CN108982003A - 飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列、其制备方法及包含其的采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于传感器领域，并公开了飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，包括次级阵列传感器组和主阵列传感器组，该非均匀传感器阵列是通过次级阵列传感器组替换M×N传感器组的任意一个主传感器单元形成，所述次级阵列传感器组由M′行、N′列的次级传感器单元形成；所述M×N传感器组由M行、N列的主传感器单元形成；所述主阵列传感器组由所述M×N传感器组去除被次级阵列传感器组替换的主传感器单元后，剩余的主传感器单元所形成。本发明优化了传感器的阵列布局，利用少量的传感器有效获取与更大规模均匀传感器阵列几乎等效的有效数据信息，同时避免无用测点的布置，容易实现更大面积的功能扩展，适合集成到飞行器蒙皮中。

Description

飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列、其制备方法及包含其的 采集系统

技术领域

本发明属于传感器领域，更具体地，涉及飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列、其制备方法及包含其的采集系统。

背景技术

飞行器智能蒙皮的主要用途是用于飞行器结构健康监测，就是利用埋入或表面粘贴的传感器网络作为神经系统，以生物界的方式感知结构内部的状态，结构整体形变、局部应力应变、强度、刚度等数据信息。目前常用的分布式传感测量技术有大面积涂覆敏感材料，最典型的是以风洞中飞行器模型表面侧压作为主要应用背景发展起来的压敏漆侧压技术。压敏漆是一种播有光敏分子的聚合物,利用光致发光及氧猝灭原理使压敏漆成为测压的敏感元件。以光源、压敏漆和CCD探测器等组成的压敏漆测压系统可以测量汽轮机高速转动的叶片表面和风洞中模型表面上的当地压力。压敏漆测压已由离散的点侧量向像素组成的面测量演变，空间分辨率,测力和测压可以同时完成,力数据和压力分布数据利于参照分析,宏观测量和细观分析得以相互结合。但整体装置比较复杂，不适应实际飞行环境采样需求。另一种采用少数离散节点采样数据，实际飞行环境中的测压方式采用测压孔，常规的测压系统由测压孔、管和扫描阀组成。其缺点是测压孔的测点难布置而且测点少，且破坏了表面结构的完整性。目前在其他领域应用较多分布式阵列传感采集技术在飞行器上应用较少。西北工业大学提出的基于流体壁面剪应力分布测量边界层分离点原理的一维微型热敏传感器阵列输出信号的处理方法,得到流体剪应力对应翼型表面位置传感器上的输出电压数据，用于实际飞行器分离点测量。分布式阵列传感采集测量技术多用在触摸压力感知，电容，压电，电阻等类型的均匀传感器阵列压力感知有很多的研究工作。

总的来说在分布式传感测量技术研究方面，用于飞行器智能蒙皮的分布式阵列传感器的工作很少，且应用在其他领域的分布式传感器阵列都采用均匀的传感器阵列进行传感采集。若实现跟大面积的测量，若采用上述均匀阵列，在飞行器表面布局，为获得更精确的信息，采用更密集的均匀传感器布局可以实现。但会产生一些数据冗余的无用测点，导致数据采集资源的浪费。且传感器系统通常是多类别传感器感知系统，目前的采集方式采用分散布置分散采集的方式进行，布局方式及采集电路都比较复杂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列、其制备方法及包含其的采集系统，优化了传感器的阵列布局，利用少量的传感器有效获取与更大规模均匀传感器阵列几乎等效的有效数据信息，同时避免无用测点的布置。

为实现上述目的，按照本发明，提供了飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，其特征在于，包括次级阵列传感器组和主阵列传感器组，该非均匀传感器阵列是通过次级阵列传感器组替换M×N传感器组的任意一个主传感器单元形成，其中，

