【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于极端环境传感测试，具体涉及一种温度-压力-热流三参量的复合微纳传感器及其制备方法。
技术介绍
1、极端环境传感测试的重要性不言而喻，它对于许多关键领域的安全、效率和质量控制都至关重要。尤其是极端环境中的温度、热流以及压力的测量在航空航天、船舶海洋、能源勘探和石油化工等多个领域中都备受关注。在航空航天领域，随着高超声速飞行器的迅速发展，飞行马赫数不断增加，飞行器表面气动加热问题越发严重。这将导致飞行器的结构外形发生严重烧蚀，结构强度以及刚度下降，严重地威胁到高超声速飞行器的飞行安全。同时高超飞行器的发动机在运行过程中，一系列非正常因素，如喘振、进气道畸变、喷嘴雾化不良以及机组部件之间的相互干扰等，都可能导致发动机燃烧的不稳定性。燃烧的不稳定性可能引发发动机燃烧室薄壁结构的振动和疲劳，缩短使用寿命，甚至导致发动机在空中熄火，从而引发严重事故。因此，实现对高超声速飞行器关键部件温度、热流和压力参量的实时监测能为高超声速飞行器的科学研究提供关键数据，有助于更好地理解和改善飞行器结构及热防护系统的设计。
2、常规测量方法通常会受到极端环境的影响，可能引起测量偏差或导致传感器无法正常工作。为应对这一挑战，使用光纤传感器或同轴热电偶成为目前备受关注的解决方案，二者都具有耐高温、抗电磁干扰、重复性误差小等特点。在当前技术水平下，尽管光纤传感器与同轴热电偶在高温环境下表现出色，但二者大多数仅实现了单参数的测量，对于温度、压力和热流等多参数的同步监测，目前仍存在挑战。因此，多参数传感器的研发和应用具有巨大的发展潜力，将为极
技术实现思路
1、本专利技术的目的提供一种温度-压力-热流三参量复合微纳传感器及其制备方法，该温度-压力-热流三参量复合微纳传感器能够同时对温度、压力和热流三个参量进行测试。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种温度-压力-热流三参量的复合微纳传感器，包括敏感芯体和包裹在敏感芯体外的封装壳体；
4、敏感芯体包括主体光纤、同轴热电偶和端面薄膜层且敏感芯体具有相对的检测端和连接端，其中，主体光纤在靠近检测端的端部制备有法珀谐振腔，法珀谐振腔远离主体光纤的一端形成压力敏感膜片层，压力敏感膜片层感应于压力发生弹性形变使得法珀谐振腔的腔长发生变化；
5、同轴热电偶包括沿主体光纤的侧壁依次向外设置的负极薄膜层、绝缘层和正极薄膜层以及设置在检测端的端面的端面薄膜层，端面薄膜层导通负极薄膜层和正极薄膜层，负极薄膜层和正极薄膜层分别由两种具有不同热电性能的金属或合金制得，当同轴热电偶受热时，正极薄膜层和负极薄膜层之间产生电势差。
6、在一些可能的实现方式中，法珀谐振腔为通过在主体光纤的一端采用电弧放电技术熔接一段空芯光纤，空芯光纤再与配合光纤熔接而形成的密封空腔。
7、在一些可能的实现方式中，封装壳体包括依次连接的前端套管、后端保护管和热电偶插头；
8、敏感芯体被前端套管包裹固定并露出检测端的端面，正极薄膜层和负极薄膜层分别连接有一根金属丝，两根金属丝之间绝缘，金属丝穿过前端套管和后端保护管并与热电偶插头导通。
9、在一些可能的实现方式中，前端套管的内径与敏感芯体的外径相同。
10、在一些可能的实现方式中，前端套管、主体光纤、空芯光纤和配合光纤的材质相同，金属丝的材质与其连接的正极薄膜层或负极薄膜层相同。
11、在一些可能的实现方式中，前端套管的长度与主体光纤的长度相当。
12、在一些可能的实现方式中，后端保护管内填充有高温绝缘粉末。
13、一种上述复合微纳传感器的制备方法，包括如下步骤：
14、(1)在主体光纤的一端采用电弧放电技术熔接一段空芯光纤，空芯光纤再与配合光纤熔接，形成密封的法珀谐振腔；
15、(2)机械研磨配合光纤以在法珀谐振腔远离主体光纤的端面形成压力敏感膜片层；
16、(3)在主体光纤上沉积同轴热电偶，得到敏感芯体，同轴热电偶包括在主体光纤的侧壁依次形成的负极薄膜层、绝缘层和正极薄膜层以及设置在主体光纤靠近检测端的端面上的端面薄膜层；
17、(4)在负极薄膜层和正极薄膜层上分别连接一根金属丝；
