一种柔性可变形热流传感器及制备装置

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1.本发明涉及热流传感器技术领域，具体涉及一种用于柔性可变形热流传感器及制备装置。

背景技术：

2.基于薄膜电阻热流传感器的测量技术作为激波风洞中气动热环境测量的一种重要方法，几十年来不断发展和创新。一方面，为了单位面积得到更多数据，集成化成为传感器技术发展的趋势。另一方面，为了减小传感器安装带来的测量误差，传感器小型化作为研究方向也一直在不断创新。由于现有的pt薄膜电阻温度传感器采用玻璃或陶瓷作为基底材料，在测量形面复杂的模型表面热流率时，传感器的测点间距较大，传感器的测量端面与模型表面重合的不好，这样会对流场有一定的影响，进而影响测量精度。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种柔性可变形热流传感器及制备装置，以解决现有技术中复杂形面模型表面热流率测量的技术问题。
4.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
5.一种柔性可变形热流传感器及制备装置，包括柔性基体，所述柔性基体的一端设置有引脚组，所述柔性基体远离所述引脚组的表面设置有金属测点组，所述引脚组通过设置在所述柔性基体内的导线电性连接所述金属测点组；
6.其中，所述引脚组内相邻两个引脚通过一个所述导线与所述金属测点组内的一个金属测点串联。
7.作为本发明的一种优选方案，所述柔性基体包括第一基体、第二基体以及测点基体，所述第一基体设置在所述第二基体的表面，所述测点基体连接在所述第一基体和所述第二基体连接的整体的一端；所述引脚组设置在所述第一基体和所述第二基体连接的整体的另一端；所述金属测点组设置在所述测点基体的表面，且所述导线从所述第一基体和所述第二基体接触的表面之间延伸至所述测点基体内电性连接所述金属测点组。
8.作为本发明的一种优选方案，所述第一基体和所述第二基体的表面设置有与所述导线相配合的线槽，且所述线槽的孔径大于所述导线的直径。
9.作为本发明的一种优选方案，所述引脚组包括两个贴合的夹板，且两个所述夹板呈镜像，两个所述夹板之间设置有引脚板，所述引脚组设置在所述引脚板上，两个所述夹板连接的整体内部设置有与所述引脚板配合的内腔，所述内腔与所述引脚的厚度相同，且所述内腔宽度大于所述引脚板。
10.一种用于制备所述的高超声速激波风洞的柔性可变形热流传感器的制备装置，包括注射成型模具以及设置在所述注射成型模具一侧的夹线组件；
11.所述注射成型模具的内部设置有型腔，靠近所述型腔远离所述夹线组件的端部设置有金属测点成型座；所述注射成型模具的顶部和底部均设置有用于向所述型腔内进行料
体注射的端口；
12.所述夹线组件用于对放置在所述型腔中的导线进行夹持。
13.作为本发明的一种优选方案，所述注射成型模具包括第一成型模具和第二成型模具；
14.所述第二成型模具的底部设置有往复驱动组件；
15.其中，所述第一成型模具与所述往复驱动组件一端固定连接，所述夹线组件与所述往复驱动组件的另一端固定连接，所述第二成型模具与所述往复驱动组件相对固定；
16.所述往复驱动组件用于驱动所述第一成型模具靠近和远离所述第二成型模具的端部，且驱动所述夹线组件远离或靠近所述第二成型模具的端部；
17.所述第一成型模具用于通过端口向第一成型模具内的型腔内注射料体形成测点基体；
18.所述第二成型模具用于通过端口向所述第二成型模具内的型腔内注射料体形成第一基体和第二基体连接的整体。
19.作为本发明的一种优选方案，所述第一成型模具与所述第二成型模具连接的端面上部设置有上沿边板，端面下部设置有下沿边板，且所述上沿边板的下表面与所述第一成型模具的型腔顶部表面保持一致，所述下沿边板的上表面与所述第一成型模具的型腔的底部表面保持一致；
20.所述第二成型模具与第一成型模具接触的端部设置有与所述上沿边板、所述下沿边板相配合的开槽。
21.作为本发明的一种优选方案，其中，
22.所述第一成型模具和所述第二成型模具均包括上模座和下模座，所述上模座和所述下模座接触的表面形成所述型腔，且所述金属测点成型座设置在所述第一成型模具的所述下模座上。
23.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
24.本发明解决了复杂形面模型表面热流率测量的问题，热流传感器具有柔性基底，不仅可以使得传感器的安装更加方便，测量端面和模型表面完全重合，并且可以增加测点的密度，更加清楚地获得模型表面热流分布情况。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
