本发明公开了一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，在同轴套装的双层镍铬管中阵列多根电性接触的镍铬丝线，并向多根电性连接的镍铬丝线与镍铬管形成的空隙中填充康铜丝线，使镍铬丝线和康铜丝线形成不同轴的两极；其中，镍铬丝线与康铜丝线的直径比例根据双层镍铬管的内圈直径确定，使镍铬丝线与康铜丝线在双层镍铬管内填充后，双层镍铬管的空隙比最小，实现多个由镍铬丝线和康铜丝线形成的正负极各自被使用，以及形成多个测量节点，各自测量，提高了小尺度结构的高分辨率需求，极大的扩展了传感器的使用范围。
1.一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，其特征在于，在同轴套装的双层镍铬管中阵列设置 多根电性接触的镍铬丝线，并向多根电性连接的镍铬丝线与双层镍铬管形成的空隙中填充康铜丝线，使镍铬丝线和康铜丝线形成不同轴的两极；
其中，镍铬丝线与康铜丝线的直径比例根据双层镍铬管的内圈直径确定，使镍铬丝线与康铜丝线在双层镍铬管内填充后，双层镍铬管的空隙比最小；
向多根电性连接的镍铬丝线与镍铬管形成的空隙中填充康铜丝线的具体形式包括：向多根电性连接的镍铬丝线与镍铬管形成的空隙中填充单个康铜丝线，形成多芯单测点构造面；向多根电性连接的镍铬丝线与镍铬管形成的空隙中填充多个康铜丝线，形成多芯多测点构造面或单主芯多测点构造面。
2.根据权利要求1所述的一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，其特征在于，向多根电性连接的镍铬丝线与镍铬管形成的空隙中填充多个康铜丝线，多个所述镍铬丝线在所述双层镍铬管中沿径向分布形成多层级的镍铬丝线环层，所述康铜丝线嵌入每一层的相邻两个所述镍铬丝线之间，且相邻层级的两个所述镍铬丝线电性接触，形成多层级单主芯多测点构造面。
3.根据权利要求1所述的一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，其特征在于，在同轴套装的双层镍铬管中阵列多根电性接触的镍铬丝线，其中，所述双层镍铬管包括外层套管和内层套管，所述内层套管用于在其内部阵列多根电性接触的镍铬丝线后，位于相邻两个镍铬丝线之间的所述内层套管的管体部分主动变形对阵列的多根所述镍铬丝线进行包覆；
其中，位于相邻两个镍铬丝线之间的所述内层套管的管体部分主动变形形成外凹槽，多个所述康铜丝线填充在所述外凹槽中，且多个所述康铜丝线和所述镍铬丝线连接成回路。
4.根据权利要求3所述的一种热电偶瞬态热流 传感器的高空间分辨率的集成式构造方法，其特征在于，多个所述康铜丝线填充在所述外凹槽中，且多个所述康铜丝线和所述镍铬丝线连接成回路的方法具体为，在所述内层套管的端部通过激光焊接或等离子涂覆的方式使康铜丝线和镍铬丝线连接形成电连接测量区。
5.根据权利要求4所述的一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，其特征在于，其中，所述激光焊接使康铜丝线和镍铬丝线连接，形成沿所述内层套管径向辐射至所述外层套管的表面形成电测量点；
利用康铜材料进行等离子涂覆的方式使康铜丝线和镍铬丝线电性连接，形成沿所述内层套管径向延伸至所述外层套管的表面形成电测量环面。
6.根据权利要求3所述的一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，其特征在于，所述外层套管和所述内层套管之间设置有绝缘薄层，且所述绝缘薄层与所述内层套管过渡配合。
7.根据权利要求5所述的一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，其特征在于，利用康铜材料进行等离子涂覆的方式具体包括等离子喷涂组件(3)，所述等离子喷涂组件(3)包括等离子喷头总成(301)，以及安装在所述等离子喷头总成(301)上的引导喷头(4)，所述引导喷头(4)用于限制所述等离子喷头总成(301)喷射的等离子束在节点表面的径向上的宽度，在节点表面形成可控形态的电连接面。