所述次级阵列传感器组由M′行、N′列的次级传感器单元形成；

所述M×N传感器组由M行、N列的主传感器单元形成；

所述主阵列传感器组由所述M×N传感器组去除被次级阵列传感器组替换的主传感器单元后，剩余的主传感器单元所形成，即该主阵列传感器组具有M×N-1个主传感器单元；

此外，M、N、M′、N′均为大于等于2的正整数。

优选地，所述主传感器单元按由下至上的顺序包括第一PI层、底层电极、PZT层、中间层共用电极、第二PI层、顶层电极和第三PI层，所述第三PI层作为封装层，所述底层电极、PZT层、中间层共用电极共同形成压电传感器，所述第一PI层与所述压电传感器共同构成下层主结构，所述中间层共用电极、第二PI层、顶层电极共同形成电容传感器，所述第三PI层与所述电容传感器共同构成上层结构；

在所述主阵列传感器组中，除了主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一行，其他每行的上层结构通过电极连接线串联在一起；而主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一行，次级阵列传感器组左方的所有上层结构通过电极连接线串联在一起，次级阵列传感器组右方的所有上层结构也通过电极连接线串联在一起，并且次级阵列传感器组左方和右方的上层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器；除了主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一列，其他每列的下层结构通过电极连接线串联在一起；而主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一列，次级阵列传感器组前方的下层结构通过电极连接线串联在一起，次级阵列传感器组后方的下层结构也通过电极连接线串联在一起，并且次级阵列传感器组前方和后方的下层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器；

所述次级传感器单元的结构与所述主传感器单元的结构相同，即次级传感器单元也具有下层主结构和上层结构；

在所述次级阵列传感器组中，每行的上层结构通过电极连接线串联在一起，并且首列和尾列的每个上层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器，每列的下层结构通过电极连接线串联在一起，并且首行和尾行的每个下层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器。

优选地，所述非均匀传感器阵列的制造步骤如下：

1)利用激光切割形成底层电极图案掩模；

2)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射法在第一PI层上溅射铜电极作为底层电极，底层电极之间通过电极连接线连接；

3)通过磁控溅射法在第一PI层上沉积PZT层，并对PZT层进行退火；

4)利用步骤1)的掩模，在PZT层上沉积出铜电极作为中间层共用电极，中间层共用电极的电极连接线的方向与底层电极上的电极连接线成90度角；

5)利用旋涂法在步骤4)制成的中间层共用电极上涂布第二PI层；

6)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射法在第二PI层上溅射铜电极作为顶层电极；

7)在步骤6)制成的顶层电极上旋涂第三PI层作为封装保护层，以此方式，完成非均匀传感器阵列的制作。

优选地，所述主传感器单元为电容传感器或压电传感器，所述M×N传感器组由电容传感器和压电传感器交替布置形成，所述M×N传感器组的任一电容传感器或压电传感器被次级阵列传感器组所取代形成所述非均匀传感器阵列；

所述次级传感器单元为电容传感器或压电传感器，所述次级阵列传感器组也由电容传感器和压电传感器交替布置形成，所述次级阵列传感器组外圈的每个次级传感器单元上分别设置电极引出线，以用于连接选通器；并且所述次级阵列传感器组的前、后、左、右方的主传感器单元上也分别设置电极引出线，以用于连接选通器。

优选地，所述非均匀传感器阵列的制造步骤如下：

1)利用激光切割完成底层电极图案掩模；

2)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射工艺，在第一PI层上同时溅射铜电极作为压电传感器和电容传感器的底层电极，每列的底层电极通过电极连接线串联；

3)利用激光切割完成压电传感器PZT层图案掩模；

4)利用步骤3)的掩模，只在压电传感器布局位置，利用磁控溅射法沉积压电传感器的PZT层，并对PZT层进行退火；

5)利用旋涂法在PZT层上涂布第二PI层；

6)去除涂布在压电传感器所在位置处的第二PI层，使对应位置处的PZT层完全露出；

7)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射法在保留的第二PI层及露出的PZT层上溅射铜电极作为顶层电极，每行的顶层电极通过电极连接线串联；

8)在顶层电极上旋涂第三PI层作为封装保护层，以此方式，完成非均匀传感器阵列的制作。

按照本发明的另一个方面，还提供了飞行器智能蒙皮非均匀混合传感器阵列数据采集系统，包括所述的飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，其特征在于，还包括与电极引出线连接的选通器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明针对飞行器表面曲面曲率变化，在均匀排布的阵列基础上将曲率大的区域，信息测点较多的区域，将主传感器单元替换为小单元阵列分布的次级传感器单元获取比同等规模均匀阵列更多的数据信息。该方式优化了传感器的阵列布局，利用少量的传感器有效获取与更大规模均匀传感器阵列几乎等效的有效数据信息，同时避免无用测点的布置。

