CN110542455B - 一种压力/振动同步测量的htcc复合微传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力/振动同步测量的HTCC复合微传感器及其制备方法，该HTCC复合微传感器集压力与振动敏感单元于一体，可实现恶劣环境中压力/振动双参数的非接触无线同步测试，由5层生瓷片制备而成，第一层生瓷片和第二层生瓷片表面分别印刷两个敏感单元的电感线圈；第三层表面分别印刷两个敏感单元对应的电容上极板；第四层生瓷片上开设与敏感单元对应的空腔结构；第五层生瓷片表面分别印刷两个敏感单元对应的电容下极板；电容上极板和电容下极板通过在过孔处填充导电铂浆料与电感线圈的两端相连。本发明的传感器可实现超高温环境下(1000℃～1500℃)压力/振动参数的同步测量，制备工艺简单，可批量化生产。

Description

一种压力/振动同步测量的HTCC复合微传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及多参数力学传感器领域，具体涉及一种超高温环境下压力/振动同步测量的HTCC复合微传感器及其制备方法。
背景技术
在某些特殊场合下，一些大型装备内部关键部件(如：航空发动机，高速飞行器，工业气化炉)在运行时长期处于超高温环境(＞1000℃)，且往往伴随压力、振动的同时发生，若没有对二者进行实时同步监测，可能导致装备运行不正常，产生安全隐患。现有的高温压力、振动传感器，一方面以硅、玻璃、低熔点金属等为结构材料，在超高温环境下无法承受弹性形变产生的应力而保持结构稳定；另一方面，有源有线的测试方法在超高温环境下会引起测试失效问题。因此，亟需发明一种全新的压力/振动复合微传感器件，以实现超高温环境下压力/振动复合参数原位同步测量。
发明内容
本发明提供了一种压力/振动同步测量HTCC为传感器制备工艺，旨在解决背景技术中存在的问题，以实现超高温下压力/振动力学参数的原位同步测试。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种压力/振动同步测量的HTCC复合微传感器，所述的HTCC复合微传感器集压力与振动敏感单元于一体，可实现恶劣环境中压力/振动双参数的非接触无线同步测试，由5层生瓷片制备而成，第一层生瓷片和第二层生瓷片表面分别印刷两个敏感单元的电感线圈；第三层表面分别印刷两个敏感单元对应的电容上极板；第四层生瓷片上开设与敏感单元对应的空腔结构；第五层生瓷片表面分别印刷两个敏感单元对应的电容下极板；电容上极板和电容下极板分别通过在过孔处填充导电铂浆料与电感线圈的两端相连；电感线圈、电容上极板、电容下极板的材料均为导电铂浆。
本发明还公开了一种压力/振动同步测量的HTCC复合微传感器的制备方法，包括如下步骤：
S1、预处理：将生瓷带按预设尺寸切割成大小一致的一组正方形生瓷片，选取其中5片，利用激光打孔技术在对应的位置上打出过孔、电容空腔及悬臂梁结构；
S2、电极印刷：乙醇清洁预处理后的生瓷片，利用微孔填充机在每个生瓷片的过孔处填充导电铂浆；选取2片没有空腔的生瓷片放于印刷台上，将电感丝网印刷版置于其上方，利用刮刀使铂浆均匀透过网版，在生瓷片上形成相应的电感图形；接着，将电感丝网印刷版换成电容丝网印刷版，重复上述操作，在剩余两片没有空腔的生瓷片上分别印刷电容上极板和电容下极板；
S3、叠片与层压：电极印刷后，按照电容上极板、电容空腔、电感线圈、电容下极板的顺序依次将相应生瓷片放入叠片机上进行叠片，其中，在电感放置前需先将易逝碳膜放于空腔处，以避免后续层压与烧结过程中压力/振动敏感膜坍塌而使器件损坏；叠片完成后，将生瓷片放入层压机中进行层压，使得各个生瓷片间紧密连接成一个整体；
S4、烧结固化：利用马弗炉对层压后的生瓷片进行升温烧结，以使生瓷片变成熟瓷，达到其本身的性能特性，其中，烧结固化的峰值温度为1500℃，保温时间为45min。
本发明具有以下有益效果：本发明的HTCC复合微传感器以耐高温HTCC生瓷和铂浆为材料，可实现超高温环境下传感器的正常工作；巧妙的结构设计使该传感器在工作中可同步测量压力、振动两个参量；成熟的HTCC微组装制备工艺，具有低成本、制备简单等优点，可使传感器批量化生产；HTCC复合微传感器依靠天线提供能量，并与其非接触互感耦合实现压力/振动力学参数的无线非接触同步测量。
附图说明
图1为本发明实例中HTCC复合微传感器的结构示意图。
图2为本发明实例中HTCC复合微传感器的立体结构图。
图3为本发明实例中HTCC复合微传感器制备过程中的烧结曲线。
图4为本发明实例中压力传感器电感的结构示意图。
图5为本发明实例中振动传感器电感的结构示意图。
图6为本发明实例中压力/振动传感器空腔的结构示意图。
图7为本发明实例中压力/振动传感器电容上极板的结构示意图。
图8为本发明实例中压力/振动传感器电容下极板的结构示意图。
图中：1-振动传感器电感；2-压力传感器电感；3-过孔；4-压力传感器电容上极板；5-振动传感器电容上极板；6-压力传感器电容空腔；7-压力传感器电容下极板；8-振动传感器电容下极板。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种压力/振动同步测量的HTCC复合微传感器，所述的HTCC复合微传感器集压力与振动敏感单元于一体，每个敏感单元可各自等效成一个LC回路，可实现恶劣环境中压力/振动双参数的非接触无线同步测试，由5层生瓷片制备而成，第一层生瓷片和第二层生瓷片表面分别印刷振动传感器电感1和压力传感器电感2；第三层表面分别印刷压力传感器电容上极板4和振动传感器电容上极板5；第四层生瓷片上开设与敏感单元对应的电容空腔结构6；第五层生瓷片表面分别印刷压力传感器电容下极板7和振动传感器电容下极板8；压力传感器电容上极板4和压力传感器电容下极板7、振动传感器电容上极板5和振动传感器电容下极板8分别通过在过孔3处填充导电铂浆料与压力传感器电感2、振动传感器电感1的两端相连；所述5层生瓷片的材料为HTCC陶瓷振动传感器电感1和压力传感器电感2、压力传感器电容上极板4、振动传感器电容上极板5、电容下极板7和振动传感器电容下极板8的材料均为导电铂浆。
本具体实施制作时，包括如下步骤：
S1、预处理：将生瓷带按预设尺寸切割成大小一致的一组正方形生瓷片，选取其中5片，利用激光打孔技术在对应的位置上打出过孔、电容空腔及悬臂梁结构；
S2、电极印刷：乙醇清洁预处理后的生瓷片，利用微孔填充机在每个生瓷片的过孔处填充导电铂浆；选取2片没有空腔的生瓷片放于印刷台上，将电感丝网印刷版置于其上方，利用刮刀使铂浆均匀透过网版，在生瓷片上形成相应的电感图形接着将电感丝网印刷版换成电容丝网印刷版，重复上述操作，在剩余两片没有空腔的生瓷片上分别印刷电容上极板和电容下极板；
S3、叠片与层压：电极印刷后，按照电容上极板、电容空腔、电感线圈、电容下极板的顺序依次将相应生瓷片放入叠片机上进行叠片，其中，在电感放置前需先将易逝碳膜放于空腔处，以避免后续层压与烧结过程中压力/振动敏感膜坍塌而使器件损坏；叠片完成后，将生瓷片放入层压机中进行层压，使得各个生瓷片间紧密连接成一个整体；
S4、烧结固化：利用马弗炉对层压后的生瓷片进行升温烧结，以使生瓷片变成熟瓷，达到其本身的性能特性，且这一过程能使碳膜、生瓷片与浆料的杂质挥发掉，其中，烧结固化的峰值温度为1500℃，保温时间为45min。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (1)