8.根据权利要求7所述的一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，其特征在于，所述引导喷头(4)包括与所述等离子喷头总成(301)螺旋连接的圆台体(401)，所述圆台体(401)的内壁内部设置有角度气腔(402)，所述角度气腔(402)内设置有通过外置气源进行供气的气喷嘴(403)，所述气喷嘴(403)的底部与所述角度气腔(402)的底部内壁转动连接，所述气喷嘴(403)的中间通过弹簧密封件(404)与所述角度气腔(402)的内壁和外壁连接，所述气喷嘴(403)与所述角度腔内、外表面之间均通过弹簧密封件(404)形成压力动作腔室(405)，且两个所述压力动作腔室(405)通过管道连接至所述角度气腔(402)与外置气源连接的管道上，管道上设置有用于控制两个压力动作腔室(405)的进气比例的控制阀，所述圆台体(401)位于压力动作腔室(405)内部沿轴向设置有与所述等离子喷头总成(301)螺旋连接的引导管(406)。
一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法。
背景技术
[0002] 同轴热电偶瞬态热流传感器是利用不同电极材料的Seebeck效应在不同温度梯度作用下形成电动势并予以测量，进而反演温度和热流的一种实验元器件，主要用于航空航
天高超声速飞行器气动实验、高超声速流动相关实验等，具有响应快、量程大、精度高、鲁棒
性强等特点，而现有的单个热流传感器尺度为0.7mm至2.0mm，对于飞行器特殊部位，如前
缘、干扰区等，空间尺度仅为毫米量级，传感器尺寸过大，获得的测量结果相当于空间平均
结果，无法表征极限峰值，因此对于高精度要求以及部分极端情况测量仍然面临分辨率不
足的问题。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，以解决现有技术极端情况下现有的热流传感器分辨率不足的技术问题。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
[0005] 一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，在同轴套装的双层镍铬管中阵列多根电性接触的镍铬丝线，并向多根电性连接的镍铬丝线与双层镍铬管形成的
空隙中填充康铜丝线，使镍铬丝线和康铜丝线形成不同轴的两极；
[0006] 其中，镍铬丝线与康铜丝线的直径比例根据双层镍铬管的内圈直径确定，使镍铬丝线与康铜丝线在双层镍铬管内填充后，双层镍铬管的空隙比最小。
[0007] 作为本发明的一种优选方案，向多根电性连接的镍铬丝线与镍铬管形成的空隙中填充康铜丝线的具体形式包括：向多根电性连接的镍铬丝线与镍铬管形成的空隙中填充单
个康铜丝线，形成多芯单测点构造面；向多根电性连接的镍铬丝线与镍铬管形成的空隙中
填充多个康铜丝线，形成多芯多测点构造面或单主芯多测点构造面。
[0008] 作为本发明的一种优选方案，向多根电性连接的镍铬丝线与镍铬管形成的空隙中填充多个康铜丝线，多个所述镍铬丝线在所述双层镍铬管中沿径向分布形成多层级的镍铬
丝线环层，所述康铜丝线嵌入每一层的相邻两个所述镍铬丝线之间，且相邻层级的两个所
述镍铬丝线电性接触，形成多层级单主芯多测点构造面。
[0009] 作为本发明的一种优选方案，在同轴套装的双层镍铬管中阵列多根电性接触的镍铬丝线，其中，所述双层镍铬管包括外层套管和内层套管，所述内层套管用于在其内部阵列
多根电性接触的镍铬丝线后，位于相邻两个镍铬丝线之间的所述内层套管的管体部分主动
变形对阵列的多根所述镍铬丝线进行包覆；
