用于燃面退移监测的柔性阵列传感器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于固体发动机在线检测相关技术领域，其公开了用于燃面退移监测的柔性阵列传感器及其制备方法与应用，柔性阵列传感器呈条状，其包括聚合物薄膜衬底、上电阻阵列、下电阻阵列、单侧公用引线、单侧短引线及单侧长引线，上电阻阵列及下电阻阵列间隔设置在聚合物薄膜衬底上，两者并列；单侧公用引线、单侧长引线及单侧短引线分别设置在聚合物薄膜衬底上；上电阻阵列的两侧分别连接于单侧公用引线及单侧长引线，下电阻阵列的两侧分别连接于单侧公用引线及单侧短引线；使用时，单侧公用引线、单侧长引线及单侧短引线分别连接于电阻测量模块。本发明专利技术根据电阻发生变化实现对燃面位置的实时监控。实时监控。实时监控。

【技术实现步骤摘要】
用于燃面退移监测的柔性阵列传感器及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于固体发动机在线检测相关
，更具体地，涉及一种用于燃面退移监测的柔性阵列传感器及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]固体火箭发动机主要用作导弹武器、运载火箭等航天领域主要动力装置，由药柱、壳体、喷管和点火装置等组成。推进剂燃烧过程中，药柱燃面沿发动机壳体径向方向退移。固体发动机工作过程中发生的燃面退移、绝热烧蚀、喉衬烧蚀、药柱变形等情况的监测对于固体发动机的升级换代、提高其安全性、可靠性等有重要意义。
[0003]发动机工作时，装药燃烧室须承受高温高压，同时在线监测设备需要静电屏蔽。这些复杂环境或者复杂设计需求给固体发动机的在线监测系统的研发提出了巨大的挑战。由此可见，迫切需要开展适用于固体发动机高温高压高等复杂环境下的在线监检测技术研究。
[0004]传感器的研制是固体发动机实时监测技术的关键。目前已有很多学者主要针对固体发动机的应力、应变、温度、湿度、老化情况等特性监测传感器进行了研究，针对固体发动机特殊的监测需求，如小型化、无线化等需求，目前已有通过使用陶瓷厚膜应力传感器、界面粘接应力传感器、聚合物光纤氧传感器、内嵌式无线双模传感器等多种传感器对固体发动机进行多参数实时监测，但柔性电子技术在固体发动机上的实时监测应用研究当前仍然为空白。
[0005]可延展柔性电子可无缝贴装在复杂的发动机结构件表面，实现完全共形，能有效监测复杂发动机结构件表面的温度、压力、应变等信息，同时其超软、超薄的特性，能在不影响原始结构工作的前提下，为复杂结构的应变、温度等参数的获取提供更好的解决方案，特别是航天结构领域，将柔性电子应用在固体发动机的实时监测大有可为，这为更好的推动固体动力技术及其相关检测技术的发展提供了支撑。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于燃面退移监测的柔性阵列传感器及其制备方法与应用，其通过在药柱内沿药柱横截面径向设置柔性电阻传感器，药柱燃烧时，随着燃面的退移，电阻器件烧毁，改变柔性阵列传感器反馈电阻值，根据电阻发生变化实现对燃面位置的实时监控。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于燃面退移监测的柔性阵列传感器，所述柔性阵列传感器呈条状，其包括聚合物薄膜衬底、上电阻阵列、下电阻阵列、单侧公用引线、单侧短引线及单侧长引线，所述上电阻阵列及所述下电阻阵列间隔设置在所述聚合物薄膜衬底上，两者并列；所述单侧公用引线、所述单侧长引线及所述单侧短引线分别设置在所述聚合物薄膜衬底上；所述上电阻阵列的两侧分别连接于所述单侧公用引线及所述单侧长引线，所述下电阻阵列的两侧分别连接于所述单侧公用引线及所述单侧短
引线；使用时，所述单侧公用引线、所述单侧长引线及所述单侧短引线分别连接于电阻测量模块。
[0008]进一步地，所述单侧公用引线设置在所述聚合物薄膜衬底的一侧，所述单侧长引线设置在所述聚合物薄膜衬底的另一侧，所述单侧短引线邻近所述单侧长引线设置且位于所述单侧公引线与所述单侧长引线之间。
[0009]进一步地，所述聚合物薄膜衬底呈条状，其选用聚酰亚胺薄膜。
[0010]进一步地，所述上电阻阵列包括多个长电阻器件，多个所述长电阻器件相同；多个所述长电阻器件呈线性阵列排布在所述单侧公用引线与所述单侧长引线之间，且长电阻器件的两端分别连接所述单侧公用引线及所述单侧长引线，多个长电阻器件并联构成所述上电阻阵列。
[0011]进一步地，所述下电阻阵列包括多个短电阻器件，多个所述短电阻器件相同；多个所述短电阻器件呈线性排布在所述单侧公用引线与所述单侧短引线之间，且所述短电阻器件的两端分别连接于所述单侧公用引线及所述单侧短引线，多个所述短电阻器件并联构成所述下电阻阵列。
[0012]进一步地，所述单侧公用引线、所述单侧长引线及所述单侧短引线均为一底端带有引线端子的银浆导线，所述单侧公用引线、所述单侧长引线及所述单侧短引线的引线端子并列排布，便于引线连接电阻测量模块。
