【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于薄膜传感器，具体涉及一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道及其制备方法。
技术介绍
1、飞机液压管道是飞控和航空的关键部件。现代大型客机液压管道网络具有“长、散、杂”的特点，全机管道数量多、长度长、壁厚薄；空间形态各异，遍布全机；且其载荷环境恶劣多变(振动过载超过200g、工作温度-40℃～135℃)。液压管道影响液压系统的工作性能及寿命，事关飞行安全。然而，传统的航空液压管道振动及应变监测常依赖于振动加速度传感器及胶合式应变传感器，其存在安装复杂、破坏原有振动特性、误差大等问题，严重制约了液压管道系统的监测。
2、针对曲面上图形化薄膜传感器的应变敏感栅技术，掩模版无法与被加工结构件完全贴合，导致制备的应变敏感栅图案与掩模版上待转移图案尺寸不一致或线宽不均，且局部位置可能存在衍射现象，影响了该方法的准确性和薄膜传感器的输出性能。中国专利cn116904922a提出一种用于制备应变敏感栅薄膜的金属掩膜压紧结构，通过加工特殊的压紧结构来解决掩模版在曲面构件上的应用难题，但其配套的压紧结构制备复杂。中国专利cn116024570a公开一种超高温曲面金属基厚/薄膜传感器绝缘层及其制备方法，采用喷涂、丝网印刷、脉冲激光沉积方式制备薄膜，但应变敏感栅图形化仍需配套网版或掩模版，且属于厚膜制备工艺方法，难以保障敏感膜结构和性能参数一致性。因此，亟需开发一种新型高效的液压管道原位振动/应变监测的薄膜应变传感器及其原位制备方法。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在
2、为达到上述目的，本专利技术采用技术以下方案：
3、一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，包括液压管道本体，液压管道本体的表面设有绝缘层，所述绝缘层的表面设有应变敏感层，所述应变敏感层具有应变传感器结构，应变敏感层的表面设有保护层。
4、优选的，所述绝缘层包括非晶氮氧化铝扩散阻挡层和氧化铝绝缘层，所述非晶氮氧化铝扩散阻挡层沉积于液压管道本体表面；所述氧化铝绝缘层沉积于所述非晶氮氧化铝扩散阻挡层表面。
5、优选的，所述非晶氮氧化铝扩散阻挡层厚度为100nm～150nm；氧化铝绝缘层厚度为400nm～1μm。
6、优选的，所述应变传感器结构包括：用于测量液压管道本体轴向应变的第一应变敏感单元，用于测量液压管道本体径向应变的第二应变敏感单元，以及与所述第一应变敏感单元和第二应变敏感单元连接的焊盘。
7、优选的，所述第一应变敏感单元采用应变敏感栅，第二应变敏感单元采用应变敏感栅，应变敏感栅的线宽为90μm～110μm、栅丝间距为80μm～120μm。
8、优选的，应变敏感层薄膜材料为镍铬合金、karma合金或康铜，厚度为400nm-700nm。
9、优选的，保护层采用氧化铝保护层，厚度为400nm～700nm。
10、本专利技术如上所述的具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道的制备方法，包括如下过程：
11、对液压管道本体表面进行预处理，使液压管道本体表面粗糙度≤50nm；
12、在表面预处理后的液压管道本体的表面制备绝缘层；
13、在所述绝缘层表面通过直流磁控溅射方式制备应变敏感层材料；
14、使用激光在应变敏感层材料上进行刻蚀，刻蚀出应变传感器结构，形成应变敏感层，之后进行清洗、干燥；
15、在应变敏感层表面制备保护层，得到所述具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道。
16、优选的，所述绝缘层包括非晶氮氧化铝扩散阻挡层和氧化铝绝缘层，在表面预处理后的液压管道本体的表面制备绝缘层的过程包括：在表面预处理后的液压管道本体的表面射频磁控溅射非晶氮氧化铝扩散阻挡层；在非晶氮氧化铝扩散阻挡层表面射频磁控溅射氧化铝绝缘层；
17、使用激光在应变敏感层材料上进行刻蚀时，刻蚀停止于氧化铝绝缘层；
18、所述应变传感器结构包括：用于测量液压管道本体轴向应变的第一应变敏感单元，用于测量液压管道本体径向应变的第二应变敏感单元，以及与所述第一应变敏感单元和第二应变敏感单元连接的焊盘；保护层采用氧化铝保护层；在应变敏感层表面制备保护层时：在焊盘位置放置保护层掩膜版遮挡焊盘，将外框掩膜版边缘和液压管道本体固定，然后采用射频磁控溅射方法制备氧化铝保护层。
19、优选的，使用激光在应变敏感层材料上进行刻蚀时，采用1064nm红外激光，脉宽设置为10ps～2ns，重复频率设置为50khz～4000khz，单脉冲能量设置为5μj～38μj，刻蚀速率为50～200mm/s。
20、本专利技术具有如下有益效果：
21、本专利技术具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道中，液压管道和薄膜应变传感器(即绝缘层、应变敏感层和保护层形成的整体结构)是一体结构，具体的，薄膜应变传感器中的绝缘层直接设置在液压管道本体表面，无需使用胶，进而不会破坏原有振动特性，绝缘层的表面设置应变敏感层，应变敏感层具有应变传感器结构，利用应变敏感层中的应变传感器结构能够精确检测液压管道本体的应变，相对于现有技术在航空液压管道上胶合式应变传感器检测液压管道本体的应变，本专利技术所测得的应变误差相对较小，而且传感器结构是原位设置在液压管道本体表面的，因而能够实现航空液压管道等曲面部件的表面应变、振动等状态参数的原位监测，为航空液压管道健康监测提供更加准确的数据支撑。由于本专利技术中液压管道和应变传感器是一体结构，因而该航空液压管道本身具有原位振动/应变监测功能，在现场无需额外安装传感器，因此避免了现有技术中需要在航空液压管道上额外安装应变传感器的工序，同时也避免了安装应变传感器时的复杂工序。