2)在非均匀的阵列传感器布局方式的基础上，将压电传感器和电容传感器进行混合布置。采用压电传感器和电容传感器层叠布置形成的非均匀层叠布局，以及压电传感器和电容传感器交替布置形成的非均匀棋盘布局的布局方式，其中，非均匀棋盘布局，是在非均匀阵列结构的基础上，参照国际象棋棋盘的黑白格布局，可以将黑格替换为柔性的压电传感器，可以将白格替换为柔性电容传感器，主次阵列都按以上策略进行阵列布局，最终得到非均匀棋盘布局压电电容混合传感器阵列。非均匀层叠布局，是在非均匀阵列结构的基础上，将阵列中的传感器单元设计成柔性压电传感器和电容传感器层叠成一体的多功能混合传感器，非均匀层叠组合传感器阵列。该方式改善压电和电容传感器的分散测量布局采样方式，使得传感器布置更均匀，结构设计更简单，可更高效，更简单获取压电和电容数据传感器信息。而且整体采集传感结构简单，且对传感器布置位置无特定要求。

3)本发明中所有电路结构部分均可以采用柔性基板电路和微电子相结合的技术实现采集系统的柔性化，采集系统与柔性非均匀传感器阵列结合，且采用分布式总线组网策略模块化设计，容易实现更大面积的功能扩展，且单个模块发生故障不会影响其他单元，使得整个采集系统稳定，适合方便集成到飞行器蒙皮中。

附图说明

图1为非均匀的阵列传感器布局方式图；

图2为非均匀棋盘布局压电电容混合传感器阵列图；

图3为非均匀层叠布局单个传感器测点的截面结构图；

图4为非均匀阵列中次级阵列行列选通方式实现原理框图；

图5为本发明应用在飞行器表面风风压测量中，非均匀阵传感器制造工艺中电极图案掩模图；

图6为本发明应用在飞行器表面风风压测量中，非均匀棋盘布局压电电容混合传感器阵列制造工艺中压电传感器中间压电PZT层掩模图；

图7为本发明应用在飞行器表面风风压测量中，非均匀棋盘布局压电电容混合传感器阵列制造工艺中，底层电极与顶层电极交错方式图；

图8为制作完成的非均匀棋盘布局压电电容混合传感器阵列中顶层电极图；

图9为本发明应用在飞行器表面风风压测量中，单个采集测量单元组成框图；

图10为本发明应用在飞行器表面风风压测量中，采集电路中电容电压转换原理图；

图11为本发明应用在飞行器表面风风压测量中，基于CAN总线测量单元组网策略图；

图12为柔性非均匀阵列采集及数据传输系统系统组成封装效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图12，飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，包括次级阵列传感器组和主阵列传感器组，该非均匀传感器阵列是通过次级阵列传感器组替换M×N传感器组的任意一个主传感器单元形成，其中，

所述次级阵列传感器组由M′行、N′列的次级传感器单元形成；

所述M×N传感器组由M行、N列的主传感器单元形成；

所述主阵列传感器组由所述M×N传感器组去除被次级阵列传感器组替换的主传感器单元后，剩余的主传感器单元所形成，即该主阵列传感器组具有M×N-1个主传感器单元；

此外，M、N、M′、N′均为大于等于2的正整数。

进一步，所述主传感器单元按由下至上的顺序包括第一PI层、底层电极、PZT层、中间层共用电极、第二PI层、顶层电极和第三PI层，所述第三PI层作为封装层，所述底层电极、PZT层、中间层共用电极共同形成压电传感器，所述第一PI层与所述压电传感器共同构成下层主结构，所述中间层共用电极、第二PI层、顶层电极共同形成电容传感器，所述第三PI层与所述电容传感器共同构成上层结构；