[0010] 其中，位于相邻两个镍铬丝线之间的所述内层套管的管体部分主动变形形成外凹槽，多个所述康铜丝线填充在所述外凹槽中，且多个所述康铜丝线和所述镍铬丝线连接成
回路。
[0011] 作为本发明的一种优选方案，多个所述康铜丝线填充在所述外凹槽中，且多个所述康铜丝线和所述镍铬丝线连接成回路的方法具体为，在所述内层套管的端部通过激光焊
接或等离子涂覆的方式使康铜丝线和镍铬丝线连接形成电连接测量区。
[0012] 作为本发明的一种优选方案，其中，所述激光焊接使康铜丝线和镍铬丝线连接，形成沿所述内层套管径向辐射至所述外层套管的表面形成电测量点；
[0013] 利用康铜材料进行等离子涂覆的方式使康铜丝线和镍铬丝线电性连接，形成沿所述内层套管径向延伸至所述外层套管的表面形成电测量环面。
[0014] 作为本发明的一种优选方案，所述外层套管和所述内层套管之间设置有绝缘薄层，且所述绝缘薄层与所述内层套管过渡配合。
[0015] 作为本发明的一种优选方案，利用康铜材料进行等离子涂覆的方式具体包括等离子喷涂组件，所述等离子喷涂组件包括等离子喷头总成，以及安装在所述等离子喷头总成
上的引导喷头，所述引导喷头用于限制所述等离子喷头总成喷射的等离子束在节点表面的
径向上的宽度，在节点表面形成可控形态的电连接面。
[0016] 作为本发明的一种优选方案，所述引导喷头包括与所述等离子喷头总成螺旋连接的圆台体，所述圆台体的内壁内部设置有角度气腔，所述角度气腔内设置有通过外置气源
进行供气的气喷嘴，所述气喷嘴的底部与所述角度气腔的底部内壁转动连接，所述气喷嘴
的中间通过弹簧密封件与所述角度气腔的内壁和外壁连接，所述气喷嘴与所述角度气腔
内、外表面之间均通过弹簧密封件形成压力动作腔室，且两个所述压力动作腔室通过管道
连接至所述角度气腔与外置气源连接的管道上，管道上设置有用于控制两个压力动作腔室
的进气比例的控制阀，所述圆台体位于压力动作腔室内部沿轴向设置有与所述等离子喷头
总成螺旋连接的引导管。
[0017] 本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
[0018] 本发明通过在同轴套装的双层镍铬管中阵列多根电性接触的镍铬丝线，并向多根电性连接的镍铬丝线与双层镍铬管形成的空隙中填充康铜丝线，使镍铬丝线和康铜丝线形
成不同轴的两极，来进行传感器的截面构造，实现多个由镍铬丝线和康铜丝线形成的正负
极各自被使用，以及形成多个测量节点，各自测量，提高了小尺度结构的高分辨率需求，极
大的扩展了传感器的使用范围。
附图说明
[0019] 为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅
仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0020] 图1为本发明实施例提供等离子喷涂组件的结构示意图；
[0021] 图2为本发明实施例提供引导喷头的纵剖面结构示意图；
[0022] 图3为本发明实施例提五芯单测点热流传感器的构造面的结构示意图；
[0023] 图4为本发明实施例提供四芯单测点热流传感器的构造面的结构示意图；
[0024] 图5为本发明实施例提供九芯五测点热流传感器的构造面的结构示意图；
[0025] 图6为本发明实施例提供码单主芯多测点热流传感器的构造面的结构示意图；
[0026] 图7为本发明实施例提供单主芯多测点传感器选型表。
[0027] 图中的标号分别表示如下：
[0028] 1‑镍铬丝线；2‑康铜丝线；3‑等离子喷涂组件；4‑引导喷头；401‑圆台体；402‑角度气腔；403‑气喷嘴；404‑弹簧密封件；405‑压力动作腔室；406‑引导管；5‑双层镍铬管；501‑
外层套管；502‑内层套管。
具体实施方式
[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 如图3至图6所示，本发明提供了一种热电偶瞬态热流传感器高空间分辨率集成式构造方法，在同轴套装的双层镍铬管5中阵列多根电性接触的镍铬丝线1，并向多根电性连
