一种柔性矢量流场传感器及其制备方法和应用与流程
本发明涉及流场传感器，具体是指一种柔性矢量流场传感器及其制备方法和应用。
背景技术：
1、飞行器的大气数据包括空速、马赫数、侧滑角等与飞行器所处流场相关的重要飞行参数。这些数据是火控、飞控以及座舱显示等航电系统的重要输入信息，对飞机的安全和稳定飞行至关重要。大气数据系统的性能直接影响飞行控制系统的运作，进而对飞行器的性能产生直接影响。
2、获取大气数据需要相应的传感器对大气信息进行感知和处理。通常，空速和迎角这两个重要飞行参数通过空速管和迎角传感器分别获得。空速管通过测量动压孔与静压孔之间的气压差来计算空速；迎角传感器则通过检测飞机周围流场的变化来获取迎角。然而，这两种传感器的分离感知方式导致了机载设备的复杂化和传感数据的不一致性。为满足新一代飞机对大气数据系统的要求，研究人员提出利用分布式传感器直接重现飞机周围的二维矢量流场，从而快速获得高精度的空速和迎角数据，并为其他大气数据的获取提供可靠输入。
3、当前，受限于器件制造技术和飞行器复杂环境干扰等问题，对飞机周围二维矢量流场进行持续高精度测量存在很大挑战。现有的流场传感设备难以变形，难以与飞行器的表面匹配。
技术实现思路
1、根据本发明的实施例，提供了一种柔性矢量流场传感器及其制备方法和应用。用于解决现有流场传感设备难以变形，难以与飞行器的表面匹配的问题。
2、在本发明的第一方面，提供了一种柔性矢量流场传感器，包括：柔性基底、热敏发热电路、温度传感模块和柔性封装层。所述热敏发热电路与所述温度传感模块设置于所述柔性基底和所述柔性封装层之间，且所述热敏发热电路与所述温度传感模块处于同一平面。该柔性矢量流场传感器还包括数据处理模块，所述数据处理模块分别与所述热敏发热电路和温度传感模块连接，用于获取来自所述热敏发热电路的第一温度数据和温度传感模块的第二温度数据。
3、进一步的，所述热敏发热电路上设置有多个弯曲部，两个相邻所述弯曲部呈s形，且多个所述弯曲部组成环形结构。
4、进一步的，所述温度传感模块由多个增敏型布拉格光栅温度传感器组成，多个所述增敏型布拉格光栅温度传感器位于所述热敏发热电路的外围。所述增敏型布拉格光栅温度传感器分别跟随所述热敏发热电路呈环形等距排列，且每个所述增敏型布拉格光栅温度传感器与所述热敏发热电路的最近距离相同。所述增敏型布拉格光栅温度传感器的光纤一端用于连接光源，所述光源用于提供光信号，另一端通过光谱仪连接数据处理模块，所述光谱仪用于将所述光信号转换为电信号，并传输至数据处理模块。
5、进一步的，每个所述增敏型布拉格光栅温度传感器的布拉格波长为1530nm~1570nm。每个所述增敏型布拉格光栅温度传感器的每个光栅之间的布拉格波长具有3nm~10nm的间隔，并且所述光栅以逆时针方式排列。所述增敏型布拉格光栅温度传感器的光纤一端连接光源，另一端连接光谱仪。
6、优选的，所述热敏发热电路由铬、镍和铂材料组成。
7、优选的，所述柔性基底和所述柔性封装层均由聚二甲基硅氧烷和固化剂制成。
8、在本发明的第二方面，提供了一种柔性矢量流场传感器的制备方法。
9、该制备方法包括：制备柔性基底和柔性封装层。将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合，并在负压环境下搅拌以去除微气泡，得到混合物。将所述混合物分别倒入柔性基底模具和柔性封装层模具中固化，分别得到柔性基底和柔性封装层。使用等离子体清洗机对柔性基底和柔性封装层进行表面处理。
10、制备热敏发热电路。首先溅射铬作为电路粘附层。接着溅射镍作为温度敏感层。最后溅射的铂作为温度敏感层和保护层。形成蛇形可拉伸结构，使电路在柔性基底拉伸时保持连通性。
11、制备温度传感模块。将多个增敏型布拉格光栅温度传感器串联，且12个所述增敏型布拉格光栅温度传感器呈环形等距排列。所述增敏型布拉格光栅温度传感器每个光栅以逆时针方式排列。
12、将热敏发热电路与数据处理模块连接。将增敏型布拉格光栅温度传感器的光线一端连接到光源，另一端通过光谱仪连接到数据处理模块。
13、使用柔性基底和柔性封装层将所述热敏发热电路和所述温度传感模块进行封装固定。
14、优选的，所述二甲基硅氧烷和所述固化剂按10：（1~2）的比例混合。
15、优选的，将所述热敏发热电路和所述温度传感模块铺装在所述柔性基底的上表面，使用柔性封装层将热敏发热电路和所述温度传感模块。
16、在本发明的第三方面，提供了一种柔性矢量流场传感器的应用，将如上述第一方面所述的柔性矢量流场传感器应用于飞行器的空速和迎角的监测。
17、本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
