专利名称：一种连续测量烧蚀传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连续测量烧蚀传感器，属于航天传感器领域。
背景技术：
烧蚀传感器是主要用于宇航工程试验的特种测量装置。随着宇航工程的进展，它的用途愈显重要，已在宇航工程仪器中独立发展成一个分支。烧蚀传感器是为测量飞行器再入时防热层的烧蚀厚度而专门进行研制的。防热层烧蚀参数的测量对于弹头总体设计来说，是重要的参数之一，是弹头设计和定型的有力依据。目前弹上使用的烧蚀传感器按测量部位的不同，将烧蚀测量分为大面积烧蚀测量和端头帽驻点烧蚀测量两类。现有大面积烧蚀测量传感器根据烧蚀材料的特性不同，分为两种原理一种是用来测量碳-碳类材料的弹簧-触点式烧蚀传感器，一种是用于测量高硅氧类材料的通断式烧蚀传感器。大面积烧蚀传感器的工作原理取决于被测介质的种类。目前弹上使用的防热材料分为二大类，一类是常态下不导电的高硅氧酚醛玻璃钢；另一类是常态下导电的碳酚醛或编织碳纤维酚醛玻璃钢。其中高硅氧酚醛玻璃钢又分为模压类、斜缠类和重叠缠绕类三种。 高硅氧酚醛玻璃钢选择通断式工作原理，碳酚醛或编织碳纤维酚醛玻璃钢选用弹簧-触点式工作原理。为保证测量的同步性，传感器的测量基体必须采用与被测防热层相同工艺的烧蚀材料进行加工。通断式烧蚀传感器是利用高硅氧类材料在烧蚀过程中能炭化导电的特性，使嵌在传感器烧蚀材料中不同深度的金属丝与地逐一短路，从而使变换器的开关电路输出与烧蚀厚度对应的阶跃信号，传感器内金属丝的长度视测点位置而定。弹簧-触点式烧蚀传感器是利用碳-碳材料导电的特性，使对应不同测点深度的变换器的开关电路闭合，输出与烧蚀厚度对应的等幅阶跃电信号。传感器功能的具体实现是利用在与被测材料相同的碳-碳材料上钻孔，各个孔的深度与测点深度分布一一对应， 各直孔内穿过不同长度的金属丝，一端将金属丝在侧孔内固定，另一端缠绕在动触点上，并用它将弹簧压紧。当防热材料再入烧蚀时，相应测点处的金属丝熔断，弹簧恢复原状，使动触点与静触点接触，由于烧蚀材料有导电性，因此可使变换器的开关电路闭合，输出相应的阶跃信号。上述两种测量原理的特点决定了烧蚀测量数据是非连续的，只能获得在一定测量范围内的几个测点数据。现有的两种原理的测量有如下缺点(1)只能获得在一定测量范围内的几个测点数据。(2)在安装使用时，需要在防热层上打Φ12πιπι以上的安装孔进行装配，对防热层的整体性破坏较大。(3)传感器的测量基体必须采用与被测防热层相同工艺的烧蚀材料进行加工，成本较高，生产周期长。
(4)传感器的体积大、质量重，并且需要配变换器，占用飞行器的有效载荷，浪费飞行器的内部空间。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种连续测量烧蚀传感器，该传感器具有可连续测量的特点，在防热层烧蚀过程中，传感器能输出与防热层烧蚀厚度成正比的信号，不但在制造时无需采用与防热层同批次的烧蚀材料，能在一定程度上降低成本和缩短生产周期，而且大大提高了测量精度，对待测防热层的整体性破环很�。谑×朔尚衅鞯目占洹１痉⒚鞯纳鲜瞿康氖峭ü缦录际醴桨赣枰允迪值囊恢至饬可帐创衅鳎舾凶榧�、堵块、外壳、印制板组合件、后盖、电缆和接插件，其中敏感组件包括引线、芯线、绝缘座、毛细管、绕线和填充材料，绕线均勻缠绕在预先涂覆填充材料的芯线上，且绕线的一端在芯线上，另外一端在引线上，毛细管内填充电绝缘性的填充材料，芯线与引线均固定在绝缘座上；敏感组件的一端插入外壳内，使得绝缘座通过外壳内壁的台阶进行定位，靠近绝缘座的毛细管的一端通过堵块固定，且敏感组件的引线接至印制板组合件，芯线与电缆连接，并通过接插件引出；印制板组合件连接在后盖上，且后盖与外壳连接，使得堵头、后盖与外壳形成一个密封结构，且绝缘座与印制板组合件之间的空腔内填充胶液。