電路監測系統(2)；

所述無源傳感系統(1)包括艙壁復合結構，艙壁復合結構由艙內換能器(12)、金屬艙壁(11)、艙外換能器(16)和埋置于防熱層(14)中的熔絲線(13)組成；一組艙內換能器(12)、艙外換能器(16)分別安裝于金屬艙壁(11)的內側和外側，用于通過聲波將能量跨金屬艙壁(11)傳輸至艙外，并將攜帶有熔絲線(13)通斷狀態的聲波信號反射回艙內；

所述電路監測系統(2)，用于發射激勵艙內換能器(12)的交流信號，同時監測從艙內換能器(12)兩電極看入艙壁復合結構的電學復阻抗，通過對阻抗的測量獲得艙壁復合結構的諧振頻率值，根據諧振頻率值的偏移情況判別熔絲線(13)的通斷情況；

所述艙內換能器(12)、艙外換能器(16)同軸線且均能產生軸向的縱波，艙內換能器(12)和艙外換能器(16)具有相同的諧振頻率；艙外換能器(16)的兩電極連接于熔絲線(13)的兩端，防熱層(14)設于金屬艙壁(11)的外壁，艙外換能器(16)具有自由的機械邊界；

艙內換能器(12)的兩電極連接于阻抗測量單元(21)的測量端口，掃頻信號源(23)的輸出端與阻抗測量單元(21)的輸入端連接，阻抗測量單元(21)的輸出端與損傷判決單元(22)的輸入端相連，通過阻抗測量單元(21)測量艙內換能器(12)端口在各頻點的電學復阻抗。

2.根據權利要求1所述一種基于跨金屬壁埋植式單端口無源燒損傳感裝置，其特征在于，所述電路監測系統(2)包括掃頻信號源(23)、阻抗測量單元(21)、損傷判決單元(22)；

所述掃頻信號源(23)輸出端與艙內換能器(12)的兩電極連接，掃頻信號源(23)用于產生激勵艙內換能器(12)的交流信號，并為阻抗測量單元(21)提供頻率可調的本地參考信號；掃頻信號源(23)的頻率掃描范圍覆蓋了艙壁復合結構的諧振頻帶；

所述阻抗測量單元(21)，用于測量從艙內換能器(12)兩電極看入艙壁復合結構的電學復阻抗；

所述損傷判決單元(22)，用于對阻抗測量單元(21)的結果進行分析、判斷防熱層(14)的損傷情況。

3.根據權利要求2所述一種基于跨金屬壁埋植式單端口無源燒損傳感裝置，其特征在于，所述阻抗測量單元(21)包括阻抗計算模塊(27)、功分器(28)、定向耦合器(29)；掃頻信號源(23)產生的交流信號通過功分器(28)分離出入射分量作為參比信號輸送至阻抗計算模塊(27)，其余的交流信號通過定向耦合器(29)施加于艙內換能器(12)，艙內換能器(12)的反射信號通過定向耦合器(29)輸送至阻抗計算模塊(27)，阻抗計算模塊(27)根據接收的兩個信號計算出艙內換能器(12)端口在該頻點下的反射系數S11，進而計算出艙內換能器(12)端口在該頻點下的電學復阻抗。

4.根據權利要求2所述一種基于跨金屬壁埋植式單端口無源燒損傳感裝置，其特征在于，所述阻抗測量單元(21)包括阻抗計算模塊(27)、端口電壓采樣模塊(30)、入口電壓采樣模塊(31)；掃頻信號源(23)的輸出端與艙內換能器(12)的兩電極連接，掃頻信號源(23)與艙內換能器(12)之間串聯有已知的定值電阻，掃頻信號源(23)的入口處連接有入口電壓采樣模塊(31)，艙內換能器(12)的兩電極端口處連接有端口電壓采樣模塊(30)，根據定值電阻與艙內換能器(12)的端口電阻的分壓比例和相位延遲關系，計算出艙內換能器(12)端口在該頻點下的電學復阻抗。

5.根據權利要求2所述一種基于跨金屬壁埋植式單端口無源燒損傳感裝置，其特征在于，所述阻抗測量單元(21)包括阻抗計算模塊(27)、端口電壓采樣模塊(30)、端口電流采樣模塊(32)；掃頻信號源(23)的輸出端與艙內換能器(12)的兩電極連接，將掃頻信號源(23)的交流信號直接施加于艙內換能器(12)端口，艙內換能器(12)的兩電極端口處連接有端口電壓采樣模塊(30)，掃頻信號源(23)與艙內換能器(12)之間的電路上連接有端口電流采樣模塊(32)，同時采樣艙內換能器(12)端口的電壓和電流波形，根據兩者的幅度和相位，計算出艙內換能器(12)端口在該頻點下的電學復阻抗。