本發(fā)明是一種同時(shí)檢測(cè)溫度和應(yīng)變信號(hào)的傳感器，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

溫度和應(yīng)變是測(cè)試航空零件疲勞壽命的兩個(gè)重要參數(shù),對(duì)它們實(shí)施監(jiān)測(cè)并提高測(cè)量精度是保證航空零件壽命計(jì)算值可靠性的前提。針對(duì)部分航空類零件工作環(huán)境復(fù)雜多變的情況，需要實(shí)時(shí)性地對(duì)零件的溫度和應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果分析航空零件的工作狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，避免操作失誤和過載運(yùn)轉(zhuǎn)等情況造成不必要的損失。傳統(tǒng)的傳感器由于本身的工作條件和體積受到工作環(huán)境和安裝空間的限制，有時(shí)根本無法布置于被測(cè)航空零件，故測(cè)試值不能實(shí)時(shí)反映航空零部件的工作狀態(tài)。而且傳統(tǒng)的傳感器只能對(duì)溫度或應(yīng)變信號(hào)單獨(dú)進(jìn)行測(cè)量，需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳感器進(jìn)行溫度和應(yīng)變兩種信號(hào)的測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而設(shè)計(jì)提供了一種同時(shí)檢測(cè)溫度和應(yīng)變信號(hào)的傳感器，其目的是使用一個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)量溫度和應(yīng)變兩種信號(hào)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

該種同時(shí)檢測(cè)溫度和應(yīng)變信號(hào)的傳感器包括貼覆在待測(cè)零件表面(1)上的具有導(dǎo)電功能的金屬薄膜層Ⅰ(2)，金屬薄膜層Ⅰ(2)上帶一根信號(hào)引出線Ⅰ(6)；

在金屬薄膜層Ⅰ(2)的上面貼覆一層對(duì)溫度信號(hào)敏感的功能薄膜層(3)，所述功能薄膜層(3)的材料是鎳鉻、鎳硅、鉑銠13、鉑、鉑銠10、鉑銠30、鉑銠6、康銅或銅，功能薄膜層(3)的厚度不小于5nm，功能薄膜層(3)與金屬薄膜層Ⅰ(2)的重疊貼覆的面積不小于0.02mm²，功能薄膜層(3)與金屬薄膜層Ⅰ(2)導(dǎo)通；

在功能薄膜層(3)的上表面與一根對(duì)應(yīng)變信號(hào)敏感的柵狀線條(4)的一端連接，所述柵狀線條(4)的材料是金、錳、鉑、康銅、鎳鉻、鎳鉻鋁鐵合金、鎳鉻硅、鎳鉻鋁銅合金、鈀鉻或鉑鎢合金，柵狀線條(4)的線條的寬度不小于0.2mm，柵狀線條(4)的線條的長(zhǎng)度不小于0.5mm，柵狀線條的厚度不小于5nm，柵狀線條(4)的線條與功能薄膜層(3)的連接端的接觸面積不小于0.02mm²，柵狀線條(4)與功能薄膜層(3)的連接端之外的其它部分貼覆在待測(cè)零件表面(1)上；

在柵狀線條(4)的線條與功能薄膜層(3)的連接端的接觸位置處貼覆一層金屬薄膜層Ⅱ(5)，該金屬薄膜層Ⅱ(5)不與功能薄膜層(3)接觸，在柵狀線條(4)的線條的另一端同樣貼覆一層金屬薄膜層Ⅱ(5)，所述金屬薄膜層Ⅱ(5)的厚度不小于5nm，該金屬薄膜層Ⅱ(5)與柵狀線條(4)線條的連接端的接觸面積不小于0.02mm²，從與柵狀線條(4)兩端連接的金屬薄膜層Ⅱ(5)上各引出一根信號(hào)引出線Ⅱ(7)和信號(hào)引出線Ⅲ(8)。

所述金屬薄膜層Ⅰ(2)、功能薄膜層(3)、柵狀線條(4)和金屬薄膜層Ⅱ(5)的厚度疊加之和小于1mm。

所述各貼覆和接觸部位的結(jié)合力按接觸式測(cè)量方法測(cè)量的數(shù)據(jù)應(yīng)大于50N。

在金屬薄膜層Ⅰ(2)與金屬薄膜層Ⅱ(5)之間填充絕緣材料，所述的絕緣材料是氧化物、氮化物或非金屬單質(zhì)絕緣材料。

柵狀線條(4)的線條與功能薄膜層(3)的連接端形成一個(gè)熱電偶，該熱電偶為鎳鉻-鎳硅的K型熱電偶、鉑銠13-鉑的R型熱電偶、鉑銠10-鉑的S型熱電偶、鉑銠30-鉑銠6的B型熱電偶、鎳鉻-康銅的E型熱電偶或銅-康銅的T型熱電偶中的一種。該熱電偶可以對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行反應(yīng)，所述的幾種型號(hào)的熱電偶為常用的組合方式，對(duì)溫度信號(hào)的反應(yīng)效果顯著。

本發(fā)明所述的傳感器在封裝成品的表層鍍制一層保護(hù)層(9)。該保護(hù)層(9)是Al₂O₃、Al₃N₄或SiO₂的一種或幾種層疊而成。

所述金屬薄膜層Ⅰ(2)、功能薄膜層(3)、柵狀線條(4)與金屬薄膜層Ⅱ(5)以層疊方式集成到待測(cè)零件表面(1)上，若待測(cè)零件表面(1)為金屬材料，需在待測(cè)零件表面和金屬薄膜層Ⅰ(2)、功能薄膜層(3)、柵狀線條(4)與金屬薄膜層Ⅱ(5)之間用絕緣層(10)進(jìn)行絕緣處理。該絕緣層(10)是通過溶膠凝膠、表面噴涂、表面離子鍍膜或表面化學(xué)反應(yīng)的一種或幾種方式制備而成。

