一种弓字型印制片的断-通式烧蚀传感器的制作方法

1.本发明涉及一种烧蚀传感器，具体涉及一种弓字型印制片的断-通式烧蚀传感器。用于再入飞行器在飞行试验时防热材料烧蚀量的测量。


背景技术：

2.烧蚀测量是导弹或其他再入飞行器在飞行试验时防热材料烧蚀量的测量技术，是研究烧蚀理论、烧蚀材料、以及防热设计中的一个重要的试验手段。烧蚀传感器是主要用于宇航工程中的特种测量装置。
3.当再入飞行器进入地球大气层时，它所经受的环境条件为驻点压力20mpa，加热率2.2
×
105kw/m2,表面温度可达3900k，过载200g。这些环境条件对飞行器的最主要威胁是极高的加热率及气动冲刷率，为保证飞行器的安全着陆，必须采用烧蚀防热技术对飞行器进行保护，即用烧蚀材料制成特殊结构作为再入飞行器的蒙皮。
4.在再入期间的高热、高压下烧蚀材料在逐层的由外向内产生一系列物理化学变化过程，过程中吸收一部分热量，降低了飞行器外表面的温度，烧蚀传感器就是从飞行器内部检测飞行过程中烧蚀材料的烧蚀量。
5.烧蚀传感器自20世纪50年代问世以来发展很快，尤其是美国的研究成就很大，由于烧蚀传感器主要用于军事领域，我国的烧蚀传感器发展落后于国外。目前用于再入飞行试验在线测量的烧蚀传感器主要还是早期的断通式、通断式、模拟电阻式烧蚀传感器。
6.一些新型的烧蚀测量系统如光学图像测试系统，设计复杂、体积大、成本高，只适用于地面烧蚀试验。而飞行器在飞行试验时防热材料烧蚀量的测量通常采用的是通断式烧蚀传感器，该传感器预先设定待测量外围烧蚀的厚度，虽然烧蚀的材料与印制线上的金属丝材质的匹配性一致，但在实际测量过程中，烧蚀材料与金属丝燃烧程度可能不一致，在金属丝先导通后熔断的过程中，存在响应时间误差，进而导致通断式烧蚀传感器的测量存在不可靠的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了解决现有通断式烧蚀传感器的测量存在不可靠的问题。进而提供一种弓字型印制片的断-通式烧蚀传感器。
8.本发明的技术方案是：一种弓字型印制片的断-通式烧蚀传感器，包括底板、压板、印制片、壳体、上盖和电缆线，印制片铺装在底板上，压板压装在印制片上，壳体安装在底板、压板和印制片的一端端部，印制片上的“弓字型”印制线与插装在壳体上的电缆线连接，上盖盖装在壳体的端部
9.进一步地，压板的一端卡装在壳体内，且压板与壳体之间留有间隙。
10.进一步地，所述间隙、以及上盖和电缆线之间的空隙中均填充环氧胶。
11.进一步地，印制片包括玻璃纤维布、多个焊盘和多根卡玛合金印制线，多个焊盘分成两列并排焊接在玻璃纤维布的一端，每根卡玛合金印制线的一端均与一个焊盘连接，每
根卡玛合金印制线的另一端沿玻璃纤维布的长度方向延伸并在玻璃纤维布的另一端向内弯折后引出。
12.进一步地，玻璃纤维布为长条形布。
13.进一步地，卡玛合金印制线的另一端向内连续弯折两次135
°
后形成弓字型走线。
14.进一步地，底板和压板的材料均三维五向石英/酚醛。
15.进一步地，它还包括电连接器，电连接器与电缆线的端部连接。
16.本发明与现有技术相比具有以下效果：
17.1、本发明采用箔式断-通型原理的烧蚀传感器，该原理是利用高硅氧类防热材料在烧蚀过程中形成能导电的炭化层，将埋在防热层材料中不同深度的金属丝连通，接通外电路，输出电信号，实现烧蚀厚度与电信号之间的转换。敏感元件选用卡玛合金箔式印制片作为烧蚀元件，产生的断通信号经过电缆输出，再通过电连接器输出。
18.2、本发明的印制板走线采用弓字型，其走线形状使得卡玛合金印制线的主线与分线成90
°
垂直方向，便于在烧蚀过程中线路导通，加快烧蚀传感器的响应时间和增加传感器的稳定性。印制板下方设有玻璃纤维布，进而增加了传感器探头的粘接稳定性，提高粘接接强度。
附图说明
19.图1是本发明的主剖视图，图2是印制片3的俯视图。
具体实施方式