26.图1为本发明实施例提供传感器的结构示意图；
27.图2为本发明实施例提供夹板的结构示意图；
28.图3为本发明实施例提供柔性基体和引脚组的组装的结构示意图；
29.图4为本发明实施例提供注射成型模具的结构示意图；
30.图5为本发明实施例提供图4中的金属测点成型座安装位置的结构示意图；
31.图6为本发明实施例提供图5中的注射成型模具纵截面的结构示意图。
32.图中的标号分别表示如下：
33.1-柔性基体；2-引脚组；3-金属测点组；4-导线；5-注射成型模具；6-夹线组件；7-型腔；8-金属测点成型座；
34.101-第一基体；102-第二基体；103-测点基体；104-线槽；
35.201-夹板；202-引脚板；203-内腔；
36.51-第一成型模具；52-第二成型模具；53-往复驱动组件；54-上沿边板；55-下沿边板；56-开槽。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.如图1至图3所示，本发明提供了一种柔性可变形热流传感器，包括柔性基体1，柔性基体1的一端设置有引脚组2，柔性基体1远离引脚组2的表面设置有金属测点组3，引脚组2通过设置在柔性基体1内的导线4电性连接金属测点组3；
39.其中，引脚组2内相邻两个引脚通过一个导线4与金属测点组3内的一个金属测点串联。
40.利用现有技术制备方法具体包括：
41.根据设计的尺寸制作掩膜片，将厚度为0.18毫米的成品聚酰亚胺薄膜固定在硅片基底上，利用光刻技术将掩膜片上传感器图形转移聚酰亚胺薄膜上的铂层上，形成了敏感元件，然后在除感温部件和引脚部件外的区域通过光刻技术镀上聚酰亚胺薄膜，起到保护和绝热作用，避免除敏感部位外其它部件受温度的影响，最后将聚酰亚胺基底层和硅基片脱离，每个测点尺寸0.1
×
1mm，可以安装在一定曲率的曲面上。
42.基底材料的选择是制作这种柔性基底热流率传感器的基础，不仅需要具有一定的弯曲性能，而且要有很好的绝热性能。根据此要求选择聚酰亚胺作为基底材料。
43.聚酰亚胺是分子结构含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物，英文名polyimide(pi)，可分为均苯型pi，可溶性pi，聚酰胺-酰亚胺(pai)和聚醚亚胺(pei)四类。聚酰亚胺已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域，其开始分解温度一般都在500℃左右。由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度达到600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。
44.进一步地，在热流传感器的结构构造上为了实现柔性基体1对于曲面的完全贴合，柔性基体1包括第一基体101、第二基体102以及测点基体103，第一基体101设置在第二基体102的表面，测点基体103连接在第一基体101和第二基体102连接的整体的一端；引脚组2设置在第一基体101和第二基体102连接的整体的另一端；金属测点组3设置在测点基体103的表面，且导线4从第一基体101和第二基体102接触的表面之间延伸至测点基体103内电性连接金属测点组3。
45.其中，第一基体101和第二基体102的表面设置有与导线4相配合的线槽104，且线槽104的孔径大于导线4的直径，其目的是线槽104和导线4之间并不是完全的固定接触连
接，导线4相较于安装导线4的线槽104两者之间可以存在移动，这种移动是为了配合在第一基体101和第二基体102整体在于曲面进行贴合时，第一基体101和第二基体102存在弧度差(第一基体101与激波风洞的流场接触，而第二基体102的表面与飞行器的曲面的舵面或者翼面进行接触)，当然这个弧度差是由于第一基体101和第二基体102的厚度的差值决定的，也就是说这个厚度差越小，这个弧度差也就是越小(其本质上表现在第一基体101、第二基体102表面的长度上的扩张形变)，进行热流传感器与飞行器的舵面或者翼面的曲面部分接触时，第一基体101的在长度方向上的扩张形变量就要大于第二基体102在长度上的扩张形变量。
46.也就是说，这两者之间的扩张形变量造成了如果采用导线4和线槽104之间如果是固定连接的话，第二基体102在进行完全的过程中会对导线施加长度上的形变的力，从而造成导线4的断路，并且热流传感器要贴合的飞行器的舵面或者翼面的曲面部分的弯曲角度越小，热流传感器的导线4受沿长度方向的扩张形变产生的牵引力就越大，更容易造成导线4断路。
47.也就是上述问题的基础上，将传感器的本身分成第一基体101和第二基体102的理论上的部分，在热流传感器的最终成型时，第一基体101和第二基体102是一体成型的来保证热流传感器整体的结构刚性。
