一种柔性阵列式集成传感器、温度测量和信号传输系统的制作方法

本发明涉及温度传感测量技术领域，更具体的说是一种柔性阵列式集成传感器、温度测量和信号传输系统。

背景技术：

温度测量在工程中的重要性不言而喻。对精密的工程系统(如机械系统、武器系统、飞行器等)进行健康监测与评估时，往往需要对其结构进行温度场的分布式测量，这就要求传感器具有高精度、高可靠性、微型化、易植入等特性。热电偶测温技术经过多年的发展，具有精度高、原理简单、使用方便、廉价易得等优点，是各领域中最为常见、使用最广泛的温度传感器之一，并且热电偶测温不受形变影响，无需与结构表面的应变进行解耦，尤其适合于粘贴到结构上进行表面温度的测量。但传统热电偶在进行复杂结构的多点温度测量时，存在传感器粘贴工序繁琐、信号引出线众多、难以在狭小空间中布置等难题。

技术实现要素：

本发明提供一种柔性阵列式集成传感器、温度测量和信号传输系统，以期解决背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一个方面在于提供一种柔性阵列式集成传感器，包括具备柔性，测温原理为t型热电偶，热电偶的正极和负极分别由铜箔和康铜箔组成，热电偶的正极线路和负极线路分别制备于柔性基底的两侧，在柔性基底上阵列式分布设计多个测温结点，并在设计的测温结点处由过孔-镀通孔的工艺连接导通；所述铜箔和康铜箔的厚度为5-15μm；所述热电偶集成了部分的延长引线，整个传感器部分无任何焊点且厚度≤100μm。

在一些实施例中，所述柔性基底的材料为聚酰亚胺。

在一些实施例中，所述柔性基底厚度不超过20μm。

在一些实施例中，所述热电偶的正极线路和负极线路分别形成独立的标准金手指插脚。

在一些实施例中，所述热电偶的表面在非标准金手指插脚的区域采用pi薄膜或阻焊油墨进行保护。

本发明的另一个方面在于提供一种温度测量和信号传输系统，包括任意上述的柔性阵列式集成传感器、转接配件和补偿延长线，所述柔性阵列式集成传感器和补偿延长线通过转接配件连接。

在一些实施例中，所述转接配件为双层pcb转接板，一面印制铜线路，另一面印制康铜线路，铜线路和康铜线路的两端均焊接标准的金手指插座。

在一些实施例中，所述补偿延长线采用ffc工艺制备，分为铜箔丝和康铜箔丝制成的两种ffc，其两端为标准的金手指插脚。

附图说明

图1为本发明实施例中传感器部分正反两面的俯视示意图。

图2为图1中传感器沿a-a方向剖视图。

图3为本发明实施例中转接配件正反两面的俯视示意图，其中，图3a对应正面，图3b对应反面。

图4为本发明实施例中传感器、转接配件和补偿延长线的实物照片，其中，图4a对应传感器、图4b对应转接配件、图4c对应补偿延长线。

图5为本发明实施例中测量与信号传输系统照片。

图中标记：1-柔性基底一面印制的铜线路；2-柔性基底另一面印制的康铜线路；3-传感器的末端；4-pi薄膜；5-胶粘剂；6-测温结点；7-阻焊油膜；8-pcb转接板一面印制的铜线路；9-pcb转接板另一面印制的康铜线路；10-金手指插座。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。

图1是根据本申请一些实施例所示的柔性阵列式集成传感器的结构示意图。以下将结合图1对本申请实施例所涉及的柔性阵列式集成传感器进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用以解释本申请，并不构成对本申请的限定。

在本申请的实施例中，如图1所示，柔性阵列式集成传感器，包括具备柔性，测温原理为t型热电偶，热电偶的正极和负极分别由铜箔和康铜箔组成，铜箔和康铜箔的优选厚度为5-15μm。热电偶优选采用fpc(柔性线路板)双层板工艺制备，热电偶的正极线路和负极线路分别制备于柔性基底的两侧，在柔性基底上阵列式分布设计多个测温结点，并在设计的测温结点处由过孔-镀通孔的工艺连接导通。

