一種可工作于超高溫環(huán)境下的壓力參數(shù)提取裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓力參數(shù)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可工作于超高溫環(huán)境下的壓力 參數(shù)提取裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國航空航天及民用飛行技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵組件長期處于由燃 燒以及與大氣的高速摩擦導(dǎo)致的超高溫（> 1000°c )及高壓環(huán)境中。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動 機(jī)艙內(nèi)或者大氣中快速飛行的飛行器表面，都存在著這種由高溫高壓混合形成的特殊環(huán) 境，而實(shí)時監(jiān)測高溫環(huán)境下的壓力參數(shù)，對提高發(fā)動機(jī)及飛行器的可靠性及壽命有重要的 意義，對其材料的選取及組件的制備有著至關(guān)重要的作用，是其動力系統(tǒng)研究必不可少的 環(huán)節(jié)。因此，為了使這些組件能夠工作在最佳的壓力環(huán)境狀態(tài)，減小壓力對組件的影響和損 壞，需要長時間、實(shí)時監(jiān)測高溫環(huán)境下的壓力參數(shù)。
[0003] 目前國內(nèi)壓力參數(shù)測試方法主要有兩種：一是利用有源、有線壓力敏感探頭直接 測試；第一種方法只適用于溫度低于500°c的環(huán)境下，在超高溫環(huán)境下，有源壓力測試裝置 就會失效或者損壞，無法對壓力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。
[0004] 二是依賴于外推、引壓等方法間接測試。圖1是現(xiàn)有技術(shù)一種傳感式壓力傳感器 的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，包括：底座1、壓力膜片2、中間體3、壓力傳遞桿4、墊圈5、懸臂梁 6、硅隔離應(yīng)變片7、頂蓋8和接插件9等組成。壓力膜片2焊接在中間體3上，中間體3與 底座1焊接為一個整體；壓力膜片2的另一端固接在壓力傳遞桿4上，壓力傳遞桿4再與懸 臂梁6裝配在一起；懸臂梁6上貼有硅隔離應(yīng)變片7,墊圈5壓在懸臂梁6上，頂蓋8通過螺 紋連接在中間體3上，并壓緊墊圈5和懸臂梁6,頂蓋8上裝配接插件9。該壓力傳感器工 作時，被測環(huán)境中壓力作用于壓力膜片2,使壓力膜片在傳感器的軸向發(fā)生形變，壓力傳感 桿4將這種因壓力產(chǎn)生的壓力形變傳遞給懸臂梁6,這時懸臂梁6也是隨之發(fā)生相應(yīng)形變； 集成在懸臂梁6上的硅隔離應(yīng)變片7即可測試出與應(yīng)變成正比的壓力信號，并通過接插件 9輸出。
[0005] 該傳感器可以工作在220°C范圍內(nèi)，需要通過壓力傳遞桿間接測試壓力信號，準(zhǔn)確 度和實(shí)時性都有限，不能準(zhǔn)確表征被測壓力參數(shù)；另外，該壓力傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于設(shè)計(jì) 方案和材料的限制，需要接插件向外部壓力信息，其環(huán)境適應(yīng)性同樣有限，不能適應(yīng)超高溫 (> 1000°C )工作的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種可工作于超高溫環(huán)境下的壓力參數(shù)提取裝置，由對壓力 敏感的諧振結(jié)構(gòu)與寬帶微型接收傳輸天線兩部分組成，整個敏感結(jié)構(gòu)皆由無源單元組成， 以有效降低高溫環(huán)境這一約束條件，更便于采用特制的耐高溫材料，以直接置于超高溫環(huán) 境中，提尚敏感結(jié)構(gòu)在超尚溫環(huán)境下的使用壽命。
[0007] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明提出了一種可工作于超高溫環(huán)境下的壓力參數(shù)提取裝置， 包括：
[0008] 對壓力敏感的諧振結(jié)構(gòu)以及置于該諧振結(jié)構(gòu)頂端的壓力參數(shù)提取與傳輸天線；
[0009] 所述諧振結(jié)構(gòu)包括：耐高溫材料外壁201、介質(zhì)圓柱202以及壓力敏感膜片203 ;
[0010] 所述壓力參數(shù)提取與傳輸天線包括：寬帶微型天線204、天線調(diào)諧短線205以及耦 合縫隙206 ;
[0011] 其結(jié)構(gòu)特征如下：
[0012] 所述諧振結(jié)構(gòu)為一種密閉的圓形諧振腔，四周由所述耐高溫材料外壁201包圍， 所述外壁201底部集成了所述介質(zhì)圓柱202,所述外壁201的頂部集成了一層所述壓力敏感 介質(zhì)膜片203,所述介質(zhì)膜片203上面緊密貼著用于壓力參數(shù)提取與傳輸?shù)乃鰧拵⑿?天線204,所述寬帶微型天線204上集成了所述調(diào)諧短線205以及耦合縫隙206。