48.本发明中为了进一步地，适应第一基体101和第二基体102在于曲面贴合的表面扩张形变时导线4的适应性变化，需要引脚组2包括两个贴合的夹板201，且两个夹板201呈镜像，两个夹板201之间设置有引脚板202，引脚组2设置在引脚板202上，两个夹板201连接的整体内部设置有与引脚板202配合的内腔203，内腔203与引脚的厚度相同，且内腔203宽度大于引脚板202。其目的是，在安装时，引脚组2的任何部分不暴露在飞行器舵面或者翼面的曲面部分的表面，而是安装在其内部，但是当第一基体101和第二基体102在与曲面贴合发生扩张形变时，与引脚组2的连接需要进行适应性的变化(沿第一基体101长度方向上的位移或者形变)，来减少导线4的受力，导线4的一端与测点基体103内的金属测点组3固定连接，测点基体103整体的弯曲时的形变量相较于第一基体101和第二基体102部分可以忽略，那么则需要导线4的另一端进行适应性的扩展形变的变化(也就是导线4和线槽104之间发生相对位移)，那么在导线4发生适应性位移时，引脚板202则需要相对的在内腔203中进行位移。
49.引脚板202是用于电性连接控制电路的电路板或者针脚组。
50.而测点基体103其在第一基体101长度方向上的长度显然要远小于第一基体101的长度，那么导线4的主要扩张变形受力的部分也就位于第一基体101和第二基体102的内部，故需要将导线4和线槽104之间活动安装。
51.如图4至图6所示，本发明提供了一种用于制备的高超声速激波风洞的柔性可变形热流传感器的制备装置，包括注射成型模具5以及设置在注射成型模具5一侧的夹线组件6；注射成型模具5的内部设置有型腔7，靠近型腔7远离夹线组件6的端部设置有金属测点成型座8；注射成型模具5的顶部和底部均设置有用于向型腔7内进行料体注射的端口；夹线组件6用于对放置在型腔7中的导线4进行夹持和固定。
52.本发明中的制备装置主要针对于测点基座103、第一基体101、第二基体102以及线槽104部分的制备，本发明中的型腔7被设计成与第一基体101和第二基体102以及第三基体
103的具体尺寸结构相同。这时第一基体101和第二基体102以及第三基体103是一体成型的结构。夹线组件6则用于固定导线4，这时候金属测点组3和导线4是提前焊接成型的，然后预先埋设在型腔7中，而夹线组件6则是用进行金属测点组3和导线4整体进行夹持和固定。
53.进一步地，本发明提供一种注射成型模具5，也就是将第三基体103和第一基体101、第二基体102进行分别注塑成型，其具体包括第一成型模具51和第二成型模具52；第二成型模具52的底部设置有往复驱动组件53，其中，往复驱动组件53的具体功能是，通过驱动夹线组件6的移动来实现导线4和线槽104之间活动安装，其具体的方法是，先进行第一基体101和第二基体102部分的注塑(导线4已经被安装在型腔7中)，在冷却成型过程中，通过第一成型模具51与往复驱动组件53一端固定连接，夹线组件6与往复驱动组件53的另一端固定连接，第二成型模具52与往复驱动组件53相对固定。往复驱动组件53用于驱动第一成型模具51靠近和远离第二成型模具52的端部，且驱动夹线组件6远离或靠近第二成型模具52的端部，这样在第一基体101和第二基体102成型的过程中，导线4无法实现与第一基体101和第二基体102之间的固定连接，导线4相当于通过往复驱动组件53来实现对于第一基体101和第二基体102进行切割形成线槽104。
54.其中，第一成型模具51用于通过端口向第一成型模具51内的型腔内注射料体形成测点基体；
55.第二成型模具52用于通过端口向第二成型模具52内的型腔内注射料体形成第一基体和第二基体连接的整体。
56.进一步地，本发明中第一成型模具51与第二成型模具52连接的端面上部设置有上沿边板54，端面下部设置有下沿边板55，且上沿边板54的下表面与第一成型模具51的型腔7顶部表面保持一致，下沿边板55的上表面与第一成型模具51的型腔7的底部表面保持一致，其目的是在往复驱动组件53驱动的过程中，上沿边板55对第一基体101的上表面进行整平，下沿边板55对于第二基底102的下表面进行整平；第二成型模具52与第一成型模具51接触的端部设置有与上沿边板54、下沿边板55相配合的开槽56，开槽56的目的是用于进行往复驱动组件53驱动过程的导向作用。
57.其中，第一成型模具51和第二成型模具52均包括上模座和下模座，上模座和下模座接触的表面形成型腔7，且金属测点成型座8设置在第一成型模具51的下模座上。
58.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。