在所述主阵列传感器组中，除了主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一行，其他每行的上层结构通过电极连接线串联在一起；而主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一行，次级阵列传感器组左方的所有上层结构通过电极连接线串联在一起，次级阵列传感器组右方的所有上层结构也通过电极连接线串联在一起，并且次级阵列传感器组左方和右方的上层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器；除了主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一列，其他每列的下层结构通过电极连接线串联在一起；而主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一列，次级阵列传感器组前方的下层结构通过电极连接线串联在一起，次级阵列传感器组后方的下层结构也通过电极连接线串联在一起，并且次级阵列传感器组前方和后方的下层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器；

所述次级传感器单元的结构与所述主传感器单元的结构相同，即次级传感器单元也具有下层主结构和上层结构；

在所述次级阵列传感器组中，每行的上层结构通过电极连接线串联在一起，并且首列和尾列的每个上层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器，每列的下层结构通过电极连接线串联在一起，并且首行和尾行的每个下层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器。

进一步，所述非均匀传感器阵列的制造步骤如下：

1)利用激光切割形成底层电极图案掩模；

2)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射法在第一PI层上溅射铜电极作为底层电极，底层电极之间通过电极连接线连接；

3)通过磁控溅射法在第一PI层上沉积PZT层，并对PZT层进行退火；

4)利用步骤1)的掩模，在PZT层上沉积出铜电极作为中间层共用电极，中间层共用电极的电极连接线的方向与底层电极上的电极连接线成90度角；

5)利用旋涂法在步骤4)制成的中间层共用电极上涂布第二PI层；

6)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射法在第二PI层上溅射铜电极作为顶层电极；

7)在步骤6)制成的顶层电极上旋涂第三PI层作为封装保护层，以此方式，完成非均匀传感器阵列的制作。

进一步，所述主传感器单元为电容传感器或压电传感器，所述M×N传感器组由电容传感器和压电传感器交替布置形成，所述M×N传感器组的任一电容传感器或压电传感器被次级阵列传感器组所取代形成所述非均匀传感器阵列；

所述次级传感器单元为电容传感器或压电传感器，所述次级阵列传感器组也由电容传感器和压电传感器交替布置形成，所述次级阵列传感器组外圈的每个次级传感器单元上分别设置电极引出线，以用于连接选通器；并且所述次级阵列传感器组的前、后、左、右方的主传感器单元上也分别设置电极引出线，以用于连接选通器。

进一步，所述非均匀传感器阵列的制造步骤如下：

1)利用激光切割完成底层电极图案掩模；

2)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射工艺，在第一PI层上同时溅射铜电极作为压电传感器和电容传感器的底层电极，每列的底层电极通过电极连接线串联；

3)利用激光切割完成压电传感器PZT层图案掩模；

4)利用步骤3)的掩模，只在压电传感器布局位置，利用磁控溅射法沉积压电传感器的PZT层，并对PZT层进行退火；

5)利用旋涂法在PZT层上涂布第二PI层；

6)去除涂布在压电传感器所在位置处的第二PI层，使对应位置处的PZT层完全露出；

7)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射法在保留的第二PI层及露出的PZT层上溅射铜电极作为顶层电极，每行的顶层电极通过电极连接线串联；

8)在顶层电极上旋涂第三PI层作为封装保护层，以此方式，完成非均匀传感器阵列的制作。

按照本发明的另一个方面，还提供了飞行器智能蒙皮非均匀混合传感器阵列数据采集系统，包括所述的飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，以及与电极引出线连接的选通器。

本发明提出的一种飞行器智能蒙皮非均匀压电电容混合传感器阵列数据采集系统，包括非均匀层叠布局或非均匀棋盘布局的压电电容混合传感器阵列和柔性非均匀阵列采集及数据高速传输系统两部分。其中，非均匀棋盘布局(如图2)，是在非均匀阵列结构的基础上，参照国际象棋棋盘的黑白格布局，可以将黑格替换为柔性的压电传感器，可以将白格替换为柔性电容传感器，主次阵列都按以上策略进行阵列布局，最终得到非均匀棋盘布局压电电容混合传感器阵列。非均匀层叠布局(如图1)，是在非均匀阵列结构的基础上，将阵列中的传感器单元设计成柔性压电传感器和电容传感器层叠成一体的多功能混合传感器，非均匀层叠组合传感器阵列。