20.具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的一种弓字型印制片的断-通式烧蚀传感器包括底板1、压板2、印制片3、壳体4、上盖6和电缆线7，印制片3铺装在底板1上，压板2压装在印制片3上，壳体4安装在底板1、压板2和印制片3的一端端部，印制片3上的“弓字型”印制线与插装在壳体4上的电缆线7连接，上盖6盖装在壳体4的端部。
21.本实施方式利用烧蚀材料在烧蚀过程中形成碳化层将埋在烧蚀材料中的金属导线联通，接通外电路，输出电信号的原理实现烧蚀厚度与电量之间的转换。箔式印制板作为烧蚀传感器的金属导线，箔片材料选则卡玛合金箔，基底材料选用聚四氟乙烯薄膜。
22.本实施方式的箔式断-通型原理是利用高硅氧类防热材料在烧蚀过程中形成能导电的炭化层，将埋在防热层材料中不同深度的金属丝连通，接通外电路，输出电信号，实现烧蚀厚度与电信号之间的转换。敏感元件选用卡玛合金箔式印制片作为烧蚀元件，产生的断通信号经过电缆输出，再通过电连接器输出。
23.具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的压板2的一端卡装在壳体4内，且压板2与壳体4之间留有间隙。如此设置，便于为印制线的引出预留空间。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
24.具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述间隙、以及上盖6和电缆线7之间的空隙中均填充环氧胶5。如此设置，便于实现敏感元件的封装。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
25.具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式的印制片3包括玻璃纤维布3-1、多个焊盘3-2和多根卡玛合金印制线3-3，多个焊盘3-2分成两列并排焊接在玻璃纤
维布3-1的一端，每根卡玛合金印制线3-3的一端均与一个焊盘3-2连接，每根卡玛合金印制线3-3的另一端沿玻璃纤维布3-1的长度方向延伸并在玻璃纤维布3-1的另一端向内弯折后引出。如此设置，印制线为卡玛合金，印制片基底材料为玻璃纤维布，其为无机非金属材料，绝缘性好，抗腐蚀性好，机械强度高，与压板和地板的粘接性能强。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
26.本实施方式的印制板走线采用弓字型，其走线形状使得卡玛合金印制线的主线与分线成90
°
垂直方向，其印制板走线弯度为135
°
拐角，可以避免产生不必要的辐射而且135
°
角转弯2次就可以完成90度转弯。两次135
°
转弯使得印制板走线成弓字形，便于在烧蚀过程中线路导通，加快烧蚀传感器的响应时间和增加传感器的稳定性。印制板下方设有玻璃纤维布，增加了传感器探头粘接稳定性，提高粘接接强度。
27.具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式的玻璃纤维布3-1为长条形布。如此设置，便于满足测量需求。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
28.具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式的卡玛合金印制线3-3的另一端向内连续弯折两次135
°
后形成弓字型走线。如此设置，印制板走线弯度为135
°
拐角，可以避免产生不必要的辐射，而且135
°
角转弯2次就可以完成90度转弯。两次135
°
转弯使得印制板走线成弓字形。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