技术特征：

1.一种柔性可变形热流传感器，其特征在于，包括柔性基体(1)，所述柔性基体(1)的一端设置有引脚组(2)，所述柔性基体(1)远离所述引脚组(2)的表面设置有金属测点组(3)，所述引脚组(2)通过设置在所述柔性基体(1)内的导线(4)电性连接所述金属测点组(3)；其中，所述引脚组(2)内相邻两个引脚通过一个所述导线(4)与所述金属测点组(3)内的一个金属测点串联。2.根据权利要求1所述的一种柔性可变形热流传感器，其特征在于，所述柔性基体(1)包括第一基体(101)、第二基体(102)以及测点基体(103)，所述第一基体(101)设置在所述第二基体(102)的表面，所述测点基体(103)连接在所述第一基体(101)和所述第二基体(102)连接的整体的一端，所述引脚组(2)设置在所述第一基体(101)和所述第二基体(102)连接的整体的另一端；所述金属测点组(3)设置在所述测点基体(103)的表面，且所述导线(4)从所述第一基体(101)和所述第二基体(102)接触的表面之间延伸至所述测点基体(103)内电性连接所述金属测点组(3)。3.根据权利要求2所述的一种柔性可变形热流传感器，其特征在于，所述第一基体(101)和所述第二基体(102)的表面设置有与所述导线(4)相配合的线槽(104)，且所述线槽(104)的孔径大于所述导线(4)的直径。4.根据权利要求3所述的一种柔性可变形热流传感器，其特征在于，所述引脚组(2)包括两个贴合的夹板(201)，且两个所述夹板(201)呈镜像，两个所述夹板(201)之间设置有引脚板(202)，所述引脚组(2)设置在所述引脚板(202)上，两个所述夹板(201)连接的整体内部设置有与所述引脚板(202)配合的内腔(203)，所述内腔(203)与所述引脚的厚度相同，且所述内腔(203)宽度大于所述引脚板(202)。5.一种制备装置，用于制备权利要求1-4任意一项所述的柔性可变形热流传感器，其特征在于，包括注射成型模具(5)以及设置在所述注射成型模具(5)一侧的夹线组件(6)；所述注射成型模具(5)的内部设置有型腔(7)，靠近所述型腔(7)远离所述夹线组件(6)的端部设置有金属测点成型座(8)；所述注射成型模具(5)的顶部和底部均设置有用于向所述型腔(7)内进行料体注射的端口；所述夹线组件(6)用于对放置在所述型腔(7)中的导线进行夹持。6.根据权利要求5所述的一种制备装置，其特征在于，所述注射成型模具(5)包括第一成型模具(51)和第二成型模具(52)；所述第二成型模具(52)的底部设置有往复驱动组件(53)；其中，所述第一成型模具(51)与所述往复驱动组件(53)一端固定连接，所述夹线组件(6)与所述往复驱动组件(53)的另一端固定连接，所述第二成型模具(52)与所述往复驱动组件(53)相对固定；所述往复驱动组件(53)用于驱动所述第一成型模具(51)靠近和远离所述第二成型模具(52)的端部，且驱动所述夹线组件(6)远离或靠近所述第二成型模具(52)的端部；所述第一成型模具(51)用于通过端口向第一成型模具(51)内的型腔内注射料体形成测点基体；
所述第二成型模具(52)用于通过端口向所述第二成型模具(52)内的型腔内注射料体形成第一基体和第二基体连接的整体。7.根据权利要求6所述的一种制备装置，其特征在于，所述第一成型模具(51)与所述第二成型模具(52)连接的端面上部设置有上沿边板(54)，端面下部设置有下沿边板(55)，且所述上沿边板(54)的下表面与所述第一成型模具(51)的型腔(7)顶部表面保持一致，所述下沿边板(55)的上表面与所述第一成型模具(51)的型腔(7)的底部表面保持一致；所述第二成型模具(52)与第一成型模具(51)接触的端部设置有与所述上沿边板(54)、所述下沿边板(55)相配合的开槽(56)。8.根据权利要求7所述的一种制备装置，其特征在于，其中，所述第一成型模具(51)和所述第二成型模具(52)均包括上模座和下模座，所述上模座和所述下模座接触的表面形成所述型腔(7)，且所述金属测点成型座(8)设置在所述第一成型模具(51)的所述下模座上。

技术总结

本发明公开了一种柔性可变形热流传感器，包括柔性基体，柔性基体的一端设置有引脚组，柔性基体远离引脚组的表面设置有金属测点组，引脚组通过设置在柔性基体内的导线电性连接金属测点组；其中，引脚组内相邻两个引脚通过一个导线与金属测点组内的一个金属测点串联，其制备装置包括注射成型模具以及设置在注射成型模具一侧的夹线组件；注射成型模具的内部设置有型腔，靠近型腔远离夹线组件的端部设置有金属测点成型座；注射成型模具的顶部和底部均设置有用于向型腔内进行料体注射的端口；夹线组件用于对放置在型腔中的导线进行夹持。本发明解决了复杂形面模型表面热流率测量的问题，热流传感器具有柔性基底，不仅可以使得传感器的安装更加方便，测量端面和模型表面完全重合，并且可以增加测点的密度，更加清楚地获得模型表面热流分布情况。得模型表面热流分布情况。得模型表面热流分布情况。