一种用于低速风洞的柔性薄膜式多测点压力测量带的制作方法

本发明涉及低速风洞测量领域，具体涉及一种用于低速风洞的柔性薄膜式多测点压力测量带及其制作方法。

背景技术：

飞行器绕流的湍流边界层、分离流、激波振荡、局部物形变化的流动、烧蚀、振荡燃烧等复杂流动现象都会在飞行器表面诱导出随机的动态压力，称作非定常压力。非定常压力的强度和频率显著影响飞行器结构动态载荷特性。局部非定常压力载荷的频率如果与结构固有频率耦合，将引起结构件振动，导致结构疲劳甚至破坏。非定常压力还是飞行器气动噪声的主要来源，噪声对飞行仪器有不利的影响，且会对承载人员造成不利的生理影响。

风洞试验是非定常压力载荷研究的主要手段。目前，在风洞中进行非定常压力测量主要采用电测法。非定常压力载荷在压力传感器上产生电信号，经信号调理器放大、滤波后进入数据采集器记录，并供数据处理和分析使用。非定常压力试验的关键环节在于测压位置的选取和传感器的安装。传统的方法是在模型表面加工测压小孔，通过压力传输导管与传感器相连。然而，试验模型的某些部位（如直升机旋翼、翼面后缘、翼身结合处、外挂物、腹鳍等）由于受结构的限制布置测压点十分困难；同时，待测压力经过管路传递到传感器上会出现管腔效应，随着待测压力频率的增高，传感器的输出波形会有严重的畸变。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种压力测量带，利用压力测量带的结构特性代替传统的在试验模型上设计测压孔，从而完成对试验模型的压力试验。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于低速风洞的柔性薄膜式多测点压力测量带，包括衬底基带和设置在衬底基带上的保护层，保护层与衬底基带之间设置有若干个压力元件和用于连接压力元件的信号线路和电源线路以及参考压导管，参考压导管输入到每一个压力元件上，所述的衬底基带、保护层以及两者之间的部件封装为一个具有柔性的带状整体。

在上述技术方案中，所述衬底基带为柔性印制电路板，所述压力元件采用表面贴装的方式封装在衬底基带上。

在上述技术方案中，保护层压贴在衬底基带上，所述保护层与压力元件对应的位置处设置有测压孔。

在上述技术方案中，保护层与衬底基带之间设置有支撑梁，每两个压力元件之间至少设置有一个支撑梁。

在上述技术方案中，所述柔性印制电路板为双层板，所述电源线与信号线敷设在柔性印制电路板的不同层上。

在上述技术方案中，所述衬底基带与保护层之间封装有一个连接器，所述信号线与电源线分别连接到连接器上，所述连接器具有与测量带外部连接的接口。

在上述技术方案中，所述保护层包括一层保护膜和设置在保护膜表面的金属镀膜。

在上述技术方案中，保护膜通过粘胶贴合在衬底基带上，保护膜将整个压力测量带上表面形成一个平滑的表面，金属镀膜贴在保护膜上处于整个压力测量带的最上层。

在上述技术方案中，所述衬底基带上没有设置压力元件的一面为粘贴面，起到将衬底基带固定的作用。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

相比传统的非定常压力测量方法需要在模型上开孔、设置软管并在后端连接传感器，该方法打孔工艺复杂、非常不便于加工；空气压力在软管中传输时会有幅值损失，而且压力信号的高频成分会被软管截止无法传递到传感器，因此测量的精度和频率上限会受到限制；

与传统的非定常压力测量方法相比，该压力测量带无须要求模型在前期设计中考虑测压孔的位置，降低了模型加工的难度；

该压力测量带采用粘贴的方式固定在模型表面，安装使用方便，有效地缩短了试验准备时间；

风洞试验时，气流产生的压力信号直接作用于压力敏感芯片上，避免了压力传递损失，有效地提高了测量结果的可靠性和精准度，可以进行动态压力频率在5kHZ；

该压力测量带上的压力敏感芯片尺寸小，可按照实际需求自定义分布，有效地提高了空间测量的分辨率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的压力测量带整体结构示意图；

图2是本发明的压力测量带制作示意图；

其中：1是衬底基带，2是信号总线，3是压力敏感芯片，4是电源总线，5是参考压导管，6是信号电源连接器，7是金属镀膜，8是保护膜，9是测压小孔，10是支撑梁。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明所述的压力测量带包括：

衬底基带，是一种采用聚酰亚胺或聚酯薄膜材料制作的柔性印制电路板，衬底基带作为载体提供整体结构支撑，印制电路板为双层结构，每一层敷设不同的线路；

压力元件，采用压力敏感芯片，通过表贴封装技术固定在衬底基带上，用于将感受到的压力信号转换为模拟电信号；

信号总线和电源总线为印制板表面的线路，用于模拟电信号导出，同时为微型化压力敏感芯片提供外接工作电源；

参考压导管为压力敏感芯片提供稳定的参考压力；

信号电源连接器用于实现压力测量带与外部采集设备的电气连接。

实施例一

首先根据试验模型被测部件的外形和物理尺寸确定需要的测压点数，通过测压点数确定压力元件的数量，并根据需要设置测压点数的位置确定相互之间的距离，通过提前计算好的尺寸确定好单条压力测量带的尺寸。

如图1所示，衬底基带采用聚酰亚胺或聚酯薄膜材料制作的柔性印制电路板，根据压力元件的位置提前在印制电路板上设计好信号线和电源线，印制电路板为双层结构，信号线在一层，电源线在另一层。压力元件为压力敏感芯片，采用贴片封装在印制电路板上，然后在印制电路板上设置一个信号电源连接器，所有的压力敏感芯片对应的电源线和信号线均连接到信号电源连接器上。在柔性印制电路板上设置有参考压导管，参考压导管引入压力敏感芯片的参考压力端。

由于测量带厚度薄、尺寸小，为提高电路负载能力，需要对于衬底基带也就是印制电路板采用镀金工艺；为了增加整个压力测量带的韧性，衬底基带上的压力敏感芯片与压力敏感芯片之间设计了多个支撑梁，使用保护膜将整个压力测量带上表面形成一个平滑的表面；保护膜和支撑梁使用粘接胶紧密贴合在衬底基带上；考虑到电磁屏蔽的效果，在保护膜上面采用金属镀膜处理，形成了一层金属屏蔽层。在保护膜与金属镀膜上设置有若干个测压气孔，每一个测压气孔对应到压力敏感芯片上，这种结构的设计能完全替代现有的试验模型上设计测压小孔的结构。

在压力敏感芯片的底部设计密封层，采用规外直径φ0.8mm、内直径φ0.6mm、壁厚0.1mm的纯铜管作为参考压导管，参考压导管的出口与密封层导通。

本发明的压力测量带的各个部件最后通过粘贴、压贴工艺使得整个测量带一体成型，成为一个完整的柔性测压带。其厚度小于2mm，测量频率范围为0~2000Hz，具有测点位置可自定义、测量精度高、电磁屏蔽效果好、表面平整、使用方便等特点，该压力测量带为柔性结构，可承受±30°的扭曲变形。

本发明的压力测量带可通过粘贴的方式安装在模型表面进行风洞试验，从而准确测量模型表面的压力变化情况。本发明不仅降低了风洞测压试验中模型设计加工的难度，同时提高了试验效率和测量结果的空间分辨率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。