[发明专利]一种基于PVD的格栅式薄膜传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于PVD的格栅式薄膜传感器，格栅式薄膜传感器阵列覆盖整个检测区域，包括有两根导电棒，两根导电棒之间设置有若干根并联的导电格栅通道，其中一根导电棒的尾部连接有温度补偿通道；导电棒、导电格栅通道及温度补偿通道结构均相同，均为具有层状结构的薄膜传感器。本传感器通过减少传感元与导线的焊接点可以显著增强该传感元的稳定性。还提供了上述传感器的制备方法，包括，步骤1：制备绝缘层；步骤2：制备传感层；步骤3：制备保护层。

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种基于PVD的格栅式薄膜传感器，还涉及上述一种基于PVD的格栅式薄膜传感器的制备方法。

背景技术

1979年，美国NASA启动了一项智能蒙皮计划，弗吉尼亚理工学院及州立大学的Claus等人首次将光纤传感器埋入在碳纤维增强复合材料蒙皮中，使材料具有感知应力和判断损伤的能力，这是世界上第一次关于结构健康监测系统的初步尝试，当时称这种材料系统为光纤机敏结构与蒙皮。1995年，白宫科技政策办公室和国家关键技术评审组将智能材料与结构技术列入“国家关键技术报告”中。1997年，智能结构被列为“基础研究计划”的六项战略研究任务之一。

在航空领域，在美国和欧盟军方和政府部门都在结构健康监测技术的研究应用上投入了大量的人力、物力、财力。例如，美国国家航空航天局(NASA)“Integrated VehicleManagement”计划、空军研究室(AFRL)SHM发展计划，洛克希德·马丁飞机公司F35飞机故障预测与健康管理系统(PHM)的研发以及波音Airplane Health Management(AHM)系统的研发，积极推动了结构健康监测技术研究的发展。

在国内，我国健康监测技术起步比较晚，现阶段健康监控研究主要集中在传统机械学科对机械设备(尤其是特种设备)的故障诊断和土木工程建筑(主要是桥梁)结构损伤情况的监控。在航空领域，对健康监测开展相关研究的基础就更为薄弱了。虽然说，近年来，国内飞机结构健康监测技术在国家自然科学基金、攀登计划、航空科学基金以及民机有关科研项目的支持下，也在快速地发展中。目前，国内重点发展的主要有光纤传感器应变监测技术、压电传感器损伤监测技术以及柔性涡流裂纹监测技术，另外基于声发射损伤监测的应用研究已在飞机结构地面强度试验中被大量推广。但是，距离在军民用上正式使用还有很长一段路需要走。

《一种基于PVD的金属结构疲劳损伤监测传感元及其应用》(201410413313.X，公开日：2014.08.21)提出了一种基于PVD的金属结构疲劳损伤监测传感元的简单设计概念及其制备方法，并验证了该传感元与金属结构基体的良好结合性和高耐久性。但是该传感器存在的几点显著缺陷，限制了其大规模投入使用，主要缺点如下：第一，由于为实现定量监测而采用了多个导电条串联的方法，导致监测通道过多，难以实现大范围、多目标监测；第二，由于每一个导电条两端皆是通过焊接导线连接采集卡以传递信息，焊接点过多会导致容易发生因焊接点断开使采集信息出现偏差的现象；第三，该传感器的材质为铜、铬等金属，阻值受温度影响大，可现有设计并未考虑外界温度对传感器的影响，没有解决温漂问题，致使其难以在高温环境下使用。

减少监测通道后便可使用该传感元实现大范围、多目标监测，这可以大大提高该传感元的应用前景。同时，减少传感元与导线的焊接点可以显著增强该传感元的稳定性，减少由于传感元故障而导致的周期检测和维修的停机时间，降低维护保障费用。此外，加入温度补偿通道后，可使外界温度对该传感器的影响大大减少，增强该传感器的稳定性和使用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PVD的格栅式薄膜传感器，大大减少了监测通道数量和焊接点的数量，减少监测通道后便可使用该传感器实现大范围、多目标监测，通过减少传感器与导线的焊接点可以显著增强该传感器的稳定性。

本发明的第二个目的是提供基一种基于PVD的格栅式薄膜传感器的制备方法。