1.一种压力/振动同步测量的HTCC复合微传感器，其特征在于：所述的HTCC复合微传感器集压力与振动敏感单元于一体，可实现恶劣环境中压力/振动双参数的非接触无线同步测试，由5层生瓷片制备而成，第一层生瓷片和第二层生瓷片表面分别印刷两个敏感单元的电感线圈；第三层表面分别印刷两个敏感单元对应的电容上极板；第四层生瓷片上开设与敏感单元对应的空腔结构；第五层生瓷片表面分别印刷两个敏感单元对应的电容下极板；电容上极板和电容下极板分别通过在过孔处填充导电铂浆料与电感线圈的两端相连；电感线圈、电容上极板、电容下极板的材料均为导电铂浆；
一种压力/振动同步测量的HTCC复合微传感器的制备方法，包括如下步骤：
S1、预处理：将生瓷带按预设尺寸切割成大小一致的一组正方形生瓷片，选取其中5片，利用激光打孔技术在对应的位置上打出过孔、电容空腔及悬臂梁结构；
S2、电极印刷：乙醇清洁预处理后的生瓷片，利用微孔填充机在每个生瓷片的过孔处填充导电铂浆；选取2片没有空腔的生瓷片放于印刷台上，将电感丝网印刷版置于其上方，利用刮刀使铂浆均匀透过网版，在生瓷片上形成相应的电感图形；接着，将电感丝网印刷版换成电容丝网印刷版，重复上述操作，在剩余两片没有空腔的生瓷片上分别印刷电容上极板和电容下极板；
S3、叠片与层压：电极印刷后，按照电容上极板、电容空腔、电感线圈、电容下极板的顺序依次将相应生瓷片放入叠片机上进行叠片，其中，在电感放置前需先将易逝碳膜放于空腔处，以避免后续层压与烧结过程中压力/振动敏感膜坍塌而使器件损坏；叠片完成后，将生瓷片放入层压机中进行层压，使得各个生瓷片间紧密连接成一个整体；
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