【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种航天器结构健康监测的柔性智能蒙皮及研制方法，属于结构状态监测。
技术介绍
1、自从20世纪80年代以来，智能结构体系因具有自诊断、自适应、自修复等智能化特征，成为最具挑战性和具有战略意义的创新研究领域之一。2021年，nasa推出了16项未来太空计划，拟通过可独立部署的无线遥控、探测设备等技术加强航天器在外太空的适应能力，对太空进行更加深入的勘测任务，提高运行的可持续性及可操作性。无疑，未来面向航天器多源感知的研究将是世界航天领域的重点。目前，在航空领域结构健康监测经过30多年的发展已逐渐应用在实际工程中，2012年，nasa和美国空军联合定义了未来飞行器的机载健康管理系统、维护历史记录以及所有可用的历史数据相集成，使之具有连续监测、异常事件诊断、寿命预测的能力，以提升飞行安全。然而，在航天领域结构健康监测处于刚刚起步阶段。因此，面向航天器在轨状态监测和空间环境感知的智能蒙皮，具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种航天器结构健康监测的柔性智能蒙皮及研制方法，通过将传感器进行阵列设计后柔性封装集成，使智能蒙皮在实现健康检测的同时，兼顾轻、薄、柔特点，使用便捷。
2、本专利技术的技术解决方案是：
3、一种航天器结构健康监测的柔性智能蒙皮，蒙皮为内外两层粘连结构，包括位于外层的环境防护层、位于内层的柔性监测层；
4、所述环境防护层用于保护内部柔性传感阵列层、辅助模块免于受到深空环境
5、所述柔性监测层包括柔性基底、柔性传感阵列、辅助模块，所述柔性传感阵列、辅助模块安装在所述柔性基底上，柔性基底直接贴附于被测装置的待测部位；所述柔性传感阵列层将待测部位上多个点位的应变、温度、加速度或声波参数物理量转化为电信号传出；所述辅助模块与柔性传感阵列层柔性互联，为柔性传感阵列层供电，并将柔性传感阵列层传出的电信号调理为标准电压信号后进行采集和数字化处理。
6、优选的，所述柔性传感阵列包括若干个应变传感器、若干个温度传感器、若干个加速度计传感器、若干个超声传感器，上述各传感器阵列式分布在柔性基底上；
7、所述应变传感器为无源器件，三个应变片组成45°应变花；所述温度传感器为mems温度传感器；加速度传感器为mems加速度计；超声传感器为压电陶瓷传感单元；
8、各传感器之间通过蛇形导线连通，导线能够随柔性基底拉伸、弯曲变形。
9、优选的，所述环境防护层由内向外依次包括介电层、隔热层、高能粒子屏蔽层；
10、所述介电层采用环氧树脂为基底材料，使用防臭氧老化剂作为辅助固化剂，均匀分散在环氧树脂中；
11、所述隔热层采用化学气相沉积法在微米级的二氧化铈表面合成氮化硼；
12、所述高能粒子屏蔽层为具有粘附性和导电性的薄膜材料基电磁屏蔽涂层，利用聚乙烯醇诱导聚吡咯形成小球，再与多巴胺改性的薄膜材料分散液复合形成。
13、优选的，介电层、隔热层、高能粒子屏蔽层通过胶粘方式形成环境保护层。
14、一种柔性智能蒙皮的研制方法，包括：
15、根据被测装备结构和测试需求，确定待贴装传感器的类型、数量和位置，确定柔性传感阵列、辅助模块的节点数、布局及连接方式，订制化设计柔性智能蒙皮结构；
16、减薄辅助模块中各芯片的硅基底，硅基底厚度低于25μm，得到相应的各超薄柔性芯片；
17、在柔性基底上预留设计的各节点，通过3d打印方式喷涂形成节点之间的蛇形导线；
18、将各传感器和辅助模块中的各超薄柔性芯片安装至柔性基底预留位置，与柔性基底胶粘，并将传感器针脚与蛇形导线焊接牢固，得到制备完成的柔性智能蒙皮；
