本发明专利技术公开了一种改进引线方式的原子层热电堆热流传感器，涉及热流传感器技术领域，包括：基座，其内部沿轴线方向设置有两根导线，基座前端面设置有与导线相接的敏感元件，敏感元件包括：斜切钛酸锶晶片；敏感薄膜，其沉积在斜切钛酸锶晶片的感应面，敏感薄膜的两端分别连接有半工字型导电膜，半工字型导电膜的下端连接有乳钉，导线上端与乳钉相接，下端伸出至基座外部。本发明专利技术通过对导电结构的改变，使得原子层热电堆热流传感器的感应面更为光洁，减弱了感应面粗糙度在试验使用中对局部流场的影响，也便于后期在传感器感应面上沉积保护膜层。同时，本发明专利技术提高了原子层热电堆热流传感器的灵敏度系数，便于后期开发使用尺寸更小的传感器。传感器。传感器。
【技术实现步骤摘要】
一种改进引线方式的原子层热电堆热流传感器
[0001]本专利技术属于热流传感器
，更具体地说，本专利技术涉及一种改进引线方式的原子层热电堆热流传感器。
技术介绍
[0002]高频脉动热流测试是高超声速边界层转捩试验研究中重点关注的测试内容之一。同时，高超声速边界层转捩试验研究又是非常精细化的，对试验模型表面粗糙度、表面凹陷或突起等都有较高的要求。当前，高频脉动热流的测试主要是依赖于原子层热电堆热流传感器。但是，由于现阶段原子层热电堆热流传感器的引线方式采用的是打孔穿线并用导电银胶连接导电膜和电导线，例如申请号CN202020839104.2公开的一种新型原子层热电堆热流传感器和申请号CN201922230062.2公开的一种原子层热电堆热流传感器的封装结构，均采用打孔穿线并用导电银胶连接导电膜和电导线，而导电银胶无法严格控制其固化形态以及厚度,造成原子层热电堆热流传感器感应面上粗糙度较大且可控程度低。此外，打孔穿线的导电引线方式，一方面需要确保斜切钛酸锶晶片上的引线孔在机械加工过程中不至于崩裂，需要预留足够的空间余量；另一方面为了保证可靠的导电连接、高频电信号传输对导电体表面积大的需求以及传感器封装操作的便利性选用了直径0.435mm的粗导线，对称布置的两个导线孔也占据了一定的空间。由此，引线结构占据了直径6mm的传感器感应面至少2mm的空间，限制了传感器单条敏感薄膜有效长度的拓展，而原子层热电堆热流传感器的灵敏度系数依赖于敏感薄膜的有效长度，尽管当前可以采用多条敏感薄膜串联的方式增长敏感薄膜的有效长度。但是，多条膜的原子层热电堆热流传感器的动态性能有较为明显的下降。具有高灵敏度系数的传感器才能感知到更细微的被测量，由此感应面光洁、高灵敏度系数的小尺寸传感器才能更好的应用于高超声速边界层转捩的试验研究。
技术实现思路
[0003]本专利技术的一个目的是解决上述问题和/或缺陷，并提供后面将要说明的优点。
[0004]为了实现根据本专利技术的这些目的和优点，提供了一种改进引线方式的原子层热电堆热流传感器，包括基座，其内部沿轴线方向设置有两根导线，所述基座的前端面设置有与导线相接的敏感元件，其特征在于，所述敏感元件的结构包括：
[0005]斜切钛酸锶晶片；
[0006]敏感薄膜，其沉积在所述斜切钛酸锶晶片的感应面，所述敏感薄膜的两端分别连接有半工字型导电膜，所述半工字型导电膜沿斜切钛酸锶晶片的外缘向下延伸并连接有乳钉，所述导线上端与乳钉相接，下端伸出至基座外部。
[0007]优选的是，其中，所述基座为阳极氧化后的铝合金基座。
[0008]优选的是，其中，所述敏感薄膜为钇钡铜氧化物薄膜。
[0009]优选的是，其中，所述半工字型导电膜为半工字型导电金膜。
[0010]优选的是，其中，所述基座外部封装有外壳，所述外壳为聚醚醚酮外壳。
[0011]优选的是，其中，所述基座内开设有导线槽，所述导线通过胶水固定在导线槽中。
[0012]优选的是，其中，所述斜切钛酸锶晶片的感应面、半工字型导电膜和敏感薄膜的表面沉积有金刚石保护薄膜或氧化铝保护薄膜。
[0013]一种改进引线方式的原子层热电堆热流传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一、通过机械加工将斜切的方形钛酸锶晶片加工成圆形，并在指定方向上做好标记以便于在后续钇钡铜氧化物薄膜取向生长提供可用的参考位置；在此基础上，对钛酸锶晶片进行双面及侧边研磨抛光，采用离子束抛光的方式对钛酸锶晶片的感应面进行单面精抛光处理；
[0015]步骤二、将斜切钛酸锶晶片固定，利用直写喷印技术一次性在斜切钛酸锶晶片指定位置上生成宽度不超过1mm、厚度不超过10微米的半工字形导电膜，并在末端生成两个乳钉，其中在斜切钛酸锶晶片感应面，半工字型导电膜长度不超过0.5mm，在斜切钛酸锶晶片背面，半工字型导电膜长度不超过1mm；
[0016]步骤三、利用金属气相化学沉积或激光脉冲沉积的方式在斜切钛酸锶晶片感应面的指定位置处取向生长钇钡铜氧化物薄膜，在前期物料配比、沉积环境气压、气氛以及温度参数控制基础上通过纯氧常压环境下退火调控钇钡铜氧化物分子式中氧元素占比量在6.5到7之间，并保证钇钡铜氧化物薄膜与两个半工字形导电膜之间接触良好；必要时，在完成半工字型导电膜和钇钡铜氧化物薄膜沉积后的斜切钛酸锶晶片感应面沉积金刚石保护薄膜或氧化铝保护薄膜；