接的镍铬丝线1与双层镍铬管5形成的空隙中填充康铜丝线2，使镍铬丝线1和康铜丝线2形
成不同轴的两极；
[0031] 其中，镍铬丝线1与康铜丝线2的直径比例根据双层镍铬管5的内圈直径确定，使镍铬丝线1与康铜丝线2在双层镍铬管5内填充后，双层镍铬管5的空隙比最小，进而在小尺度
结构中，尽可能的提高空间分辨率。
[0032] 由于现有的热流传感器对于飞行器特殊部位，如前缘、干扰区等，空间尺度仅为毫米量级，传感器尺寸过大，获得的测量结果相当于空间平均结果，无法表征极限峰值；需要
降低传感器的测量分辨率和精度，来获得传感器在极端情况下的实用性。
[0033] 为此，本发明中向多根电性连接的镍铬丝线1与镍铬管形成的空隙中填充康铜丝线2的具体形式包括：向多根电性连接的镍铬丝线1与镍铬管形成的空隙中填充单个康铜丝
线2，形成多芯单测点构造面。
[0034] 其包括的具体实施例为：
[0035] 一、五芯单测点热流传感器
[0036] 4根镍铬丝线d1(裸线)，包裹1根康铜丝线d2(漆包线)；
[0037] 其几何关系为，
[0038] 或
[0039]
[0040] 二、四芯单测点热流传感器
[0041] 3根镍铬丝线d1(裸线)，包裹1根康铜丝线d2(漆包线)；
[0042] 其几何关系为，
[0043]
[0044]
[0045] 向多根电性连接的镍铬丝线1与镍铬管形成的空隙中填充多个康铜丝线2，形成多芯多测点构造面，其包括的具体实施例为：九芯五测点热流传感器，4根镍铬丝线d1(裸线)，
夹杂5根康铜丝线d2(漆包线)；
[0046] 其中，单主芯多测点构造面，其包括的具体实施例为：单主芯多测点热流传感器，1根镍铬丝线d1作为主芯，N根镍铬丝线d2和N根康铜丝线(漆包线)交错排列；
[0047] 其几何关系为，
[0048] 或
[0049] d3＝d1+2d2。
[0050] 进一步地，本发明中向多根电性连接的镍铬丝线1与镍铬管形成的空隙中填充多个康铜丝线2，多个镍铬丝线1在双层镍铬管5中沿径向分布形成多层级的镍铬丝线1环层，
康铜丝线2嵌入每一层的相邻两个镍铬丝线1之间，且相邻层级的两个镍铬丝线1电性接触，
形成多层级单主芯多测点构造面，如图7所示。
[0051] 外包双层镍铬管5紧缩固定，镍铬丝线1和康铜丝线2的漆包线形式可以做相应的调整和优化。
[0052] 高分辨率热流传感器的构造选型表
[0053]
[0054] 同时，为了进一步减小传感器的尺寸机构和提高空间分辨率，在同轴套装的双层镍铬管5中阵列多根电性接触的镍铬丝线1，其中，双层镍铬管5包括外层套管501和内层套
管502，内层套管502用于在其内部阵列多根电性接触的镍铬丝线1后，位于相邻两个镍铬丝
线1之间的内层套管502的管体部分主动变形对阵列的多根镍铬丝线1进行包覆；
[0055] 其中，位于相邻两个镍铬丝线1之间的内层套管502的管体部分主动变形形成外凹槽，多个康铜丝线2填充在外凹槽中，且多个康铜丝线2和镍铬丝线1连接成回路。
[0056] 多个康铜丝线2填充在外凹槽中，且多个康铜丝线2和镍铬丝线1连接成回路的方法具体为，在内层套管502的端部通过激光焊接或等离子涂覆的方式使康铜丝线2和镍铬丝
线1连接形成电连接测量区。
[0057] 其中，激光焊接使康铜丝线2和镍铬丝线1连接，形成沿内层套管502径向辐射至外层套管501的表面形成电测量点；
[0058] 利用康铜材料进行等离子涂覆的方式使康铜丝线2和镍铬丝线1电性连接，形成沿内层套管502径向延伸至外层套管501的表面形成电测量环面。
[0059] 外层套管501和内层套管502之间设置有绝缘薄层，且绝缘薄层与内层套管502过渡配合。
[0060] 如图1和图2所示，利用康铜材料进行等离子涂覆的方式具体包括等离子喷涂组件3，而在传统的等离子喷枪喷涂过程中，大多采用直接成片的喷涂方式，而直接成片的喷涂
