[发明专利]航天器泄漏定位用声阵列传感器

说明书

本发明的声阵列传感器，包括背衬、压电陶瓷片、柔性PCB板、匹配层和外壳，一级背衬与压电陶瓷片之间通过粘合方式设置柔性PCB板，压电陶瓷片底部设置匹配层，一级背衬上方设置二级背衬，柔性PCB板的两端从一级背衬与压电陶瓷片的正极之间延伸而出，两侧的延伸部分分别设置有一定阵列的插针孔，用于对应焊接插针，柔性PCB板两端向一级背衬侧弯折，使得两侧插针均构成N/2×N/2阵列，其中N为偶数，将上述结构放置于外壳中，使其居中，并使压电陶瓷片负极与外壳相连，将二级背衬缓慢灌装至外壳中，使外壳高于二级背衬2mm左右，插针外露于二级背衬5mm左右，其中，将压电陶瓷片均匀切割为N×N阵元，其中，N大于等于4。本发明外部使用金属罩做电磁屏蔽，降低电磁干扰。

技术领域

本发明属于航天器泄漏检测技术领域，具体而言，本发明涉及一种航天器泄漏定位用声发射阵列传感器，

背景技术

随着人类航天活动的日益频繁，空间碎片的数量急剧增加，在轨运行的航天器受到空间碎片撞击而发生泄漏的概率显著增大。而航天器的正常运行、航天员的生活、工作以及生命安全都需要航天器提供一个稳定的大气环境，这就对各密封舱段提出了高可靠的密封要求。

当泄漏发生时，泄漏气体与孔壁摩擦会产生丰富的声信号，利用声传感器分析信号特征，可以对泄漏进行定位。

NASA与美国思创公司利用一种空气耦合的超声传感器进行泄漏定位，但这种传感器带宽只有38KHz-42KHz,况且由于空气耦合，这种传感器的灵敏度不高。

美国Maine大学发明一种柔性声阵列传感器进行泄漏定位，这种传感器利用MEMS技术集成在一块柔性材料上，可以方便安装在舱体表面，其结构参见附图1，但是这种传感器为线阵列，无法进行360度泄漏定位。另外这种传感器裸露在空气中，容易受到环境因素的影响。

北京卫星环境工程研究所使用8个PAC-NANO30传感器组合成一个L型阵列进行泄漏定位，其结构见图2，这种传感器带宽很宽，为100KHz-400KHz，灵敏度也很高，但是单个传感器尺寸较大(8mm),各个传感器性能有差异，严重影响了泄漏定位精度，无法满足航天器泄漏定位的需要。

发明内容

本发明提出一种航天器泄漏定位用声阵列传感器，包含8行8列共64个阵元，该阵列传感器利用同个块PZT切割而成，通过在航天器舱体内壁粘贴该阵列传感器，可以实现载人航天器在轨泄漏检测与漏孔定位，也可适用环模设备等真空容器等泄漏检测与漏孔定位，各阵元性能几乎完成一致，极大的提高了泄漏定位的精度。

本发明的声阵列传感器包括一级背衬、二级背衬、压电陶瓷片、柔性PCB板、匹配层、外壳和插针，一级背衬与压电陶瓷片正极之间通过粘合方式设置柔性PCB板，压电陶瓷片负极设置匹配层，一级背衬上方设置二级背衬，柔性PCB板的两端从一级背衬与压电陶瓷片的正极之间延伸而出，两侧的延伸部分分别设置有一定阵列的插针孔，用于对应焊接插针，柔性PCB板两端向一级背衬侧弯折，使得两侧插针均构成N/2×N/2阵列(N为偶数)，将上述结构放置于外壳中，使其居中，并使压电陶瓷片负极与外壳相连，将二级背衬缓慢灌装至外壳中，使外壳高于二级背衬2mm左右，插针外露于二级背衬5mm左右；其中，将压电陶瓷片均匀切割为N×N阵元，切割是从压电陶瓷片正极开始，切至距离负极1-2mm处，保证负极一体连通，其中，N大于等于4。

其中，阵元中心间距2.54mm,单个阵元面积2mm×2mm。

其中，一级背衬为高分子材料，例如聚氨酯泡沫塑料，一级背衬的面积要等于或略小于PZT压电材料层的面积。

其中，外壳为铝壳。

进一步地，二级背衬使用环氧树脂、橡胶粉、钨粉混合(3-4):1：1配比的胶状物，灌装后凝固。

进一步地，N×N阵元中最外圈的阵元空置未使用。

进一步地，外壳开口部分粘合设置耐磨层。