[发明专利]一种非接触式超高温环境下温度参数提取装置

说明书

本发明涉及一种非接触式超高温环境下温度参数提取装置，包括接收处理单元、连接线缆、宽带接收天线、矩形介质谐振与发射天线复合结构；接收与处理单元通过连接线缆连接宽带接收天线，其置于普通温度环境内，向矩形介质谐振与发射天线复合结构发送和接收宽带信号；矩形介质谐振与发射天线复合结构置于超高温环境中，包括参考地和安装在参考地上的喇叭形辐射源和介质层；介质层的介电常数随温度变化，喇叭形辐射源感应介质层的介电常数变化后发生谐振并发送其谐振频率到宽带接收天线；该装置具有较小的结构尺寸，可直接将温度敏提取装置置于超高温环境中，能够长时间、实时监测超高温环境下的温度参数。

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种非接触式超高温环境下温度参数提取装置。

背景技术

随着我国航空航天及民用飞行技术的快速发展，发动机关键组件长期处于由燃料以及与大气高速摩擦导致的超高温(＞1000℃)环境中。在高速运转的发动机舱内或者大气中快速飞行的飞行器涡轮表面，都存在着这种由高温形成的特殊环境，而实时监测高温环境下的温度参数，对提高发动机及飞行器的可靠性、寿命以及材料选取都有着重要的意义。同时，也是其动力系统研究必不可少的环节。因此，为了使这些组件能够工作在最佳的环境状态，减小温度对组件的影响和损坏，需要长时间、实时监测高温环境下的温度参数。

目前，国内高温环境下温度参数测试方法主要有两种：一是利用有源、有线敏感探头直接测试；二是依赖于外推、引温等方法间接测试。第一种方法只适用于温度低于600℃的环境下，在超过600℃高温环境下，有源测试装置就会失效或者损坏，无法对参数进行实时监测。第二种方法适用的温度范围一般低于800℃，同时存在测试结果不准确、动态响应不够等问题，同样不能满足实时监测要求。高于1000℃的超高温环境下温度参数测试是急需攻克的技术难题。

基于有源电路方案的温度敏感装置具有敏感范围宽的优点，随着SiC与GaN衬底工艺的发展，该类型温度的敏感装置的峰值工作温度已经达到了600℃。但是，当工作温度高于600℃时，往往需要增加复杂的隔热与加电设计，随着温度的升高，并会烧毁有源装置；基于低温共烧陶瓷(LTCC)与高温共烧陶瓷(HTCC)的LC谐振式温度敏感装置，分别可以工作于800℃与600℃的环境中，受限于其线圈的尺寸、线圈方向及耦合距离的限制，该方案同样无法工作于超过1000℃的超高温环境中。

如图1所示为一种利用表面工艺制备的压阻式复合梁温度传感器，当温度变化时，复合悬臂梁的双层材料因热膨胀系数的失配产生弯曲而形成热应力，复合悬臂梁在热应力作用下弯曲,在铝膜和硅膜的接触面上产生剪切应力，使得位于硅悬臂梁根部表面的压阻的阻值发生变化。压阻的变化通过惠斯登电桥读出，利用应力的变化表征温度的变化。该温度传感器制备较为复杂，其中悬臂梁结构是通过外延单晶硅表面微加工工艺(MEMS)制备而得，而惠斯登电桥输入需要采用脉冲式电流供电，因此该传统温度敏感方案加工工艺复杂，峰值工作温度远低于500℃，不能满足超高温环境的测试要求。

目前，国内尚无可工作于1000℃以上的超高温环境下的实时监测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触式超高温环境下温度参数提取装置，能够适用于超高温环境的无源非接触式温度参数敏感提取装置，该装置具有较小的结构尺寸，可直接将温度敏提取装置置于超高温环境中，能够长时间、实时监测超高温环境下的温度参数。该敏感提取装置主要由两部分组成：一是对温度参数敏感的谐振结构，二是携带温度参数信息的谐振频率提取传输天线。其中谐振结构与提取传输天线为一体化设计，微波谐振结构既作为参数敏感单元又作为提取传输天线。该谐振结构工作时，不同温度环境下材料介电常数会随之改变，根据谐振频率与材料介电常数的反比例关系，通过测试不同环境下谐振结构的谐振频率解算出待测的温度参数，实现超高温环境下温度参数的提取。综上所述，本发明提出的温度参数测试装置，具有简单的结构形式，敏感结构全部由无源单元组成，避免了有源测试装置在超高温环境下失效或损坏的风险，更便于采用特制的耐高温材料，以达到提高该装置工作稳定性、可靠性及环境适应性能力的目的。