29.具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的底板1和压板2的材料均三维五向石英/酚醛。如此设置，其烧蚀速度与弓字型印制片烧蚀速度相同。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
30.具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式还包括电连接器8，电连接器8与电缆线7的端部连接。如此设置，便于实现信号的传输。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
31.实验：
32.烧蚀传感器为一次性使用的传感器，烧蚀试验在中国空气动力研究与发展中心采用电弧风洞进行，烧蚀厚度与电压输出的对应关系见下表。由于烧蚀传感器输出12个阶梯电压，所以74hc148的高位芯片只用了5个通道。
33.烧蚀厚度-输出电压表
[0034][0035]
采用水冷方式保护烧蚀传感器的侧面，让高温粒子从正面进行烧蚀，经过在线测量与烧蚀后测量的比对，烧蚀传感器的测量精度为
±
0.1mm，满足使用要求。由于安装时烧蚀传感器与安装夹具偏心，在烧蚀的试验的后段时间内出现了输出跳变的现象，后续试验将采取相同烧蚀材料做成夹具，以90度角方向进行烧蚀试验。
[0036]
烧蚀传感器是利用烧蚀材料在烧蚀过程中形成碳化层将埋在烧蚀材料中的金属导线联通，接通外电路，输出电信号的原理实现烧蚀厚度与电量之间的转换。利用数字电路对信号进行转换与处理，进一步提升了传感器的可靠性并进行了信号的隔离。该传感器具有体积小、质量轻、灵敏度高、可靠性强、使用方便、在线测量等优点。经实验测定，其测量结果的误差可达到
±
0.1mm。其具有一定的经济效益和社会效益。
[0037]
结合图1和图2说明本发明的工作原理：
[0038]
该传感器采用箔片断-通式原理，基于防热层材料在烧蚀过程中形成炭化层，将埋在防热层材料中不同深度的金属丝连通，接通外电路，输出电信号，实现烧蚀厚度与电信号之间的转换。
[0039]
箔式印制板作为烧蚀传感器的敏感元件，箔片材料选择卡玛合金箔，基底材料选用聚四氟乙烯薄膜。敏感组合部件是烧蚀传感器的基体，起着敏感烧蚀速率和参量转换的双重作用，所以其装配质量直接影响传感器的性能。敏感组合件主要有底板、压板、卡玛合金印制片、引出线等组成，底板和压板材料必须与防热层材料相同，由总体单位提供，ch1-45-8材料为三维五向石英/酚醛，ch1-45-9材料为石英布缝合石英/酚醛。
[0040]
箔式印制片制作：
[0041]
箔式印制片作为烧蚀传感器的敏感元件，箔式印制片制作的好坏直接影响烧蚀传感器的指标能否达到协议要求，其主要工艺过程为：退火处理
→
除油
→
底图照相
→
感光
→
竖模处理，在制作中严格控制真空退火和竖模处理的温度范围，在制作过程中使用专用夹
具对印制片进行平整。
[0042]
装配技术：
[0043]
烧蚀传感器的底板和压板用防热层制成，防热层材料分别为三维五向石英/酚醛和石英布缝合石英/酚醛，它们之间的连接要求致密、牢固，用焊接和螺纹连接方法难以实现，需采用胶粘技术，但是用胶粘方法连接强度较低，因此胶粘过程中如何提高胶粘面的粘接强度，也就是如何提高胶粘剂与被粘零件之间的结果里成了装配传感器的关键问题。
[0044]
防热层外圆加工：
[0045]
敏感组合件制作完成后，外形结构为长方体，需将长方体的外轮廓加工成圆形结构，机械加工时会呈断续切削，冲击力较大，可能会出现胶缝裂开、环氧胶崩裂等问题，因此，如加工过程中应严格控制进刀量等找到合适的加工方法也很关键。
[0046]
以上所述仅对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述具体实施方式，本领域的技术人员在本发明的启示之下，在不脱离发明宗旨下，对本发明的特征和实施例进行的各种修改或等同替换以适应具体情况均不会脱离本发明的精神和权利要求的保护范围。