基于拉普拉斯变换的瞬态热流测量方法

针对航空发动机热端部件表面瞬态热流测量的问题,面向一种当前较为先进的横向测温差薄膜热流计结构,针对其瞬态测量的导热模型,在稳态测量原理方程中加入时间项,建立瞬态导热微分方程组,采用拉普拉斯变换方法并结合解卷积方法对导热方程进行求解,提出该型薄膜热流计瞬态条件下的表面热流测量方法;采用数值模拟手段,对所提方法进行验证。结果表明:所提方法突破了原始的稳态测量局限,可用于固体表面瞬态热流测量,计算得到的热流计表面热流与真实值符合较好;在表面阶跃热流条件下,测量精度约为8.2%;在100 Hz正弦热流条件下,测量精度约为4.0%。

薄膜热电堆热流传感器频率响应动态特性研究

为了快速、准确地反映航空、航天部件瞬变热流的变化,需要热流传感器具有快速动态频率响应特性。传统测试方法的热流源频率调制方式粗略,热流上限低,无法满足未来高速热流传感器的测试要求。辐射热流测试系统以高功率半导体激光器作为热流源,通过电压控制模块调制激光器输出频率,系统响应时间可达微秒(μs)级,可以产生50 MW/m^(2)的热流信号。通过Z-t变换求得传感器脉冲响应的时间常数τ,获得频率响应理论值723 Hz;通过快速傅里叶变换(FFT)求得无量纲频率响应曲线,测得频率响应约为510 Hz,完成薄膜热电堆热流传感器动态频率响应测试,并分析传感器动态性能和综合评价测试平台。

曲面结构上薄膜热流传感器的动态校准研究

搭建了以高功率半导体激光器作为热流源的动态测试系统,响应时间为3.5μs,热流上限为50 MW/m2,可以产生阶跃、脉冲、变频正弦等动态激励信号。分别使用脉冲激励法和变频正弦激励法对传感器进行时域和频域的动态校准。时域上以脉冲信号作为激励信号,使用负阶跃测试法测量时间常数,用响应速率比表征热流传感器的动态响应特性;频域上以变频正弦信号作为激励信号,通过快速傅里叶变换绘制出频率特性曲线,得到传感器的频率响应为18.4 Hz。并对两种动态校准结果进行了分析。

柔性基底上原子层热电堆热流敏感薄膜制备研究

针对航空航天高温异构件表面高频热流信号测量难题,提出了一种柔性原子层热电堆热流传感器的解决方案。以镍基合金柔性基带为衬底,通过倾斜基底沉积技术(ISD)生长出了具有倾斜织构的MgO薄膜,并在其上以金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)成功外延生长出了倾斜且织构良好的YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)(YBCO)热电薄膜。利用脉冲激光对其热电性能进行了测试,其响应时间达到196 ns。

自加热非晶锗热电阻MEMS流速传感器的制造与测试

为扩大流速传感器的测量范围并降低功耗,制造并测试了一种基于自加热非晶锗薄膜热电阻的MEMS流速传感器,它是由嵌入氮化硅薄膜的四个非晶锗热敏电阻和一对环境测温补偿电阻组成。四个非晶锗热电阻同时作为自加热热源和测温元件,相互连接以形成惠斯通电桥。给出了MEMS工艺流程,微加工制造了尺寸为8.9 mm×5.6 mm×0.4 mm的流速传感器芯片。搭建了低流速和高流速气流通道实验装置,对传感器的惠斯通电桥施加50μA的恒定电流(CCA),实现了0~50 m/s范围内的流速测量。结果表明,传感器在低流速(0~2 m/s)时的灵敏度约为81.6 mV/(m/s),在高流速(2~50 m/s)时的灵敏度约为51.9 mV/(m/s),最大功耗仅约为1.03 mW。