飞行器蒙皮表面压力包括动压及静压作用，其中本发明中的柔性电容传感器对风压静压作用敏感，用于表面静压测量；柔性压电传感器对冲击动压作用敏感，用于表面动压测量，本具体实施例将非均匀压电电容混合传感器阵列数据采集系统用于飞行器表面风压测量。设计柔性阵列采集及数据传输系统，综合两传感器阵列数据获取飞行器表面压力分布信息。最后测点阵列和采集传输电路组成测量单元，利用节点组网技术组成测量网络，实现大面积分布式测量飞行器表面风压系统。

测量单元采用8×8主阵列中的第5行第4列的主阵列单元，替换为4×4次级阵列，即可得到如附图1所示的非均匀的阵列传感器。非均匀压电电容混合传感器阵列，是将压电传感器和电容传感器，在上述的非均匀的阵列传感器布局方式的基础上，进行混合布置，按照棋盘替换布局策略，得到柔性非均匀棋盘压电电容混合传感阵列；层叠布局得到测量非均匀层叠组合传感器阵列。上诉两种布局方式根据所需传感器数目以及布局的面积选择其一即可。

非均匀层叠布局或非均匀棋盘布局的压电电容混合传感器和柔性阵列采集电容传感器介质材料选用PI和压电传感器介质材料选用PZT。柔性非均匀棋盘布局阵列，采用激光切割工艺，旋涂涂布工艺和磁控溅射工艺完成阵列传感器的制作得到。

针对两种制作完成的非均匀压电电容混合传感器阵列。设计非均匀压电电容混合阵列传感器采集系统，包括压电及电容两类传感器的非均匀阵列信号采集电路设计。

非均匀层叠布局或非均匀棋盘布局的压电电容混合传感器阵列采集得到压电信号和电容信号。两种阵列类型由于布局方式的区别，以及压电传感器的电容特性使得非均匀层叠布局电容传感器的电容与压电传感器固定值电容串联，而非均匀棋盘布局电容传感器的电容与压电传感器固定值电容并联。但是两者都可与电压信号进行区分。两种阵列由于结构差异，相同规模阵列传感器数量层叠式是棋盘式阵列的两倍，所以后续电路有所不同，但采样控制原理完全相同，下文针对棋盘式阵列进行说明，非均匀层叠布局传感器阵列的采集电路与之类似不再另外说明。非均匀阵列信号采集测量单元组成框图如附图9所示。

其中非均匀阵列选通电路，针对8×8主阵列嵌入4×4次级阵列非均匀阵列进行的电路设计。选通电路设计包括主阵列行选通电路和次级阵列行选通电路。非均匀阵列的次级阵列选通方式如附图4所示

主阵列行选通电路，采用同步4位二进制计数器芯片SN74LS161芯片对输入主阵列行选通电路时钟进行同步计数，选通电路时钟计数信号通过译码芯片74LS138得到控制信号对两片单刀双掷开关芯片ADG734芯片进行选通控制，从而实现主阵列的主行选通，及选通的一行传感器信号同时输入压电电容信号复用分时选通电路，其余行进行接地处理。

当扫描到次级阵列所在行时需要次级阵列选通和次级阵列选通电路配合工作，外部时钟信号输入时钟4分频电路输出时钟作为次级阵列行选通电路时钟，再通过8分频电路输出时钟作为主阵列行选通电路时钟。其中分频电路也采用4位二进制计数器芯片SN74LS161进行设计，该芯片可得到16分频、8分频、4分频和2分频时钟信号。

次级阵列选通电路也采用SN74LS61芯片对输入时钟信号进行同步计数，输出计数信号输入8选一选通芯片CD4051，本应用只是用其中前4通道，实现四选一选通控制，次级阵列行选使用两片CD4051芯片实现主行信号输入输出次级阵列的同步选通控制。次级行选通也采用同样的电路设计，只是输入时钟经过外部时钟信号4分频后输入次级阵列行选通电路。而且CD4051芯片的输入输出端正方向和反方向都能选通工作。所以次级阵列的一对多输入和多对一输出开关电路均采用CD4051芯片实现。上述的同步计数芯片的时钟信号均由时钟分频电路产生。次级阵列列选通采用原始外部时钟，次级阵列行选通选用外部时钟4分频时钟。

