一种超低温环境传感器组件的防护装置的制作方法

本发明涉及低温防护领域，具体地，涉及一种超低温环境传感器组件的防护装置。

背景技术：

1、飞行器模型的姿态测量通过传感器组件如姿态传感器测量实现，通常测量方式为将姿态传感器安装在飞行器的机头然后放置在风洞中进行试验时测量，超低温风洞内部的姿态测量环境恶劣，传感器组件安置了多个高精度的姿态传感器，用于检测风洞内部飞机模型的姿态变化。因为该风洞运行时将长期处于超低温工作状态(-170℃)，模型内部的各种传感器也将长时间处于低温状态。各种精密传感器无法工作在超低温环境，所以需对其进行环境防护。进一步由于风洞内部的测量模型有严格的体积限制(＜φ130)，给环境防护的设计带来极大难度。

技术实现思路

1、本发明目的是一方面对风洞低温环境中的传感器组件进行低温防护，另一方面的控制防护装置的体积。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种超低温环境传感器组件的防护装置，所述防护装置包括：

3、热防护系统和测控系统；

4、热防护系统包括：防护外筒和防护内筒，防护内筒位于防护外筒内，防护外筒与防护内筒之间设有隔热层，防护内筒内用于安装传感器组件；

5、测控系统包括：测温电阻、加热片、线缆和控制箱；测温电阻和加热片均安装在防护内筒外表面，测温电阻用于采集防护外筒内环境温度，采集的环境温度通过线缆传输至防护外筒外的控制箱，控制箱基于环境温度对加热片进行加热控制。

6、其中，本发明利用防护外筒和防护内筒以及防护外筒与防护内筒之间设有隔热层可以对传感器组件进行低温防护，然后利用测温电阻采集防护外筒内环境温度，采集的环境温度通过线缆传输至防护外筒外的控制箱，控制箱在环境温度较低时对加热片进行加热控制，对传感器组件进行保温保护。

7、其中，本发明没有真空隔热结构。整体采用防护外筒与防护内筒之间设有隔热层，防护内筒外表面贴装加热片的结构，所以体积小巧。如果采用传统工业常见的杜瓦瓶结构(就是热水瓶结构，内部有真空绝热层)，那么容纳同样体积的内部组件，整体外形体积将比本发明设计的体积至少多出1/3，因此，本发明能够一方面满足对风洞低温环境中的传感器组件进行低温防护的需求，同时另一方面的控制防护装置有较小的体积。

8、优选的，所述热防护系统还包括法兰和法兰盖，法兰与防护外筒连接，法兰盖与法兰连接，防护外筒和防护内筒上设有用于线缆穿过的线孔和进出气管路孔。利用法兰和法兰盘方便对装置进行安装和固定。

9、优选的，隔热层包括由内到外依次层叠的氧化硅凝胶层和聚异氰脲酸酯层。聚异氰脲酸酯层为深冷绝热材料，具有较好的绝热效果，氧化硅凝胶具备隔热性好的优点，通过聚异氰脲酸酯层和氧化硅凝胶能够具有较好的隔热效果。

10、优选的，线孔和进出气管路孔处均设有隔热垫。利用隔热垫可以避免热量大量从线孔和进出气管路孔处泄露。

11、优选的，加热片通过聚酰亚胺胶带和硅橡胶粘贴在防护内筒外壁，粘贴时首先粘贴加热片一侧，采用硅橡胶从加热片粘贴测碾压粘贴至另一侧，然后使用聚酰亚胺胶带进行加固。加热片背面含压敏胶质材料，可直接和金属表面进行粘贴，通过上述方式能够确保加热片粘贴面无气泡产生不易脱落。

12、优选的，防护内筒内设有用于安装传感器组件的金属陶瓷框架。金属陶瓷型材料即具有陶瓷的温度-尺寸稳定性，又具有金属材料高导热性能。该类材料主体材料是陶瓷，故具有很高的微屈服强度，在久置和高温差环境下，仍然能够保证很高的尺寸稳定性。同时由于恰当的弹性模量和较高的硬度，所以加工性能好，能够保证成品件的尺寸精度达到高精度仪表级使用要求。其导热率为130w/m·k，远高于一般金属材料。所以该材料的选择是保证本发明的外形小巧、保障内部传感器足够高精度的基础。

13、优选的，防护内筒内设有用于支撑金属陶瓷框架的4个支撑件，支撑件采用碳纤维复合材料。由于内外温差相当大、框架属于良导热材料，所以必须在支承部位进行绝热。隔热层是软性材料，无法起到支承作用。故必须选择一种强度足够、较低导热率、热膨胀系数小的材料，否则会导致低温防护效果下降，经过多方调研，选择碳纤维复合材料作为基座。碳纤维材料是一种导热系数存在各向异性的材料。其纤维方向的导热系数较高，而层间方向的导热系数较低，可以达到0.5w/m·k左右水平。