18、(5)将敏感芯体设置于封装壳体内。
19、在一些可能的实现方式中，封装壳体包括依次前端套管、后端保护管和热电偶插头，前端套管、主体光纤、空芯光纤和配合光纤的材质相同，敏感芯体被前端套管包裹固定并露出检测端的端面，金属丝穿过前端套管和后端保护管并与热电偶插头导通；
20、制备方法还包括步骤(6)对前端套管进行激光加热处理，使前端套管的内壁受热塌陷，包裹住敏感芯体。
21、在一些可能的实现方式中，负极薄膜层、绝缘层、正极薄膜层和端面薄膜层通过磁控溅射法形成。
22、本专利技术至少具有如下有益效果：
23、(1)本专利技术的复合微纳传感器通过压力敏感膜片层和法珀谐振腔的配合对压力进行检测，通过同轴热电偶实现对温度的检测，通过温度可反演计算热流大小，实现了同时对多个参数的监测，具有耐高温、抗电磁干扰、重复性误差小等特点。
24、(2)在一些可能的实现方式中，敏感芯体与前端套管通过激光热处理的方式实现焊接，使得敏感芯体与封装壳体一体化，改善了同轴热电偶抗震能力差的缺点，有利于实现复合微纳传感器在恶劣环境下测量高温高热流。
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1.一种温度-压力-热流三参量的复合微纳传感器，其特征在于，包括敏感芯体和包裹在所述敏感芯体外的封装壳体；
2.如权利要求1所述的复合微纳传感器，其特征在于，所述法珀谐振腔为通过在主体光纤的一端采用电弧放电技术熔接一段空芯光纤，所述空芯光纤再与配合光纤熔接而形成的密封空腔。
3.如权利要求2所述的复合微纳传感器，其特征在于，所述封装壳体包括依次连接的前端套管、后端保护管和热电偶插头；
4.如权利要求3所述的复合微纳传感器，其特征在于，所述前端套管的内径与所述敏感芯体的外径相同。
5.如权利要求3或4所述的复合微纳传感器，其特征在于，所述前端套管、所述主体光纤、所述空芯光纤和所述配合光纤的材质相同，所述金属丝的材质与其连接的所述正极薄膜层或所述负极薄膜层相同。
6.如权利要求5所述的复合微纳传感器，其特征在于，所述前端套管的长度与所述主体光纤的长度相当。
7.如权利要求3所述的复合微纳传感器，其特征在于，所述后端保护管内填充有高温绝缘粉末。
8.一种权利要求1-7中任意一项所述的复合微纳传感器的制备
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述封装壳体包括依次前端套管、后端保护管和热电偶插头，所述前端套管、所述主体光纤、所述空芯光纤和所述配合光纤的材质相同，所述敏感芯体被所述前端套管包裹固定并露出所述检测端的端面，所述金属丝穿过所述前端套管和所述后端保护管并与所述热电偶插头导通；
10.如权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述负极薄膜层、所述绝缘层、所述正极薄膜层和所述端面薄膜层通过磁控溅射法形成。
...【技术特征摘要】
1.一种温度-压力-热流三参量的复合微纳传感器，其特征在于，包括敏感芯体和包裹在所述敏感芯体外的封装壳体；
2.如权利要求1所述的复合微纳传感器，其特征在于，所述法珀谐振腔为通过在主体光纤的一端采用电弧放电技术熔接一段空芯光纤，所述空芯光纤再与配合光纤熔接而形成的密封空腔。
3.如权利要求2所述的复合微纳传感器，其特征在于，所述封装壳体包括依次连接的前端套管、后端保护管和热电偶插头；
4.如权利要求3所述的复合微纳传感器，其特征在于，所述前端套管的内径与所述敏感芯体的外径相同。
5.如权利要求3或4所述的复合微纳传感器，其特征在于，所述前端套管、所述主体光纤、所述空芯光纤和所述配合光纤的材质相同，所述金属丝的材质与其连接的所述正极薄膜层或所述负极薄膜层相同。
6.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛晨阳，海振银，张翼航，苏智轩，陈俊，陈越，林润泽，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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