在上述连续测量烧蚀传感器中，填充材料还具有防热性和在烧蚀时碳化导电的性能，，同时在200个大气压以上的高压、1500K以上的高温、100KW/m2以上的高加热率下与待测防热层的烧蚀同步。在上述连续测量烧蚀传感器中，填充材料为酚醛树脂和硅微粉的混合胶液，填充材料的固化方法为从室温经1小时升到(80士5) °C，再经1小时升到(100士5) °C下保温2 小时，再由(100士5) °C经0.5小时升到(130士5) °C，并在(130士5) °C下保温3小时后自然冷却。在上述连续测量烧蚀传感器中，绕线的阻值为3000 5000 Ω/m，绕线均勻缠绕在预先涂覆填充材料的芯线后阻值为100 200 Ω/mm。在上述连续测量烧蚀传感器中，绕线为镍铬基精密电阻丝。在上述连续测量烧蚀传感器中，芯线的膨胀系数与填充材料的热膨胀系数一致。在上述连续测量烧蚀传感器中，芯线为金属材料，金属材料为铁镍钴合金。在上述连续测量烧蚀传感器中，毛细管的材料为铜。在上述连续测量烧蚀传感器中，传感器的外壳套装一个调整螺母，通过调整螺母调整敏感组件中毛细管的高度，保证敏感组件的毛细管端面与待测防热层外表面齐平。本发明与现有技术相比的优点在于(1)本发明为一种新原理的烧蚀传感器，该传感器的结构设计使得当传感器随防热层烧蚀时，传感器敏感部分的填充材料开始碳化，形成导电的碳化层，传感器敏感部分的输出阻值随敏感部分的烧蚀长度不断发生变化，从而测出防热层的烧蚀厚度，因此该传感器具有可连续测量的特点，在防热层烧蚀过程中，传感器能输出与防热层烧蚀厚度成正比的信号，与现有的两种测量原理的烧蚀测量数据是非连续的，只能获得在一定测量范围内的几个测点数据相比，大大提高了测量精度；(2)本发明传感器只需在防热层打Φ1. 6mm安装孔，对防热层的整体性破环很�。� 现有的测量原理需要在防热层上打Φ 12mm以上的安装孔进行装配，对防热层的整体性破坏相对较大；(3)本发明传感器在制造时无需采用与防热层同批次的烧蚀材料，能在一定程度上降低成本和缩短生产周期，现有测量原理的传感器的测量基体必须采用与被测防热层相同工艺的烧蚀材料进行加工，成本较高，生产周期较长；(4)本发明传感器的结构设计保证传感器的质量非常小，例如本发明实施例中仅为I0g，无需配变换器，传感器本体部分占用空间也非常�。绫痉⒚魇凳├薪鑫� Φ9Χ 13mm，因此本发明传感器具有体积�。柿壳岬奶氐悖蟠蠹跣×朔尚衅饔行г睾傻恼加寐剩谑×朔尚衅鞯哪诓靠占洌挥胂钟胁饬吭淼拇衅魈寤蟆⒅柿恐兀⑶倚枰浔浠黄飨啾龋蟠蠼谑×松杀荆哂屑康氖涤眯�。
图1为本发明传感器原理图；图2为本发明传感器结构示意图；图3为本发明传感器中敏感组件结构示意图；图4为本发明传感器的电路原理图；图5为本发明传感器与待测部件防热层的安装示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述如图2所示为本发明传感器结构示意图，由图可知该传感器包括敏感组件1、堵块 2、外壳3、印制板组合件5、后盖6、电缆7和接插件8。