本發(fā)明技術(shù)方案的特點(diǎn)是該種傳感器為薄膜狀結(jié)構(gòu)，可以直接貼覆到零件表面，通過表面絕緣層制備技術(shù)，使絕緣層的電阻值達(dá)到MΩ級(jí)，而且完全能夠鍍制到金屬基體表面，克服了以前的以絕緣材料為基體的薄膜傳感器的局限；該傳感器也不受零件結(jié)構(gòu)形狀和工作環(huán)境的限制，把溫度檢測(cè)和應(yīng)變檢測(cè)功能集成于一體，實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變信號(hào)同時(shí)快速檢測(cè)。該種傳感器為微米或納米級(jí)的薄膜,與傳統(tǒng)傳感器相比,具有體積小、重量低，響應(yīng)速度快，并且不會(huì)影響航空零件的精度，對(duì)壁厚或零件結(jié)構(gòu)形狀要求低，通過分開引線，溫度和應(yīng)變信號(hào)不會(huì)相互影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明所述傳感器的封裝示意圖

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述：

實(shí)施例1

參見附圖1～2所示，選擇一尺寸為100mm×100mm，厚度為a mm的單面拋光鋁片為待測(cè)零件表面1，通過在酒精溶液中進(jìn)行超聲波清洗后，對(duì)其表面進(jìn)行陽極氧化后磨削處理，使表面粗糙度小于1.6μm，然后在待測(cè)零件表面1上使用直流反應(yīng)磁控濺射方法鍍制Al₂O₃/Al₃N₄絕緣層10，并且保證絕緣層10的電阻值達(dá)到MΩ以上。采用磁控濺射技術(shù)在絕緣層10表面鍍制厚度為100nm的銀，即為金屬薄膜層Ⅰ2，并制備出一根形成溫度傳感器一端的信號(hào)引出線Ⅰ6；接著在銀表面鍍制厚度為50nm銅材料的功能薄膜層3，功能薄膜層3的銅和金屬薄膜層Ⅰ2的銀的接觸面積為0.25mm²；然后在銅表面鍍制厚度為50nm康銅材料的柵狀線條4，柵狀線條4的線條寬度為0.3mm，長(zhǎng)度為30mm，柵狀線條4的康銅和功能薄膜層3的銅的接觸面積為0.25mm²，康銅既作為溫度傳感器的另一極，也作為應(yīng)變傳感器的敏感柵；為了保證傳感器的引線之間不發(fā)生導(dǎo)通，在未重疊部分的上述銀表面鍍制一層Al₂O₃/Al₃N₄絕緣層；接下來將銀金屬薄膜層Ⅱ5鍍制到上一步完成的薄膜上面，作為溫度傳感器的另一端引線或者是應(yīng)變傳感器的引線，該層銀與康銅兩端的接觸面積都為0.25mm²；最后在所述的一種同時(shí)檢測(cè)溫度和應(yīng)變信號(hào)的傳感器表面鍍制一層Al₂O₃保護(hù)層9，形成5×5陣列形式的一種同時(shí)檢測(cè)溫度和應(yīng)變信號(hào)的傳感器陣列。

所述一種可以同時(shí)檢測(cè)溫度和應(yīng)變信號(hào)的傳感器的引線封裝工藝采用如圖2所示的封裝形式，即所有引線的焊盤都處于基片的一側(cè)，焊盤與對(duì)應(yīng)的引線利用電子電焊機(jī)焊接在一起，在焊接點(diǎn)位置涂導(dǎo)電膠進(jìn)行固定引線。焊接完成后引線及焊盤表面涂覆抗氧化無機(jī)膠，防止焊盤附近發(fā)生氧化。然后經(jīng)過冷卻固化后形成一種可以同時(shí)檢測(cè)溫度和應(yīng)變信號(hào)的傳感器的封裝形式。

實(shí)施例二

如圖2所示，選擇一尺寸為200mm×200mm，厚度為b mm的陶瓷為基片，通過在酒精溶液中進(jìn)行超聲波清洗后。采用離子束輔助沉積技術(shù)在基體表面鍍制厚度為80nm的金，即為金屬薄膜層Ⅰ2，形成溫度傳感器的一端引線；接著在銀表面鍍制厚度為60nm的鉑，即為功能薄膜層3，金和鉑的接觸面積為0.5mm²；然后在鉑表面鍍制厚度為70nm的鉑銠，即為柵狀線條4，鉑銠的線條寬度為0.4mm，線條長(zhǎng)度為50mm，鉑銠和鉑的接觸面積為0.5mm²，鉑銠既作為溫度傳感器的另一極，也作為應(yīng)變傳感器的敏感柵；為了保證傳感器的引線之間不發(fā)生導(dǎo)通，在未重疊部分的上述金表面鍍制一層Al₂O₃/Al₃N₄絕緣層；接下來將金金屬薄膜層Ⅱ5鍍制到上一步完成的薄膜表面，作為溫度傳感器的另一端引線或者是應(yīng)變傳感器的引線，該層金與鉑銠兩端的接觸面積都為0.5mm²；最后在所述的一種同時(shí)檢測(cè)溫度和應(yīng)變信號(hào)的傳感器表面鍍制一層Al₂O₃保護(hù)層9，形成5×5陣列形式的一種同時(shí)檢測(cè)溫度和應(yīng)變信號(hào)的傳感器陣列，如圖2所示。