[0013] 優(yōu)選的，所述對壓力敏感的諧振結(jié)構(gòu)工作在微波頻段。
[0014] 其中，所述諧振結(jié)構(gòu)的等效電路包括：
[0015] 順次連接的：該諧振結(jié)構(gòu)的表面敏感薄膜203與內(nèi)部介質(zhì)圓柱202之間的電容Cp、 等效電感L、等效電阻R、剩下的邊緣電容(；以及敏感薄膜頂層的寬帶微型天線Ant ;所述寬 帶微型天線Ant與所述電容Cp相連。
[0016] 其中，所述諧振腔的諧振頻率與所述等效電路圖的各元件值之間有如下關(guān)系：
[0018] 其中，所述電容Cp可如下表達(dá)：
[0020] 其中，A為所述諧振結(jié)構(gòu)的內(nèi)部介質(zhì)圓柱202的上表面積，gap代表諧振腔敏感膜 片203與介質(zhì)圓柱202之間的距離，ξ。為所選材料的介電常數(shù)。
[0021] 本發(fā)明提出的壓力敏感裝置，具有較小的結(jié)構(gòu)尺寸與較高的品質(zhì)因數(shù)，敏感結(jié)構(gòu) 與天線緊密集成為一體，提高了壓力敏感裝置的敏感度，減小了外部環(huán)境對敏感裝置的影 響；當(dāng)壓力參數(shù)提取裝置置于高溫環(huán)境下，被測環(huán)境中的壓力參數(shù)改變時，其敏感結(jié)構(gòu)諧振 頻率會隨之相應(yīng)改變，通過監(jiān)測敏感結(jié)構(gòu)諧振頻率的線性變化，即可實(shí)時準(zhǔn)確的監(jiān)測環(huán)境 中壓力參數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)超高溫環(huán)境下壓力參數(shù)的實(shí)時監(jiān)控。
【附圖說明】
[0022] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)一種傳感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例的壓力參數(shù)提取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3為圖2所示的壓力測試裝置結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0026] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的壓力敏感結(jié)構(gòu)諧振腔的等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028] 基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明實(shí)施例，本發(fā)明提出了一種能夠適用于 超高溫環(huán)境的無源壓力測試裝置，該裝置具有較小的結(jié)構(gòu)尺寸，可以減小壓力測試裝置對 被測組件的影響；可直接置于超高溫環(huán)境中，能夠長時間、實(shí)時監(jiān)控超高溫環(huán)境下的壓力參 數(shù)。該壓力敏感測試裝置主要由兩部分組成，一是對壓力敏感的諧振結(jié)構(gòu)，二是置于諧振結(jié) 構(gòu)頂端的壓力參數(shù)提取與傳輸天線。壓力敏感的諧振結(jié)構(gòu)為一種圓形諧振腔，其頂部有一 層對壓力敏感的介質(zhì)膜片，諧振腔內(nèi)部下方集成了一個介質(zhì)圓柱。如果模式和頻率合適，諧 振腔內(nèi)部就會產(chǎn)生駐波，即發(fā)生諧振現(xiàn)象。由于該諧振腔為密閉系統(tǒng)，全部電磁場能量被限 制在腔體內(nèi)部，腔體本身無輻射損耗，另外，腔體屬于分布參數(shù)電路，因此諧振腔的品質(zhì)因 數(shù)高。該諧振結(jié)構(gòu)工作時，腔體頂部的敏感模塊會感知外部的壓力，膜片會隨外部壓力的改 變產(chǎn)生相應(yīng)的形變，促使膜片與介質(zhì)圓柱之間的縫隙改變，根據(jù)諧振頻率與縫隙的反比例 一一對應(yīng)關(guān)系式，其諧振頻率也會隨著相應(yīng)變化，通過檢測這種諧振頻率的變化，即可實(shí)時 還原外部環(huán)境中的壓力參數(shù)。此外，介質(zhì)圓柱的引入會提高整個諧振器的壓力測試敏感度， 提高壓力測試的準(zhǔn)確度。諧振敏感結(jié)構(gòu)壓力敏感膜片的頂部集成了一個寬帶微型天線，通 過寬帶微型天線上的矩形縫隙耦合壓力參數(shù)信息，完成壓力參數(shù)信號的接收與傳輸。集成 的天線不會增加敏感結(jié)構(gòu)的尺寸，能夠減小高溫環(huán)境中其它因素對壓力參數(shù)測試的影響。 綜上所述，本發(fā)明提出的壓力參數(shù)測試裝置，具有簡單的結(jié)構(gòu)形式、較小的結(jié)構(gòu)尺寸與較高 的壓力敏感度，敏感結(jié)構(gòu)全部由無源單元組成，更便于采用特制的耐高溫材料，可長時間工 作在高溫環(huán)境下。
[0029] 以下結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述：