[0013]本专利技术还提供了一种用于燃面退移监测的柔性阵列传感器的制备方法，所述制备方法用于制备如上所述的用于燃面退移监测的柔性阵列传感器，其包括以下步骤：首先，将电阻器件掩膜贴附在聚合物薄膜表面，并将碳纳米管墨水涂刷在掩膜上；之后，等待墨水干燥定性后撕去掩膜，随后使用热板烘干碳纳米管电阻器件；接着，通过丝网印刷将高黏度导电浆料印刷至聚合物薄膜表面以形成带有引线端子的单侧公用引线、单侧长引线及单侧短引线；之后，使用热板烘干引线，完成柔性阵列传感器的制备。
[0014]本专利技术还提供了一种固体发动机，所述固体发动机包括药柱、多个如上所述的柔性阵列传感器、电阻测量模块及微处理器，所述电阻测量模块连接于所述微处理器；所述柔性阵列传感器的单侧公用引线、单侧长引线及单侧短引线分别连接于所述电阻测量模块；多个所述柔性阵列传感器分别贴合在所述药柱的端面上，且绕所述药柱的中心轴呈散射状均匀排布；所述电阻检测模块用于检测对应的柔性阵列传感器的电阻阻值，并将检测到的阻值传输给所述微处理器；所述微处理器用于根据接收到的电阻阻值来计算得到对应的柔性阵列传感器燃烧的长度，并得到所述柔性阵列传感器的电阻阻值与药柱燃面退移距离的关系，进而根据得到的多个柔性阵列传感器的燃烧长度拟合出药柱燃面的位置，实现燃面退移的实时监测。
[0015]进一步地，所述药柱开设有贯通的药柱内孔，所述柔性阵列传感器沿所述药柱的端面径向设置，所述上电阻阵列邻近所述药柱内孔设置，所述下电阻阵列邻近所述药柱的外圆周设置。
[0016]进一步地，在线监测时，药柱从药柱内孔开始向外燃烧，燃烧过程中柔性阵列传感器随药柱被烧毁，检测得到的阻值不断变化，根据电阻值计算出柔性阵列传感器燃烧的长度，继而得到药柱燃面的位置。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的用
于燃面退移监测的柔性阵列传感器及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：
[0018]1.上下两个电阻阵列并列分布，传感器包含三条引线，两个电阻阵列共用一条引线，三条引线与电阻测量模块连接，两个电阻阵列互不干扰，减少了引线的使用数量。此外，调整了电阻阵列的串联电阻数量能够调整检测数值的灵敏度。
[0019]2.通过柔性阵列传感器在检测燃烧过程中电阻的变化来检测燃面位置，传感器与药柱端面共形贴附，使得反馈信号更加精准，解决了传统温控传感器因高温烧毁而无法监控高温高压的极端环境的情况。
[0020]3.借助多个柔性阵列传感器可以实现长距离燃面位置监测。
[0021]4.柔性阵列传感器的体积较小，制备工艺简单，材料容易获得，极大地节省了制备成本。
附图说明
[0022]图1是本专利技术提供的用于燃面退移监测的柔性阵列传感器的使用示意图；
[0023]图2是本专利技术提供的固体发动机的局部示意图；
[0024]图3中的(a)、(b)分别是本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃面退移监测的柔性阵列传感器，其特征在于：所述柔性阵列传感器呈条状，其包括聚合物薄膜衬底、上电阻阵列、下电阻阵列、单侧公用引线、单侧短引线及单侧长引线，所述上电阻阵列及所述下电阻阵列间隔设置在所述聚合物薄膜衬底上，两者并列；所述单侧公用引线、所述单侧长引线及所述单侧短引线分别设置在所述聚合物薄膜衬底上；所述上电阻阵列的两侧分别连接于所述单侧公用引线及所述单侧长引线，所述下电阻阵列的两侧分别连接于所述单侧公用引线及所述单侧短引线；使用时，所述单侧公用引线、所述单侧长引线及所述单侧短引线分别连接于电阻测量模块。2.如权利要求1所述的用于燃面退移监测的柔性阵列传感器，其特征在于：所述单侧公用引线设置在所述聚合物薄膜衬底的一侧，所述单侧长引线设置在所述聚合物薄膜衬底的另一侧，所述单侧短引线邻近所述单侧长引线设置且位于所述单侧公引线与所述单侧长引线之间。3.如权利要求1所述的用于燃面退移监测的柔性阵列传感器，其特征在于：所述聚合物薄膜衬底呈条状，其选用聚酰亚胺薄膜。4.如权利要求1所述的用于燃面退移监测的柔性阵列传感器，其特征在于：所述上电阻阵列包括多个长电阻器件，多个所述长电阻器件相同；多个所述长电阻器件呈线性阵列排布在所述单侧公用引线与所述单侧长引线之间，且长电阻器件的两端分别连接所述单侧公用引线及所述单侧长引线，多个长电阻器件并联构成所述上电阻阵列。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的用于燃面退移监测的柔性阵列传感器，其特征在于：所述下电阻阵列包括多个短电阻器件，多个所述短电阻器件相同；多个所述短电阻器件呈线性排布在所述单侧公用引线与所述单侧短引线之间，且所述短电阻器件的两端分别连接于所述单侧公用引线及所述单侧短引线，多个所述短电阻器件并联构成所述下电阻阵列。6.如权利要求1
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4任一项所述的用于燃面退移监测的柔性阵列传感器，其特征在于：所述单侧公用引线、所述单侧长引线及所述单侧短引线均为一底端带有引线端子的银浆导线，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶冬，文钧民，胡夏芬，李奥康，王子儒，司学龙，武丹，黄永安，
申请(专利权)人：湖北航天技术研究院总体设计所，
类型：发明
国别省市：