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1.一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，包括液压管道本体(1)，液压管道本体(1)的表面设有绝缘层，所述绝缘层的表面设有应变敏感层(4)，所述应变敏感层(4)具有应变传感器结构，应变敏感层(4)的表面设有保护层。
2.根据权利要求1所述的一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，所述绝缘层包括非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)和氧化铝绝缘层(3)，所述非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)沉积于液压管道本体(1)表面；所述氧化铝绝缘层(3)沉积于所述非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)表面。
3.根据权利要求2所述的一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，所述非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)厚度为100nm～150nm；氧化铝绝缘层(3)厚度为400nm～1μm。
4.根据权利要求1所述的一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，所述应变传感器结构包括：用于测量液压管道本体(1)轴向应变的第一应变敏感单元，用于测量液压管道本体(1)径向应变的第二应变敏感单元，以及与所述第一应变敏感单元和第二应变敏感单
5.根据权利要求4所述的一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，所述第一应变敏感单元采用应变敏感栅，第二应变敏感单元采用应变敏感栅，应变敏感栅的线宽为90μm～110μm、栅丝间距为80μm～120μm。
6.根据权利要求1所述的一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，应变敏感层(4)薄膜材料为镍铬合金、Karma合金或康铜，厚度为400nm-700nm。
7.根据权利要求1所述的一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，保护层采用氧化铝保护层(8)，厚度为400nm～700nm。
8.权利要求1-7任意一项所述的具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
9.根据权利要求8所述的具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道的制备方法，其特征在于，所述绝缘层包括非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)和氧化铝绝缘层(3)，在表面预处理后的液压管道本体(1)的表面制备绝缘层的过程包括：在表面预处理后的液压管道本体(1)的表面射频磁控溅射非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)；在非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)表面射频磁控溅射氧化铝绝缘层(3)；
10.根据权利要求9所述的具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道的制备方法，其特征在于，使用激光在应变敏感层材料上进行刻蚀时，采用1064nm红外激光，脉宽设置为10ps～2ns，重复频率设置为50kHz～4000kHz，单脉冲能量设置为5μJ～38μJ，刻蚀速率为50～200mm/s。
...【技术特征摘要】
1.一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，包括液压管道本体(1)，液压管道本体(1)的表面设有绝缘层，所述绝缘层的表面设有应变敏感层(4)，所述应变敏感层(4)具有应变传感器结构，应变敏感层(4)的表面设有保护层。
2.根据权利要求1所述的一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，所述绝缘层包括非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)和氧化铝绝缘层(3)，所述非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)沉积于液压管道本体(1)表面；所述氧化铝绝缘层(3)沉积于所述非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)表面。
3.根据权利要求2所述的一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，所述非晶氮氧化铝扩散阻挡层(2)厚度为100nm～150nm；氧化铝绝缘层(3)厚度为400nm～1μm。
4.根据权利要求1所述的一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，所述应变传感器结构包括：用于测量液压管道本体(1)轴向应变的第一应变敏感单元，用于测量液压管道本体(1)径向应变的第二应变敏感单元，以及与所述第一应变敏感单元和第二应变敏感单元连接的焊盘(6)。
5.根据权利要求4所述的一种具有原位振动/应变监测功能的航空液压管道，其特征在于，所述第一应变敏感单元采用应变敏感栅，第二应变敏感单元采用应变敏感栅，应变敏感栅的线宽为9...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗国希，张玉卓，欧阳双如，薛冲，赵立波，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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