次级行列选通电路协同工作实现次级阵列单元的选通控制。选通的次级阵列单元和次级阵列所在行同步输入压电电容信号复用分时选通电路。次级行列通电路与上述主行选通电路同步工作实现整个非均匀阵列的同步选通控制。

选通的传感器信号输入压电电容信号复用分时选通电路。分时复用选通电路通过使用74LS138译码芯片，控制两片单刀双掷开关芯片ADG734芯片实现八通道同步选通，输入电容阵列或压电阵列传感器信号。后分别进入压电信号采集处理电路和电容信号采集处理电路。压电信号采集处理电路部分，将传感器输出电压信号接入放大滤波处理，后输出电压信号到分时传输电路；电容信号采集处理电路部分，通过放大器和参考电容将电容变化量转换为电压信号变化，再将电压信号输出到分时传输电路，其转换采集原理如附图10所示。分时传输电路也采用两片单刀双掷开关芯片ADG734芯片选通控制，分时传输电路和复用分时选通电路的ADG734芯片采用同一时钟信号进行控制，上述所有控制信号均由数据采集电路的主控芯片STM32发出。

压电或电容转换得到的电压信号接着进入STM32的AD采样通道进行同步采集。最后进入采集得到数据传输到STM32中的CAN总线通信模块通信系统数据发送端。以上所述电路与传感器阵列组成一个风压测试单元。根据测量面积大小，选用相应数目的测量单元模块，最后再通过CAN总线组网技术形成网络测试单元，实现大面积覆盖测量。其中测试模块的选用根据实际需要最后将各个测量模块单元收到的数据发送到终端设备进行数据综合分析处理，即可完成飞行器表面风压测量。

上述所有电路均采用模块化柔性基板电路的制作，优化改善硬件电路的设计。对电子元器件的排布进行优化对系统电路进行细致的功能划分，实现功能的优化，并对电子器件的排布进行优化设计。并采用丝网印刷工艺制作柔性基板电路和部分简单柔性电子器件，其余部分电路原理设计完成后利用柔性基底电路板的制作工艺完成模块电路的制作，并留出与可拉伸互连结构组装的电路接口。完成整体系统的分模块的柔性基板电路制作。

其中可拉伸结构的实现，本发明将采用采集系统电路模块化形成小面积“孤岛”，采用可拉伸的金属互联结构实现模块电路的互连数据信号传输。可拉伸波纹结构的制作工艺，首先在硅胶基底上旋涂光刻胶，通过制作的阴面掩模板图案对光刻胶进行曝光，接着利用显影液对曝光后的光刻胶进行显影操作，接着在溅射金，最后利用丙酮溶液去除光刻胶，最终得到所需的可拉伸波纹结构。最后进行系统的整体封装，其封装效果如附图12所示。最终实现非均匀压电电容混合传感器阵列数据采集，用于飞行器表面风压测量系统。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，其特征在于，包括次级阵列传感器组和主阵列传感器组，该非均匀传感器阵列是通过次级阵列传感器组替换M×N传感器组的任意一个主传感器单元形成，其中，

所述次级阵列传感器组由M′行、N′列的次级传感器单元形成；

所述M×N传感器组由M行、N列的主传感器单元形成；

所述主阵列传感器组由所述M×N传感器组去除被次级阵列传感器组替换的主传感器单元后，剩余的主传感器单元所形成，即该主阵列传感器组具有M×N-1个主传感器单元；

此外，M、N、M′、N′均为大于等于2的正整数。

2.根据权利要求1所述的飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，其特征在于，所述主传感器单元按由下至上的顺序包括第一PI层、底层电极、PZT层、中间层共用电极、第二PI层、顶层电极和第三PI层，所述第三PI层作为封装层，所述底层电极、PZT层、中间层共用电极共同形成压电传感器，所述第一PI层与所述压电传感器共同构成下层主结构，所述中间层共用电极、第二PI层、顶层电极共同形成电容传感器，所述第三PI层与所述电容传感器共同构成上层结构；

