极端热环境射频无源谐振式振动传感基础研究

The in situ real-time acquisition of vibration parameter in extreme thermal environment plays an important role in national key projects such as aerospace engine, re-entry flight and testing process of aircrafts (rocket , missile, etc.), which is also the developing orientation of the extreme-environment testing technology. Aiming to address the problem of super-high and long-time in suit measurement of the current wired vibration sensors, a new method combining the RF wireless signal collection and the MEMS processing technology is proposed, hoping to fabricate the miniature LC vibration sensors using the SiC stress-matched integration under thermal environment, establish the signal-collection model of the multichannel frequency-vibration modulation, and achieve the demodulation arithmetic and the calibration method of the temperature-vibration parameters. The key techniques of RF passive resonant vibration sensing mechanism and the multichannel wireless signal collection mechanism will be studied. The temperature decoupling arithmetic will also be developed. This project can provides precious vibration measurement in extreme environments with scientific proof and technical support.

极端热环境振动参数原位实时检测在国家重大工程领域的航空航天发动机，火箭导弹等飞行器再入飞行和试验过程中存在迫切需求，是特殊环境测试技术重要发展方向。针对当前有线振动传感器原位测试时无超高温长时生存能力问题，提出射频无源谐振电磁耦合信号拾取与MEMS微传感器制造结合的新方法，研究高温环境下碳化硅材料的温度耦合效应模型及微型LC振动结构制造工艺，建立高温环境下多通道频率-振动调制解调的敏感特征信号提取模型，实现极端热环境下温度-振动力学参数解耦算法与测试标定方法,掌握极端热环境下射频谐振式高温振动传感器系统关键技术，系统研究多通道射频无源信号拾取机制、谐振振动敏感特征提取方法、碳化硅材料敏感结构温度耦合效应关系模型，阐明射频无源谐振式耐高温振动传感机理，发展多通道无源谐振敏感特征信号温度耦合解算算法。本项目相关研究和突破将为特殊环境振动准确测量提供科学依据和技术支撑

本项目针对重点研究了射频无源谐振电磁耦合信号提取与MEMS微传感器制造结合的新方法，突破了高温环境下碳化硅材料的热应力匹配一体化微型LC振动结构制造工艺，建立了高温环境下多通道频率-振动调制解调的敏感特征信号提取模型，实现了高温环境下温度-振动力学参数解耦算法与信号提取模块。制备了可工作于1000℃环境下10g振动参数测试的传感器芯片。取得的标志性成果主要有以下几个方面：.1、提出了无线无源的高温环境振动参数的测试方法，解决了传统传感器引线引起的应用温度范围窄的问题。拓展了SiC基材料高温振动传感器应用温度范围，为超高温环境振动测试提供了新思路；.2、设计和实现了SiC基无线无源耐高温LC谐振敏感微机械结构加工制造方法。在充分掌握和研究SiC材料的热力和热电性能的基础之上，设计SiC基无线无源LC谐振敏感结构。突破了耐高温振动敏感结构中的关键制备工艺流程；.3、设计了高温环境下多通道分布式无线无源多测点振动参数传感测试方法，为多通道无线传感器在特殊环境下的信号传输建立新型信号传输结构。在航天航空领域飞行器及发动机高温振动参数多测点位置的条件下，提供了新的组网方式和测试手段；.4、揭示了高温环境温度-振动耦合机理，提出双参数温度同步补偿算法。为超高温温度噪声耦合传感器测量标定提供了理论依据，也为其他超高温环境振动传感器提供参考和指导。所提出的温度补偿方法，在不改动敏感结构的情况下提取前段敏感信号的变化特征，实时补偿测试过程中的振动参数，解耦高温温度耦合效应。