涡轮导叶片表面MEMS高温测量技术

利用MEMS微制造集成技术,在航空发动机涡轮叶片表面成功地制作了薄膜高温温度传感器,攻克了叶片表面高温绝缘、曲表面光刻及高温可靠导线互联等一系列关键技术难关。对薄膜传感器及高温连线系统进行了一系列温度循环测量试验,读数可靠稳定、重复性好,并承受住了苛刻的振动冲击试验(10~2000Hz/40g的振动及8g的半正弦波冲力试验)。该涡轮叶片表面MEMS原位集成热电偶薄膜传感器也经历了温度高达1200℃的航空发动机燃动环境下燃气压力0.5MPa、热流量1.24L·J/(kg·K)的测试,获得了可靠的气动环境温度。该传感器尺寸小而且可以批量地形成传感器阵列,尽可能地避免了传感器对气动环境的扰动及叶片本身的破坏,而且便于安装和连接,可以用于航空发动机涡轮部位的高温温度测量。

MEMS原位集成传感器振动冲击试验研究

智能航空发动机及其他机械系统的智能化需要抗高振动和大冲力的原位集成传感器,要满足高温、高振动、高冲击的苛刻工作环境。为此制作了发动机涡轮叶片原位集成高温温度传感器,并且进行了一系列的高温试验和振动冲击试验。该原位集成传感器利用微机电系统(micro-electro-mechanical-system,简称MEMS)制造技术制作在涡轮叶片表面,不仅可以原位测量高达800℃的环境温度,并且具有很高的机械强度,可以承受高达40g的振动和100g的冲力。

应用于超声共振检测的PZT/Si复合材料换能器

提出并设计了一种应用于超声共振检测的PZT/Si复合材料圆片换能器。该换能器是将一小硅片粘贴在PZT压电片上复合而成,硅片中心已有一个应用MEMS技术加工制造的倒金字塔小坑。这使得待测样品很容易安装在超声共振谱检测的平台上,并能提高测量的精确度。文中利用ANSYS对该换能器和单独PZT-4压电片换能器进行比较分析,得出了不同结构在相同电压和外力作用下产生的静态位移结果以及共振频率,并讨论了复合结构参数对换能器工作灵敏度的影响。结果表明,复合换能器的灵敏度仅降低4%~4.8%,可以应用在超声共振谱检测中。