[发明专利]一种非接触式超高温环境下温度参数提取方法

说明书

本发明涉及一种非接触式超高温环境下温度参数提取方法，通过处于高温环境中的无源谐振器的谐振，推导得到处于高温环境中谐振器的相对介电常数变化，从而根据谐振器的相对介电常数对应的温度值得到高温环境的温度值，适用于1000℃以上的高温环境，测温范围较高，器件使用寿命长。

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种非接触式超高温环境下温度参数提取方法。

背景技术

随着我国航空航天及民用飞行技术的快速发展，发动机关键组件长期处于由燃料以及与大气高速摩擦导致的超高温(＞1000℃)环境中。在高速运转的发动机舱内或者大气中快速飞行的飞行器涡轮表面，都存在着这种由高温形成的特殊环境，而实时监测高温环境下的温度参数，对提高发动机及飞行器的可靠性、寿命以及材料选取都有着重要的意义。同时，也是其动力系统研究必不可少的环节。因此，为了使这些组件能够工作在最佳的环境状态，减小温度对组件的影响和损坏，需要长时间、实时监测高温环境下的温度参数。

目前，国内高温环境下温度参数测试方法主要有两种：一是利用有源、有线敏感探头直接测试；二是依赖于外推、引温等方法间接测试。第一种方法只适用于温度低于600℃的环境下，在超过600℃高温环境下，有源测试装置就会失效或者损坏，无法对参数进行实时监测。第二种方法适用的温度范围一般低于800℃，同时存在测试结果不准确、动态响应不够等问题，同样不能满足实时监测要求。高于1000℃的超高温环境下温度参数测试是急需攻克的技术难题。

基于有源电路方案的温度敏感装置具有敏感范围宽的优点，随着SiC与GaN衬底工艺的发展，该类型温度的敏感装置的峰值工作温度已经达到了600℃。但是，当工作温度高于600℃时，往往需要增加复杂的隔热与加电设计，随着温度的升高，并会烧毁有源装置；基于低温共烧陶瓷(LTCC)与高温共烧陶瓷(HTCC)的LC谐振式温度敏感装置，分别可以工作于800℃与600℃的环境中，受限于其线圈的尺寸、线圈方向及耦合距离的限制，该方案同样无法工作于超过1000℃的超高温环境中。

目前，国内尚无可实现测量1000℃以上的超高温环境温度的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触式超高温环境下温度参数提取方法，通过处于高温环境中的无源谐振器的谐振，推导得到处于高温环境中谐振器的相对介电常数变化，从而根据谐振器的相对介电常数对应的温度值得到高温环境的温度值，适用于1000℃以上的高温环境，测温范围较高，器件使用寿命长。

本发明的非接触式超高温环境下温度参数提取方法，包括如下步骤：

1)接收与处理单元通过宽带接收天线向置于高温环境中的谐振器发出宽带信号，使其产生谐振，并通过宽带接收天线接收该谐振信号，接收与处理单元处理得到其谐振频率f_r；

2)利用关系(1)得到不同f_r对应的谐振器中介质材料的有效介电常数ξ_eff；利用公式(2)得到介质材料的相对介电常数ξ_r，推导f_r与所选的介质材料的相对介电常数ξ_r的对应关系；

c₀为真空中的光速，L_eff为谐振器的有效长度，ξ_eff为介质材料的有效介电常数；ξ_r为介质材料的相对介电常数，h为介质层厚度，W为谐振器的宽度；

2)根据介质材料的相对介电常数ξ_r与温度的对应关系，得到高温环境的温度值，选取两种耐高温介质材料Si₆B₁与Si₄B₁，经测试得到介电常数ξ_r在不同温度环境下的关系如表所示：