[实用新型]基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测微型传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测传感器，包括柔性扁平电缆、弹性结构体和金属敏感芯体。微型应力/应变传感器的弹性结构体内表面镀金属敏感芯体，形成金属薄膜敏感栅，并采用静电封装技术完成装配。将微型传感器埋入粘接界面，并使用粘接剂与上下表面粘接，传感器和信号解调模块用柔性扁平电缆连接，沿粘接界面粘接。本实用新型可实现对内部粘接结构进行实时在线的应力/应变、脱粘监测，并且传感器具有长期可靠性高、寿命长、测量精度高等优点。

技术领域

本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种应用于粘接界面的在线应力/应变监测的微型传感器。

背景技术

大量固体发动机试验表明，推进剂/衬层/绝热层之间的粘接界面的脱粘破坏是装药发动机结构完整性破坏的关键形式之一，会严重影响固体发动机的使用寿命。要想确保装药结构的完整性和发动机的可靠性，必须保证固体发动机界面粘接良好。因此需要展开针对性的技术研究。

目前，常用于固体发动机粘接界面粘接状态健康诊断的技术主要有三类，分别是声学法、射线法和埋入微型传感器，其中前两种技术都不便于对在役设备进行长期监测，并且价格昂贵，需要大量的人力、物力。埋入微型传感器技术作为新兴的粘接界面粘接状态检测技术，近年来发展迅速，并取得了一定的研究成果。

现阶段常用的埋入传感器类型有：光纤光栅压力传感器、半导体应变片式压力传感器以及陶瓷厚膜应力传感器。这些埋入式传感器都无法避免粘接界面的结构造成一定程度的破坏，并且测量值不能真实地代表实际值，影响固体发动机装药完整性的同时，造成较大的测量误差。

针对上述问题，提出了固体发动机粘接界面实时应力/应变监测技术方法，研制出一种新型的埋入式微型传感器——一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力/应变监测微型传感器，在尽可能地减小粘接界面环境影响的前提下，通过实时在线监测粘接界面粘接应力的大小和粘接界面的微应变，以此为依据判断粘接界面的粘接状态，是否有脱粘现象发生，并评价固体发动机健康状态及对内部损伤进行监测。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种粘接界面的在线实时应力和应变监测的微型传感器，该传感器具有粘接界面应力/应变测量、脱粘监测的能力，能够识别内部脱粘损伤状态，其传感器具有高可靠性、长寿命、高测量精度的特点。可实现对内部粘接结构进行实时在线的应力/应变、脱粘监测，并且传感器具有长期可靠性高、寿命长、测量精度高等特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种基于溅射薄膜技术的粘接界面应力和应变监测微型传感器，其特征在于：所述传感器包括柔性扁平电缆、弹性结构体和金属敏感芯体，所述金属敏感芯体通过溅射的方式将金属靶离子溅射到弹性结构体表面，形状为丝栅环绕型，金属敏感芯体感知弹性结构体的应力和应变，以监测弹性结构体表面的变形，对粘接界面的粘接应力和应变进行监测，其中扁平电缆、弹性结构体和金属敏感芯体均为双层。

上述传感器中，金属敏感芯体由四个丝栅电阻组成，并留有四个焊点，与扁平电缆的四个焊点连接，组成惠斯通电桥电路。

上述传感器中，金属敏感芯体每层有一套惠斯通电桥电路，构成双路敏感芯体，上层敏感芯体测量待测粘接界面上表面结构的变形，下层敏感芯体测量待测粘接界面下表面的结构变形。

上述传感器中，为了防止金属敏感芯体氧化、腐蚀等现象的发生，在金属敏感芯体表面溅射有一层Si₃N₄保护膜，其保护膜厚度比金属敏感栅厚度小，达到保护的目的。

上述传感器中，弹性结构体采用柔性较好的绝缘材料制成，具有良好的柔韧性，如弹性陶瓷片等。

上述传感器中，金属敏感芯体、弹性结构体与扁平电缆利用静电封装技术实现封装、密封。