19、将柔性智能蒙皮贴装至航天器表面，对柔性智能蒙皮测量性能进行校准和原位标定。
20、优选的，减薄辅助模块中各芯片的硅基底，减薄方法为：
21、1)在芯片晶圆正面进行贴膜处理，采用砂轮对晶圆进行粗磨，通过去离子水循环冷却方式加速研磨过程中晶圆的热扩散，减少热应力导致的裂纹萌生；
22、2)采用砂轮对完成粗磨后的晶圆进行精磨，降低研磨残余应力，避免晶圆翘曲；
23、3)采用磨轮对精磨后的晶圆继续研磨，在研磨过程中加入由化学腐蚀剂和磨料颗粒组成的研磨浆料，进一步消除研磨致残余应力，提高晶圆平整度；
24、4)对平整薄化后的晶圆进行背面贴膜和正面保护膜移除，经激光切割划片得到超薄柔性单芯片。
25、优选的，采用砂轮对晶圆进行粗磨，砂轮选用4000目金刚石砂轮。
26、优选的，采用砂轮对完成粗磨后的晶圆进行精磨，砂轮选用8000目金刚石砂轮。
27、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
28、(1)本专利技术为一种便携的系统，所有的器件都集成在一个柔性的基底上，使用的时候可以像创可贴一样贴合在对应的航天器结构表面即可。
29、(2)本专利技术使用应变、温度、加速度、超声等多个传感器阵列，通过一体化柔性封装集成的方法制备柔性蒙皮，兼顾轻、薄、柔、小、异型曲面或狭小空间共形的特点。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种航天器结构健康监测的柔性智能蒙皮，其特征在于，蒙皮为内外两层粘连结构，包括位于外层的环境防护层、位于内层的柔性监测层；
2.根据权利要求1所述的柔性智能蒙皮，其特征在于，所述柔性传感阵列包括若干个应变传感器、若干个温度传感器、若干个加速度计传感器、若干个超声传感器，上述各传感器阵列式分布在柔性基底上；
3.根据权利要求1所述的柔性智能蒙皮，其特征在于，所述环境防护层由内向外依次包括介电层、隔热层、高能粒子屏蔽层；
4.根据权利要求1所述的柔性智能蒙皮，其特征在于，介电层、隔热层、高能粒子屏蔽层通过胶粘方式形成环境保护层。
5.一种如权利要求1所述的柔性智能蒙皮的研制方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的柔性智能蒙皮的研制方法，其特征在于，减薄辅助模块中各芯片的硅基底，减薄方法为：
7.根据权利要求6所述的柔性智能蒙皮的研制方法，其特征在于，采用砂轮对晶圆进行粗磨，砂轮选用4000目金刚石砂轮。
8.根据权利要求6所述的柔性智能蒙皮的研制方法，其特征在于，采用砂轮对完成粗磨后的晶
...【技术特征摘要】
1.一种航天器结构健康监测的柔性智能蒙皮，其特征在于，蒙皮为内外两层粘连结构，包括位于外层的环境防护层、位于内层的柔性监测层；
2.根据权利要求1所述的柔性智能蒙皮，其特征在于，所述柔性传感阵列包括若干个应变传感器、若干个温度传感器、若干个加速度计传感器、若干个超声传感器，上述各传感器阵列式分布在柔性基底上；
3.根据权利要求1所述的柔性智能蒙皮，其特征在于，所述环境防护层由内向外依次包括介电层、隔热层、高能粒子屏蔽层；
4.根据权利要求1所述的柔性智能蒙皮，其特征在于，介电层...
【专利技术属性】
技术研发人员：张尧，王鹏飞，贾怡，李振，纪玮，李梦竹，程杨洋，王伟华，樊彦艳，孔娅，张少军，蓝越新竹，
申请(专利权)人：中国航天科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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