14、优选的，测控系统包括6个加热片，6个加热片分别位于防护内筒外壁的四侧侧面、顶面和底面，4个支撑件与防护内筒底面通过螺钉连接，位于底面的加热片的功率大于其他加热片的功率。由于底部的支撑件(四个碳纤维块和四个螺钉)的存在，其漏热率比其他地方搞，成为漏热主要部位，因此将位于底面的加热片的功率设计为大于其他加热片的功率可以补偿多泄露的热量。

15、优选的，螺钉处设有隔热垫可以防止大量热量从螺钉处流失。

16、优选的，传感器组件包括若干液态阻尼调制倾角传感器，所述液态阻尼调制倾角传感器包括：外壳，以及位于外壳内的敏感组件、上下轭铁组件、磁钢组件、伺服电路板组件和连接电缆，所述液态阻尼调制倾角传感器还包括位于外壳内的：振动传感器、温度传感器、发热电阻回路、温度电路板组件和连接电缆；其中，温度传感器用于检测外壳内的阻尼液体的温度并将检测到的温度信息传递至温度电路板组件；发热电阻回路用于对外壳内的阻尼液体进行加热；振动传感器用于采集液态阻尼调制倾角传感器的外部振动环境数据，并将外部振动环境数据传递至温度电路板组件；温度电路板组件用于基于外部振动环境数据和温度信息控制发热电阻回路的输出功率。

17、本发明中的液态阻尼调制倾角传感器采用集成嵌入式的液态阻尼调制技术手段，实现在宽频带的振动干扰下，对载体倾角进行静态或准静态的测试倾角传感器。本发明提供一种液态阻尼调制方式，使倾角传感器的系统阻尼参数依据振动环境的变化进行自适应调制，使倾角传感器的内部工作温度在一定的范围内变化，减小倾角传感器在宽频带的振动干扰下，振动误差对测量精度的影响，提高了倾角传感器环境适应性和可靠性。

18、本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

19、本发明中的装置一方面能够对风洞低温环境中的传感器组件进行低温防护，另一方面的控制防护装置的体积。

1.一种超低温环境传感器组件的防护装置，其特征在于，所述防护装置包括：

2.根据权利要求1所述的一种超低温环境传感器组件的防护装置，其特征在于，所述热防护系统还包括法兰和法兰盖，法兰与防护外筒连接，法兰盖与法兰连接，防护外筒和防护内筒上设有用于线缆穿过的线孔和进出气管路孔。

3.根据权利要求1所述的一种超低温环境传感器组件的防护装置，其特征在于，隔热层包括由内到外依次层叠的氧化硅凝胶层和聚异氰脲酸酯层。

4.根据权利要求2所述的一种超低温环境传感器组件的防护装置，其特征在于，线孔和进出气管路孔处均设有隔热垫。

5.根据权利要求1所述的一种超低温环境传感器组件的防护装置，其特征在于，加热片通过聚酰亚胺胶带和硅橡胶粘贴在防护内筒外壁，粘贴时首先粘贴加热片一侧，采用硅橡胶从加热片粘贴测碾压粘贴至另一侧，然后使用聚酰亚胺胶带进行加固。

6.根据权利要求1所述的一种超低温环境传感器组件的防护装置，其特征在于，防护内筒内设有用于安装传感器组件的金属陶瓷框架。

7.根据权利要6所述的一种超低温环境传感器组件的防护装置，其特征在于，防护内筒内设有用于支撑金属陶瓷框架的4个支撑件，支撑件采用碳纤维复合材料。

8.根据权利要求7所述的一种超低温环境传感器组件的防护装置，其特征在于，测控系统包括6个加热片，6个加热片分别位于防护内筒外壁的四侧侧面、顶面和底面，4个支撑件与防护内筒底面通过螺钉连接，位于底面的加热片的功率大于其他加热片的功率。

9.根据权利要求8所述的一种超低温环境传感器组件的防护装置，其特征在于，螺钉处设有隔热垫。

10.根据权利要求1所述的一种超低温环境传感器组件的防护装置，其特征在于，传感器组件包括若干液态阻尼调制倾角传感器，所述液态阻尼调制倾角传感器包括：外壳，以及位于外壳内的敏感组件、上下轭铁组件、磁钢组件、伺服电路板组件和连接电缆，所述液态阻尼调制倾角传感器还包括位于外壳内的：振动传感器、温度传感器、发热电阻回路、温度电路板组件和连接电缆；其中，温度传感器用于检测外壳内的阻尼液体的温度并将检测到的温度信息传递至温度电路板组件；发热电阻回路用于对外壳内的阻尼液体进行加热；振动传感器用于采集液态阻尼调制倾角传感器的外部振动环境数据，并将外部振动环境数据传递至温度电路板组件；温度电路板组件用于基于外部振动环境数据和温度信息控制发热电阻回路的输出功率。