18、本发明中的柔性基底和柔性封装层采用聚二甲基硅氧烷和固化剂制成，具有良好的柔性和弹性。通过这种设计，柔性矢量流场传感器能够紧密贴附在飞行器的蒙皮表面，随蒙皮表面的弯曲和形变而调整形状。这种柔性设计有效解决了现有流场传感设备难以变形、难以与飞行器表面匹配的问题。
19、本发明利用增敏型布拉格光栅温度传感器和热敏发热电路，通过高精度的温度测量和流体流速计算，能够实时监测飞行器的空速和迎角。布拉格光栅温度传感器的高灵敏度和线性响应特性，确保了温度测量的精度，从而提高了流速和迎角计算的准确性。
20、本发明将温度传感模块和热敏发热电路集成在一个柔性传感器中，减少了机载设备的复杂性和冗杂性。通过单一设备即可同时测量空速和迎角，简化了飞行器的传感器配置，提高了系统的集成度。
21、柔性矢量流场传感器的设计使其能够在飞行器复杂的表面环境中工作，包括在高风速、温度变化剧烈的环境中，仍然能够保持稳定的性能，确保了传感数据的可靠性和准确性。
22、应当理解，
技术实现要素：
部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
技术特征：
1.一种柔性矢量流场传感器，其特征在于，包括：柔性基底、热敏发热电路、温度传感模块和柔性封装层；所述热敏发热电路与所述温度传感模块设置于所述柔性基底和所述柔性封装层之间，且所述热敏发热电路与所述温度传感模块处于同一平面；该柔性矢量流场传感器还包括数据处理模块，所述数据处理模块分别与所述热敏发热电路和温度传感模块连接，用于获取来自所述热敏发热电路和温度传感模块的温度数据。
2.根据权利要求1所述的柔性矢量流场传感器，其特征在于，所述热敏发热电路上设置有多个弯曲部，两个相邻所述弯曲部呈s形，且多个所述弯曲部组成环形结构。
3.根据权利要求2所述的柔性矢量流场传感器，其特征在于，所述温度传感模块由多个增敏型布拉格光栅温度传感器组成，多个所述增敏型布拉格光栅温度传感器位于所述热敏发热电路的外围；所述增敏型布拉格光栅温度传感器分别跟随所述热敏发热电路呈环形等距排列，且每个所述增敏型布拉格光栅温度传感器与所述热敏发热电路的最近距离相同；所述增敏型布拉格光栅温度传感器的光纤一端用于连接光源，所述光源用于提供光信号，另一端通过光谱仪连接数据处理模块，所述光谱仪用于将所述光信号转换为电信号，并传输至数据处理模块。
4.根据权利要求3所述的柔性矢量流场传感器，其特征在于，每个所述增敏型布拉格光栅温度传感器的布拉格波长为1530nm~1570nm；每个所述增敏型布拉格光栅温度传感器的每个光栅之间的布拉格波长具有3nm~10nm的间隔，并且所述光栅以逆时针方式排列。
5.根据权利要求1所述的柔性矢量流场传感器，其特征在于，所述热敏发热电路由铬、镍和铂材料组成。
6.根据权利要求1所述的柔性矢量流场传感器，其特征在于，所述柔性基底和所述柔性封装层均由聚二甲基硅氧烷和固化剂制成。
7.一种柔性矢量流场传感器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备如权利要求1至6任一项所述的柔性矢量流场传感器，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的柔性矢量流场传感器的制备方法，其特征在于，所述二甲基硅氧烷和所述固化剂按（5~10）：1的比例混合。
9.根据权利要求7所述的柔性矢量流场传感器的制备方法，其特征在于，将所述热敏发热电路和所述温度传感模块铺装在所述柔性基底的上表面，使用柔性封装层将热敏发热电路和所述温度传感模块封装固定。
10.一种柔性矢量流场传感器的应用，其特征在于，将权利要求1至6任一项所述的柔性矢量流场传感器应用于飞行器的空速和迎角的监测。
技术总结
本发明的实施例提供了一种柔性矢量流场传感器及其制备方法和应用，涉及流场传感器领域。该一种柔性矢量流场传感器，包括：柔性基底、热敏发热电路、温度传感模块和柔性封装层；所述热敏发热电路与所述温度传感模块设置于所述柔性基底和所述柔性封装层之间，且所述热敏发热电路与所述温度传感模块处于同一平面；该柔性矢量流场传感器还包括数据处理模块。本发明中的柔性基底和柔性封装层采用聚二甲基硅氧烷和固化剂制成，具有良好的柔性和弹性。柔性矢量流场传感器能够紧密贴附在飞行器的蒙皮表面，随蒙皮表面的弯曲和形变而调整形状。解决了现有流场传感设备难以变形、难以与飞行器表面匹配的问题。
技术研发人员：李宇航,南金,李秀艳
受保护的技术使用者：辽宁材料实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23