基于陶瓷的無線無源高溫壓力與溫度傳感器的設(shè)計(jì)、制備及測試.pdf

1、在航空航天等領(lǐng)域,飛行器載入大氣層時(shí),由于高速劇烈摩擦飛行器體表溫度可高達(dá)1000℃,甚至更高,其高速運(yùn)動(dòng)時(shí)氣動(dòng)力學(xué)環(huán)境與飛行器飛行姿態(tài)控制密切相關(guān),因此完成飛行器表面高溫環(huán)境下的壓力參量動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測必不可少,同時(shí)這種需求對(duì)現(xiàn)有測試技術(shù)提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。另外,在高溫環(huán)境下壓力與溫度參數(shù)相輔相成,因此它們實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取,對(duì)精確控制系統(tǒng)性能并保證其運(yùn)行安全以及工作環(huán)境分析都具有重要意義。
　　本論文通過介紹電磁耦合原理以及信號(hào)的無線提取方

2、法,提出基于陶瓷材料的非接觸式無線無源高溫壓力與溫度傳感器,不僅解決了高溫環(huán)境下基于硅材料制備的傳統(tǒng)傳感器材料彈性性能特性退化無法獲取壓力和溫度參數(shù)的問題,而且解決了傳感器金屬引線在高溫下無法向環(huán)境散熱,導(dǎo)致電源、電路的溫度升高,測試系統(tǒng)迅速失效的難題。
　　高溫壓力傳感器選取高溫氧化鋯生瓷片材料,采用高溫瓷工藝與低溫瓷工藝相結(jié)合,多步燒結(jié)的非共燒技術(shù)制備電容腔式壓敏LC結(jié)構(gòu)(高溫區(qū)域),解決各材料燒結(jié)過程中熱膨脹系數(shù)不匹配的問題

3、,增加填充犧牲層工藝,極大程度上改進(jìn)了密閉微型空腔的腔平整度,提升了傳感器靈敏度,更好地實(shí)現(xiàn)高溫區(qū)域的壓力測量。溫度傳感器以LTCC材料為基底,選取對(duì)溫度敏感的高居里點(diǎn)鐵電陶瓷作為介質(zhì)材料,采用低溫瓷工藝制備電容腔式溫敏LC結(jié)構(gòu),同樣加入犧牲層填充工藝。具體的研究內(nèi)容有以下幾個(gè)方面:
　　1.首先進(jìn)行了詳細(xì)的理論基礎(chǔ)分析,非共燒電容式高溫壓力傳感器理論核心在于:外界壓力的作用使傳感器電容空腔的極板間距變小,導(dǎo)致電容值改變,從而引起

4、諧振頻率的變化;鐵電陶瓷溫度傳感器的理論核心在于鐵電陶瓷這種材料對(duì)溫度敏感,當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí)其介電常數(shù)改變,導(dǎo)致電容值改變,從而引起諧振頻率的變化,這兩種參數(shù)都是通過諧振頻率的變化來獲取信號(hào)參數(shù)。
　　2.在非共燒高溫壓力傳感器方面,根據(jù)LC諧振原理以及射頻信號(hào)的無線無源檢測理論,分析傳感器在壓力作用下的電容變化;設(shè)計(jì)出高溫壓力傳感器的結(jié)構(gòu)模型并計(jì)算其設(shè)計(jì)參數(shù);采用高溫瓷工藝與低溫瓷工藝相結(jié)合、多部燒結(jié)的非共燒工藝制備出樣品;

5、搭建了常溫和高溫均勻壓力測試平臺(tái),并進(jìn)行相應(yīng)測試以及結(jié)果分析。
　　3.在鐵電陶瓷溫度傳感器方面,基于LC諧振原理介紹了陶瓷材料的非共燒無線無源溫度傳感器的設(shè)計(jì)理念,并設(shè)計(jì)出其結(jié)構(gòu)模型與設(shè)計(jì)參數(shù);詳細(xì)介紹了低溫瓷工藝制備流程;在室溫到700℃的溫度環(huán)境下進(jìn)行了3次性能測試并對(duì)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析。
　　本文中非共燒陶瓷高溫壓力傳感器與鐵電陶瓷溫度傳感器都以LC諧振電路為設(shè)計(jì)核心,電容值的改變?yōu)槔碚撘罁?jù),分別采用非共燒工藝與LTC