全柔性热膜微传感器阵列制造工艺及性能优化

为了测量飞机、流体管腔等气动面上的温度、剪应力等流场参数分布,以镍作为热敏材料,利用MEMS微加工技术在聚酰亚胺衬底上制作出了一种全柔性的热膜微传感器阵列。该传感器阵列的整体厚度薄(100μm以内)、软性可弯,可以紧贴曲型壁面从边界层底部实现非破坏性的动态流场参数测量。设计了器件阵列结构,研发了基于溅射成型与退火热处理的微加工工艺。结合工艺与测试实验,系统地分析了氩气压强、衬底温度、溅射功率、退火温度等工艺参数对电阻温度系数的影响规律。为了获得更高的器件灵敏度,通过优化工艺参数提高了柔性热膜微传感器的电阻温度系数,使其达到了4.64×10-3/℃,并且保持了好的线性度。

基于连续小波变换的二维边界层分离点判定

边界层分离点位置的检测是实现主动流动控制的基础和关键,采用可挠性的微型热膜传感器阵列对二维边界层分离点进行实时在线测量是一种新方法。针对小波变换在边界层分离流多尺度旋涡处理方面的优势,采用Morlet连续小波变换对传感器阵列信号进行时频域分析,根据边界层分离前后脉动旋涡频率段在时域上的百分比来确定分离点位置。结果显示采用该方法可以有效地判定出边界层分离点振荡区间。

基于DSP的边界层分离点实时检测系统

针对微型热膜传感器阵列用于边界层分离点检测,设计多路恒流源驱动电路、滤波检测电路,并以DSP为核心器件设计动态数据采集系统;根据边界层分离特性,采用FFT算法进行分离点位置判定;实验证明该系统可以有效地检测出边界层分离点位置,并能满足测控系统的实时性要求。