方式容易因为传感器节点表面的结构影响形成电路断点，为了解决在提高小尺寸结构的空
间分辨率带来的这种问题，则理论上大多采用过厚的导电涂层来避免，这就使得传感器的
节点厚度增加，通过传感器节点进行传感器的电连接数量减少。
[0061] 为此，本发明通过多状态同步调节的方式来实现对等离子喷涂方式在传感器的节点表面形成精确可控的形状，进而提高其电性连接的稳定性：
[0062] 其状态一，利用等离子喷涂组件3自身的结构，来进行喷涂表面的控制，在此状态下，传感器处于静止状态。
[0063] 由于，大多数情况下，传感器为圆柱状，与之配合的等离子束形成的喷涂表面也为圆面，但当传感器的节点表面为非圆面时，现有的等离子喷头则无法进行很好的适配，并且
对于不同尺寸的喷涂面，又需要通过喷头的更换来实现；
[0064] 为此，本发明中的等离子喷涂组件3包括等离子喷头总成301，以及安装在等离子喷头总成301上的引导喷头4，引导喷头4用于限制等离子喷头总成301喷射的等离子束在节
点表面的径向上的宽度，在节点表面形成可控形态的电连接面。
[0065] 引导喷头4包括与等离子喷头总成301螺旋连接的圆台体401，圆台体401的内壁内部设置有角度气腔402，角度气腔402的纵截面呈直角梯形，具体的数量为4个，环形阵列在
圆台体401的内壁，且相邻两个角度气腔402独立，角度气腔402的厚度范围为1‑5mm。
[0066] 在初始状态时，四个所述角度气腔402形成的气体喷射线或喷射面的交点位于圆台体401的中轴线上。
[0067] 四个所述角度气腔402形成的气体喷射线或喷射面的风眼的直径与等离子喷头形成的等离子束的直径相同。
[0068] 角度气腔402内设置有通过外置气源进行供气的气喷嘴403，气喷嘴403的底部与角度气腔402的底部内壁转动连接；气喷嘴403的中间通过弹簧密封件404与角度气腔402的
内壁和外壁连接，其中弹簧密封件404具体由能够实现径向压缩的弹簧和包覆在弹簧表面
的密封橡胶构成，并且弹簧不支撑轴向上的形变；
[0069] 气喷嘴403与角度气腔内、外表面之间均通过弹簧密封件404形成压力动作腔室405，且两个压力动作腔室405通过管道连接至角度气腔402与外置气源连接的管道上，管道
上设置有用于控制两个压力动作腔室405的进气比例的控制阀，在实际的工作过程中，通过
控制阀控制位于气喷嘴403两侧的压力动作腔室405的气压变化，来对气喷嘴403的表面进
行受力，使得气喷嘴403绕与角度气腔402的转动连接处转动，进而实现角度的调节。
[0070] 气喷嘴403的角度调节能够起到两方面的效果，一、气喷嘴403喷出保护气体实现对等离子束形成的喷涂表面的隔离和保护，二、气喷嘴403喷出保护气体实现对等离子束边
缘的离散束缚，或气喷嘴403喷出的气体流速高于等离子束进行等离子束边缘的引导。
[0071] 进一步地，其中一组对向的两个气喷嘴403关闭，另一组对向的两个气喷嘴403开启，则能够在节点表面的径向上控制等离子涂层的宽度，并且在实现并联的多个传感器的
节点表面的连通时，则开启沿并联方向上的气喷嘴403，关闭垂直并联方向上的气喷嘴403，
使相邻两个气喷嘴403在相邻两个传感器节点表面的连接处形成交织区域，从而能够有效
的避免采用单等离子喷头以及横向直线移动的方式进行喷涂造成相邻两个传感器节点表
面的涂层较薄或缺失，影响其电性连接的效果。
[0072] 圆台体401位于压力动作腔室405内部沿轴向设置有与所述等离子喷头总成301螺旋连接的引导管406。
[0073] 其状态二、利用等离子喷涂组件3自身的结构，来进行喷涂表面的控制，在此状态下，传感器处于圆周转动或圆周转动与直线运动的组合。
[0074] 以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各
种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