在所述主阵列传感器组中，除了主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一行，其他每行的上层结构通过电极连接线串联在一起；而主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一行，次级阵列传感器组左方的所有上层结构通过电极连接线串联在一起，次级阵列传感器组右方的所有上层结构也通过电极连接线串联在一起，并且次级阵列传感器组左方和右方的上层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器；除了主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一列，其他每列的下层结构通过电极连接线串联在一起；而主传感器单元被次级阵列传感器组所取代的那一列，次级阵列传感器组前方的下层结构通过电极连接线串联在一起，次级阵列传感器组后方的下层结构也通过电极连接线串联在一起，并且次级阵列传感器组前方和后方的下层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器；

所述次级传感器单元的结构与所述主传感器单元的结构相同，即次级传感器单元也具有下层主结构和上层结构；

在所述次级阵列传感器组中，每行的上层结构通过电极连接线串联在一起，并且首列和尾列的每个上层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器，每列的下层结构通过电极连接线串联在一起，并且首行和尾行的每个下层结构上分别设置电极引出线，以用于连接选通器。

3.根据权利要求2所述的飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，其特征在于，所述非均匀传感器阵列的制造步骤如下：

1)利用激光切割形成底层电极图案掩模；

2)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射法在第一PI层上溅射铜电极作为底层电极，底层电极之间通过电极连接线连接；

3)通过磁控溅射法在第一PI层上沉积PZT层，并对PZT层进行退火；

4)利用步骤1)的掩模，在PZT层上沉积出铜电极作为中间层共用电极，中间层共用电极的电极连接线的方向与底层电极上的电极连接线成90度角；

5)利用旋涂法在步骤4)制成的中间层共用电极上涂布第二PI层；

6)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射法在第二PI层上溅射铜电极作为顶层电极；

7)在步骤6)制成的顶层电极上旋涂第三PI层作为封装保护层，以此方式，完成非均匀传感器阵列的制作。

4.根据权利要求1所述的飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，其特征在于，所述主传感器单元为电容传感器或压电传感器，所述M×N传感器组由电容传感器和压电传感器交替布置形成，所述M×N传感器组的任一电容传感器或压电传感器被次级阵列传感器组所取代形成所述非均匀传感器阵列；

所述次级传感器单元为电容传感器或压电传感器，所述次级阵列传感器组也由电容传感器和压电传感器交替布置形成，所述次级阵列传感器组外圈的每个次级传感器单元上分别设置电极引出线，以用于连接选通器；并且所述次级阵列传感器组的前、后、左、右方的主传感器单元上也分别设置电极引出线，以用于连接选通器。

5.根据权利要求4所述的飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，其特征在于，所述非均匀传感器阵列的制造步骤如下：

1)利用激光切割完成底层电极图案掩模；

2)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射工艺，在第一PI层上同时溅射铜电极作为压电传感器和电容传感器的底层电极，每列的底层电极通过电极连接线串联；

3)利用激光切割完成压电传感器PZT层图案掩模；

4)利用步骤3)的掩模，只在压电传感器布局位置，利用磁控溅射法沉积压电传感器的PZT层，并对PZT层进行退火；

5)利用旋涂法在PZT层上涂布第二PI层；

6)去除涂布在压电传感器所在位置处的第二PI层，使对应位置处的PZT层完全露出；

7)利用步骤1)的掩模，通过磁控溅射法在保留的第二PI层及露出的PZT层上溅射铜电极作为顶层电极，每行的顶层电极通过电极连接线串联；

8)在顶层电极上旋涂第三PI层作为封装保护层，以此方式，完成非均匀传感器阵列的制作。

6.飞行器智能蒙皮非均匀混合传感器阵列数据采集系统，包括权利要求1～5中任一权利要求所述的飞行器智能蒙皮非均匀传感器阵列，其特征在于，还包括与电极引出线连接的选通器。