一种模型表面多参量薄膜传感结构及其制备方法与流程

1.本发明涉及飞行器模型的风洞试验领域，更具体地涉及一种模型表面多参量薄膜传感结构及其制备方法。


背景技术：

2.先进飞行器具有复杂气动外形和非标准化结构，其表面气动特性主要包括应力、应变、温度等多种物理场分布。风洞试验中，飞行器模型表面多种物理参量的测量，目前主要分为离散点测量法和分布式测量法。离散点测量法包括丝线法、皮托管等方法，主要是对模型表面特定位置的物理参量的测量，但该方法的传感器布置往往受模型空间限制，无法实现多种物理参量的原位同步测量。分布式测量法主要是使用油流法和智能涂层，但此方法无法实现物理参量的高稳定和高精度辨识。
3.公开号为cn104931229a的发明专利申请公开了一种测量高超声速流动中表面热流率的集成薄膜传感器，包括：玻璃基底，其为一个整体，且为一个平板；以及测温元件组，每个测温元件包括在玻璃基底的一定区域内采用镀膜工艺制备的一个金属薄膜，相邻的金属薄膜之间彼此隔开一定距离，所有的金属薄膜规则排列，且具有相同的电阻温度特性。虽然该申请对测量数据精度有所提高，但却仍然无法解决上述问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供一种模型表面多参量薄膜传感结构及其制备方法。
5.本发明采用的具体方案为：一种模型表面多参量薄膜传感结构，所述薄膜传感结构上设置若干个单点多参量微纳传感结构，所述单点多参量微纳传感结构由热电阻和应变传感器组成。
6.另一方面，本发明提供一种模型表面多参量薄膜传感结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、对模型的曲形表面进行打磨、抛光、清洗预处理；步骤二、确定模型的待测试区域对应的干膜尺寸；步骤三、将带有若干个单点多参量微纳传感结构标识的干膜曝光处理；步骤四、将干膜在模型表面贴附；步骤五、将干膜进行显影处理；步骤六、溅射沉积绝缘层；步骤七、溅射沉积敏感层；步骤八、溅射沉积保护层；步骤九、去除剩余干膜，多参量薄膜传感结构形成。
7.所述干膜的尺寸比待测试区域的尺寸大10mm。
8.所述步骤三中干膜曝光处理的过程为将干膜在紫外光条件下曝光处理。
9.所述步骤三中干膜曝光处理后静置15min。
10.所述步骤五利用质量分数为5%的na2co3溶液进行显影处理。
11.所述步骤九利用质量分数为5%的naoh溶液去除剩余干膜。
12.本发明相对于现有技术具有如下有益效果：本发明将多种传感器集成在柔性薄膜内，在模型表面共形制备出多参量柔性薄膜传感器，既有较高测量精度，又能实现模型表面多参量特性的获得。另一方面，本发明能够实现模型表面多点阵温度和应变的原位同步测量，提高风洞试验效率和数据比对精度。
附图说明
13.图1是本发明的薄膜传感结构的层结构示意图。
14.图2是本发明的单点多参量微纳传感结构示意图。
15.图3是本发明的模型表面多参量薄膜传感结构的制备步骤示意图。
16.图4是本发明的模型表面多参量薄膜传感结构示意图。
17.符号说明：1.绝缘层，2.敏感层，3. 保护层，4.单点多参量微纳传感结构，5. 热电阻，6. 应变传感器，7. 模型，8. 干膜。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
19.结合附图1-4，本发明公开了一种模型表面多参量薄膜传感结构，所述薄膜传感结构上设置若干个单点多参量微纳传感结构，所述单点多参量微纳传感结构由热电阻和应变传感器组成。
20.本发明提供模型表面多参量薄膜传感结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、对模型7的曲形表面进行打磨、抛光、清洗预处理；步骤二、确定模型7待测试区域对应的干膜8尺寸；步骤三、将带有若干个单点多参量微纳传感结构标识的干膜曝光处理；步骤四、将干膜8在模型表面贴附；步骤五、将干膜8进行显影处理；步骤六、溅射沉积绝缘层1；步骤七、溅射沉积敏感层2；步骤八、溅射沉积保护层3；步骤九、去除剩余干膜8，带有若干个单点多参量微纳传感结构的模型表面多参量薄膜传感结构形成。所述干膜8的尺寸比待测试区域的尺寸大10mm。所述步骤三中干膜8曝光处理的过程为将干膜8在紫外光条件下曝光处理。所述步骤三中干膜8曝光处理后静置15min。所述步骤五利用质量分数为5%的na2co3溶液进行显影处理。所述步骤九利用质量分数为5%的naoh溶液去除剩余干膜8。