如图3所示为本发明传感器中敏感组件1结构示意图，敏感组件1包括毛细管12、 绝缘座11、芯线10、引线9、绕线13和填充材料14，芯线10上预先涂覆一层填充材料14，使芯线10外表面绝缘，然后绕线13均勻缠绕在芯线10上，且绕线13的一端焊接在芯线10 上，另外一端缠绕在芯线10上后经引线9引出，毛细管12套在芯线10上，毛细管12内填充绝缘性能良好的填充材料14，芯线10与引线9均固定在绝缘座11上。填充材料14既具有防热性和良好的电绝缘性，又具有在烧蚀时碳化导电的性能， 同时在200个大气压以上的高压、1500K以上的高温、100KW/m2以上的高加热率下与待测防热层的烧蚀同步。本实施例中填充材料14选择酚醛树脂和硅微粉的混合胶液。填充材料 14的固化方法为从室温经1小时升到(80士5) °C，再经1小时升到(100士5) °C下保温2小时，再由(100士5) °C经0.5小时升到(130士5) °C下保温3小时后自然冷却。绕线13未缠绕前的阻值为3000 5000 Ω /m,均勻缠绕在预先涂覆填充材料14的芯线10后阻值为100 200 Ω/mm，且绕线13为镍铬基精密电阻丝。芯线10的膨胀系数与填充材料14的膨胀系数一致，芯线10为金属材料，本实施例中芯线10为铁镍钴合金。如图2所示，敏感组件1的一端插入外壳3内，使得绝缘座11通过外壳3内壁的台阶进行定位，靠近绝缘座11的毛细管12的一端通过堵块2固定，且敏感组件1的引线9 接至印制板组合件5，芯线10与电缆7连接，并通过接插件8引出。印制板组合件5粘接在后盖6上，且后盖6与外壳3焊接为一体，使得堵头2、后盖6与外壳3形成一个密封结构， 且绝缘座11与印制板组合件5之间的空腔内填充胶液4，印制板组合件5由PCB印制板和电阻元件R2组成。该电阻元件R2起分压的作用。如图1所示为本发明传感器原理图，本发明实施例采用绕丝工艺将绕线13均勻密绕在预先涂覆填充材料14的芯线10上，套上毛细管12进行保护，绕丝13和芯线10之间填充绝缘性能良好的填充材料14。当传感器随防热层烧蚀时，填充材料14开始碳化，形成导电的碳化层15，传感器的输出阻值随敏感部分的烧蚀长度不断发生变化，从而测出防热层的烧蚀厚度。如图4所示为本发明的电路原理图。当传感器随防热层烧蚀时，敏感组件1的输出阻值Rl随敏感部分的烧蚀长度不断发生变化，Rl与设置在印制电路板5上的固定电阻 R2串联分压。如图5所示为本发明传感器与待测部件防热层的安装示意图，在本发明传感器的实际使用过程中，将传感器的外壳3套装一个调整螺母16，通过调整螺母16调整敏感组件 1中毛细管12的高度，实际使用中，在防热层打Φ1. 6mm安装孔，敏感组件1通过安装孔装入待测部件的防热层后，通过调整螺母16保证敏感组件1的毛细管12端面与防热层外表面18齐平，之后将调整螺母16粘接在待测部件防热层17上进行固定，安装孔直径较小对防热层的整体性破环很小。本发明传感器制造时无需采用与防热层同批次的烧蚀材料，能在一定程度上降低成本和缩短生产周期。并且本实施例中传感器质量仅10g，无需配变换器，毛细管12尺寸为 Φ 1. 6X 20mm,主体部分占用空间仅Φ9X 13mm,具有体积�。柿壳岬奶氐�。以上所述，仅为本发明的一个实例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
权利要求