[0017]步骤四、在乳钉对准基座上导线孔的基础上，通过胶粘的方式将敏感元件固定在铝合金基座上，导线穿过导线孔，并将导线末端折转一小段以备用于增大其与乳钉焊接的接触面；利用胶水灌封部分导线槽，待胶水固化后将导线与乳钉焊接，待检测两根导线间电导通后利用胶水灌封导线槽剩余部分，保证导线固定及电接连可靠；利用外壳封住铝合金基座，并在外壳下端空腔内灌注胶水待其固化以此完成传感器的封装；
[0018]步骤五、利用基于激光的热流传感器标定设备产生的多个不同功率阶跃激光，获得改进引线方式的原子层热电堆热流传感器对应的输出，借助曝光于相同激光功率下的水冷Gardon计确定的输入热流，采用如下公式所示的强制过零点的线性拟合方法将改进引线方式的原子层热电堆热流传感器的输出和水冷Gardon计确定的输入热流进行线性拟合，即可获得改进引线方式的原子层热电堆热流传感器的灵敏度系数和线性度；
[0019][0020]其中，k
A
是改进引线方式的原子层热电堆热流传感器的灵敏度系数，k
G
是水冷Gardon计已知的名义灵敏度系数，η是钇钡铜氧化物薄膜对单色激光的吸收率，V
A
是改进引线方式的原子层热电堆热流传感器的电压输出，V
G
是水冷Gardon计在相同标定条件下对应的电压输出，上标i表示的是静态标定实验次序，n表示的是静态标定实验中不同的热流状态数；在一系列不同频率的正弦波形激光激励下获得改进引线方式的原子层热电堆热流传感器的动态输出，在传感器输出峰峰值归一化的基础上获得其幅频特性曲线，即完成改进引线方式的原子层热电堆热流传感器的动态标定。
[0021]本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术提供的改进引线方式的原子层热电堆热流传感器，将原本打孔引线的方式改为半工字型导电膜和乳钉的导电连接关系，通过导电结构的改变使得原子层热电堆热流传感器的感应面较为光洁，减弱了原子层热电堆热流传感器感应面粗糙度在试验使用中对局部流场的影响，同时也便于后期在原子层热电堆热流传感器的感应面上沉积保护膜层。
[0022]同时，导电结构的改变使得新的导电结构占据空间减小，有利于单条敏感薄膜有效长度的延长，进而有利于获得灵敏度系数更大的原子层热电堆热流传感器。
[0023]导电结构的改变便于后期发展耐高温的原子层热电堆热流传感器。
[0024]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0025]图1为斜切钛酸锶晶片、敏感薄本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种改进引线方式的原子层热电堆热流传感器，包括基座，其内部沿轴线方向设置有两根导线，所述基座的前端面设置有与导线相接的敏感元件，其特征在于，所述敏感元件的结构包括：斜切钛酸锶晶片；敏感薄膜，其沉积在所述斜切钛酸锶晶片的感应面，所述敏感薄膜的两端分别连接有半工字型导电膜，所述半工字型导电膜沿斜切钛酸锶晶片的外缘向下延伸并连接有乳钉，所述导线上端与乳钉相接，下端伸出至基座外部。2.如权利要求1所述的改进引线方式的原子层热电堆热流传感器，其特征在于，所述基座为阳极氧化后的铝合金基座。3.如权利要求1所述的改进引线方式的原子层热电堆热流传感器，其特征在于，所述敏感薄膜为钇钡铜氧化物薄膜。4.如权利要求1所述的改进引线方式的原子层热电堆热流传感器，其特征在于，所述半工字型导电膜为半工字型导电金膜。5.如权利要求1所述的改进引线方式的原子层热电堆热流传感器，其特征在于，所述基座外部封装有外壳，所述外壳为聚醚醚酮外壳。6.如权利要求1所述的改进引线方式的原子层热电堆热流传感器，其特征在于，所述基座内开设有导线槽，所述导线通过胶水固定在导线槽中。7.如权利要求1所述的改进引线方式的原子层热电堆热流传感器，其特征在于，所述斜切钛酸锶晶片的感应面、半工字型导电膜和敏感薄膜的表面沉积有金刚石保护薄膜或氧化铝保护薄膜。8.一种如权利要求1
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7任一项所述的改进引线方式的原子层热电堆热流传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过机械加工将斜切的方形钛酸锶晶片加工成圆形，并在指定方向上做好标记以便于在后续钇钡铜氧化物薄膜取向生长提供可用的参考位置；在此基础上，对钛酸锶晶片进行双面及侧边研磨抛光，采用离子束抛光的方式对钛酸锶晶片的感应面进行单面精抛光处理；步骤二、将斜切钛酸锶晶片固定，利用直写喷印技术一次性在斜切钛酸锶晶片指定位置上生成宽度不超过1mm、厚度不超过10微米的半工字形导电膜，并在末端生成两个乳钉，其中在斜切钛酸锶晶片感应面，半工字型导电膜长度不超过0.5mm，在斜切钛酸锶晶片背面，半工字型导电膜长度不超过1mm；步骤三、利用金属气相化学...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，朱涛，陶伯万，朱新新，王辉，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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