[发明专利]一种连续测量烧蚀传感器

说明书

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Φ12mm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小，节省了飞行器的空间。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种连续测量烧蚀传感器，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，绕线均匀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±5)℃，再经1小时升到(100±5)℃下保温2小时，再由(100±5)℃经0.5小时升到(130±5)℃，并在(130±5)℃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3000～5000Ω/m，绕线均匀缠绕在预先涂覆填充材料的芯线后阻值为100～200Ω/mm。