1.一种连续测量烧蚀传感器，其特征在于包括敏感组件(1)、堵块O)、外壳(3)、印制板组合件(5)、后盖(6)、电缆(7)和接插件(8)，其中敏感组件(1)包括引线(9)、芯线(10)、绝缘座(11)、毛细管(12)、绕线(13)和填充材料(14)，绕线(13)均勻缠绕在预先涂覆填充材料(14)的芯线(10)上，且绕线(13)的一端在芯线(10)上，另外一端在引线(9) 上，毛细管(12)内填充电绝缘性的填充材料(14)，芯线(10)与引线(9)均固定在绝缘座(11)上；敏感组件(1)的一端插入外壳(3)内，使得绝缘座(11)通过外壳(3)内壁的台阶进行定位，靠近绝缘座(11)的毛细管(1 的一端通过堵块O)固定，且敏感组件(1)的引线(9)接至印制板组合件(5)，芯线(10)与电缆(7)连接，并通过接插件(8)引出；印制板组合件( 连接在后盖(6)上，且后盖(6)与外壳C3)连接，使得堵头O)、后盖(6)与外壳 (3)形成一个密封结构，且绝缘座(11)与印制板组合件(5)之间的空腔内填充胶液G)。
2.根据权利要求1所述的一种连续测量烧蚀传感器，其特征在于所述填充材料(14) 还具有防热性和在烧蚀时碳化导电的性能，同时在200个大气压以上的高压、1500K以上的高温、100KW/m2以上的高加热率下与待测防热层的烧蚀同步。
3.根据权利要求2所述的一种连续测量烧蚀传感器，其特征在于所述填充材料(14) 为酚醛树脂和硅微粉的混合胶液，填充材料(14)的固化方法为从室温经1小时升到 (80 士 5) °C，再经1小时升到(100 士 5) °C下保温2小时，再由(100 士 5) °C经0. 5小时升到 (130 士 5) °C，并在(130 士 5) °C下保温3小时后自然冷却。
4.根据权利要求1所述的一种连续测量烧蚀传感器，其特征在于值为3000 5000 Ω/m，绕线(13)均勻缠绕在预先涂覆填充材料(14) 为 100 200 Ω/mm。
5.根据权利要求1所述的一种连续测量烧蚀传感器，其特征在于铬基精密电阻丝。
6.根据权利要求1所述的一种连续测量烧蚀传感器，其特征在于胀系数与填充材料(14)的热膨胀系数一致。
7.根据权利要求1所述的一种连续测量烧蚀传感器，其特征在于属材料，所述金属材料为铁镍钴合金。
8.根据权利要求1所述的一种连续测量烧蚀传感器，其特征在于材料为铜。
9.根据权利要求1所述的一种连续测量烧蚀传感器，其特征在于传感器的外壳(3) 套装一个调整螺母(16)，通过调整螺母(16)调整敏感组件(1)中毛细管(1 的高度，保证敏感组件(1)的毛细管(1 端面与待测防热层外表面(18)齐平。所述绕线(13)的阻的芯线(10)后阻值所述绕线(13)为镍所述芯线(10)的膨所述芯线(10)为金所述毛细管(12)的
全文摘要
本发明涉及一种连续测量烧蚀传感器，该传感器包括敏感组件、堵块、外壳、印制板组合件、后盖、电缆和接插件，其中敏感组件包括引线、芯线、绝缘座、毛细管、绕线和填充材料，本发明采用绕丝工艺将绕线均匀密绕在芯线上，然后绕丝和芯线之间填充材料，从而构成敏感组件，将敏感组件的一端插入外壳内，并用堵块固定，接着将敏感组件的引线接至印制板组合件，信号通过电缆和接插件引出，将壳体内的剩余空间用胶液填充后，焊接外壳与后盖，本发明具有可连续测量的特点，能输出与防热层烧蚀厚度成正比的信号，不但在制造时无需采用与防热层同批次的烧蚀材料，降低成本和缩短生产周期，而且大大提高了测量精度，对防热层的整体性破坏很小。
文档编号G01B7/06GK102183196SQ20101062380
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者杨显涛, 郑帮林, 陈青松 申请人:北京遥测技术研究所, 航天长征火箭技术有限公司
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