21.本发明中的所述干膜8上设置若干个单点多参量微纳传感结构的标识，整个干膜范围内由下至上依次沉积绝缘层1、敏感层2、保护层3。所述每个标识处沉积的绝缘层1、敏感层2、保护层3形成单点多参量微纳传感结构4，所述单点多参量微纳传感结构4由热电阻5和应变传感器6组成，所述热电阻5与应变传感器6分别与电极连接。
22.其中，热电阻5的敏感层材料铂具有温敏特性，敏感层材料输出电阻值的变化及时
反应模型表面温度的变化；应变传感器6的敏感层材料为常用压阻材料铂，模型表面受压力后造成敏感栅结构变形，敏感栅结构变形则反应为电极两端电阻值的变化，从而表征模型表面应变。热电阻和应变传感器同步工作，从而可同步表征模型表面该单点处的温度和应变。
23.进一步的，本发明尤其适用表面为圆弧形的模型，当模型的表面为曲面时，以模型表面作为薄膜传感结构的曲面基底进行共形制备，干膜上有若干个标识，并参照现有微纳传感技术中温度敏感栅图案和应变敏感栅图案在干膜每个标识处绘制温度应变单点多参量微纳传感结构的图案，若干个单点多参量微纳传感结构构成多点阵薄膜传感器，可实现多点阵温度和应变的原位同步测量。
24.本发明将多种传感器集成在柔性薄膜内，在模型表面共形制备出多参量柔性薄膜传感器，既有较高的测量精度，又能实现模型表面多参量特性的获得，本发明能够实现模型表面多点阵温度和应变的原位同步测量，提高风洞试验效率和数据比对精度。
25.以上附图及解释说明仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的具体保护范围不仅限以上解释说明，任何在本发明揭露的技术思路范围内，及根据本发明的技术方案加以简单地替换或改变，都应在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种模型表面多参量薄膜传感结构，其特征在于，所述薄膜传感结构上设置若干个单点多参量微纳传感结构（4），所述单点多参量微纳传感结构（4）由热电阻（5）和应变传感器（6）组成。2.一种如权利要求1所述的模型表面多参量薄膜传感结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一、对模型（7）的曲形表面进行打磨、抛光、清洗预处理；步骤二、确定模型（7）的待测试区域对应的干膜（8）尺寸；步骤三、将带有若干个单点多参量微纳传感结构标识的干膜曝光处理；步骤四、将干膜（8）在模型（7）表面贴附；步骤五、将干膜（8）进行显影处理；步骤六、溅射沉积绝缘层（1）；步骤七、溅射沉积敏感层（2）；步骤八、溅射沉积保护层（3）；步骤九、去除剩余干膜（8），多参量薄膜传感结构形成。3.根据权利要求2所述的模型表面多参量薄膜传感结构的制备方法，其特征在于，所述干膜（8）的尺寸比待测试区域的尺寸大10mm。4.根据权利要求3所述的模型表面多参量薄膜传感结构的制备方法，其特征在于，所述步骤三中干膜（8）曝光处理的过程为将干膜（8）在紫外光条件下曝光处理。5.根据权利要求4所述的模型表面多参量薄膜传感结构的制备方法，其特征在于，所述步骤三中干膜（8）曝光处理后静置15min。6.根据权利要求5所述的模型表面多参量薄膜传感结构的制备方法，其特征在于，所述步骤五利用质量分数为5%的na2co3溶液进行显影处理。7.根据权利要求6所述的模型表面多参量薄膜传感结构的制备方法，其特征在于，所述步骤九利用质量分数为5%的naoh溶液去除剩余干膜（8）。

技术总结
本发明涉及飞行器模型的风洞试验领域，公开了一种模型表面多参量薄膜传感结构及其制备方法，所述薄膜传感结构上设置若干个单点多参量微纳传感结构，所述单点多参量微纳传感结构由热电阻和应变传感器组成；所述方法包括对模型的曲形表面预处理，确定模型对应的干膜尺寸；将带有若干个单点多参量微纳传感结构标识的干膜曝光处理；将干膜在模型表面贴附；进行显影处理；溅射沉积绝缘层、敏感层、保护层；去除剩余干膜，多参量薄膜传感结构形成。本发明将多种传感器集成在柔性薄膜内，在模型表面共形制备出多参量柔性薄膜传感器，既可实现多参量的原位同步测量，又可避免分布式测量方法精度低的问题，实现了飞行器多种物理参量的稳定和高精度测量。和高精度测量。和高精度测量。


技术研发人员：韩松梅 王碧玲 梁军生 刘志春 侯振琪 李强
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/8/16