在一些实施例中，所述传感器部分集成了测温结点和部分的延长引线，整个传感器部分无任何焊点且厚度≤100μm，并且可在柔性基底上阵列式分布设计多个测温结点。

所述柔性基底的优选材料为聚酰亚胺，为使传感器部分具有轻薄、曲饶性好的特性，建议基底厚度不超过20μm。

所述集成传感器部分末端设计成标准的金手指插脚，便于进行信号转接引出，并且正极线路和负极线路分别形成独立的金手指插脚。

所述集成传感器部分的表面采用pi薄膜或阻焊油墨进行保护，但必须裸露出金手指插脚。

所述的转接配件部分为双层pcb(印制电路板)转接板，一面印制铜线路，另一面印制康铜线路，铜线路和康铜线路的两端均焊接标准的金手指插座。

所述补偿延长线部分采用ffc工艺制备，分为铜箔丝和康铜箔丝制成的两种ffc，其两端同样为标准的金手指插脚。

本发明中传感器、转接配件和补偿延长线中所使用的康铜箔，其热电特性及允差须满足gb/t4989-2013中对精密级tx型号补偿线的规定。

本发明中为使传感器、转接配件和补偿延长线能够配套使用，上述传感器、转接配件和补偿延长线的金手指插脚与转接板的金手指插座须采用相同的规格(引脚数和间距)。连接传感器系统时，传感器正极线路端和铜箔ffc分别插接至转接板铜箔线路两端的插座；相应地，传感器负极线路端和康铜箔ffc分别插接至转接板康铜箔线路两端的插座。

本发明中柔性阵列式集成传感器系统的整个连接线路满足gb/t4989-2013中对tx型号补偿导线的规定，所述传感器系统的允差满足gb168391y2018中t型热电偶1级标准的规定。

图1为所述实施例中集成热电传感器正反两面的示意图，传感器的样品采用fpc工艺制备，总长度为500mm，主体宽度为7mm，厚度约80μm。柔性基底材料为pi薄膜，柔性基底两面分别压合铜箔和康铜箔，柔性基底一面印制的铜线路1，另一面印制的康铜线,2；然后通过湿法蚀刻形成热电偶正极和负极的线路。所述柔性基底上设计了4个纵向阵列式分布的测温结点。传感器的末端3部分设计成分叉型，热电偶的正极和负极线路分别形成独立的标准金手指插脚，金手指的规格为：引脚数4pin，间距1mm。

图2为图1中传感器沿a-a方向剖视图。如图2所示，热电偶正极(铜箔)和负极(康铜箔)分别位于柔性基底两侧，采用过孔/镀通孔的工艺将正负两极连接导通形成测温结点，传感器表面使用阻焊油膜进行保护，通过胶粘剂5固定。

图3为本发明实施例中转接配件正反两面的俯视示意图，其中，图3a对应正面，图3b对应反面，转接配件采用pcb双层板工艺制备，pcb转接板的一面印制铜线路8，另一面印制康铜线路9，铜线路和康铜线路的两端均焊接标准的金手指插座10，插座规格与传感器的金手指插脚配套：引脚数4pin，间距1mm。

本实施例所述的补偿延长线采用ffc工艺制备，分为铜箔和康铜箔两种ffc延长线。补偿延长线两端制备标准金手指插脚，规格为：引脚数4pin，间距1mm。

图4为本发明实施例中传感器、转接配件和补偿延长线的实物照片，其中，图4a对应传感器、图4b对应转接配件、图4c对应补偿延长线，上述的三类样品均可实现批量化、低成本的生产。

图5为本发明实施例中测量与信号传输系统照片。所述传感器系统通过插接方式进行装配，其中传感器的正极插脚和铜箔ffc插接至转接板的铜线端插座，传感器的负极插脚和康铜箔ffc插接至转接板的康铜线端插座，此接线方式可以使整个热电偶测温线路满足gb/t4989-2013中对t型热电偶补偿导线的规定，可以保证测温的精度。与传统的热电偶测温方式相比，所述温度测量和信号传输系统的连接装配更为方便快捷，可大大提高测试效率，尤其适合狭小空间中温度场的分布式测量。

本申请所披露的柔性阵列式集成传感器、温度测量和信号传输系统可能带来的有益效果包括但不限于：(1)柔性阵列式集成传感器具备柔性，且测温原理不受形变影响，可直接贴覆于复杂结构表面进行温度测量；

(2)测温结点可进行分布式设计，且测温结点与引线在柔性基底上一体式集成，整个测试端无焊点，尤其适用于对狭小空间中的温度场进行分布式监测；

(3)通过设计制备转接配件将测量、装配及信号传输功能整合在一起，实现了传感器测试和信号传输系统的集成，并且传感器系统的整个连接线路满足gb/t4989-2013中对tx型补偿导线的规定，可以保证测温的精度达到1级t型热电偶的标准；

(4)与传统单个热电偶相比较，测量与信号传输系统线路的插接和信号引出十分方便快捷，可以大大提高系统测试的效率；

(5)本发明中的柔性阵列式集成传感器、双层pcb转接板和ffc延长线均可实现大批量、低成本的生产，预期可产生较大的社会价值和经济效益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。