从专利角度看航空航天领域温度传感器发展状况

从专利角度看航空航天领域温度传感器发展状况

张天然

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心

航空器、航天器的研究是国防的重要组成部分，航空器及航天器的安全性和可靠性对于航空航天行业至关重要。航空器及航天器的发动机、飞机机翼、机身和尾翼等部位都需要实时监测温度变化。而航空器、航天器的应用环境属于极端环境，在这个领域中，需要设计出高精度、高稳定性的温度传感器作为的检测工具，实时监测航空器、航天器的易热部位的温度变化，以确保飞行的安全和可靠性。

在incopat检索系统中通过对航空航天领域中温度检测有关专利构建检索式，公开日截止2023年7月11日，合并同族后检索得到相关专利836项，具体分析如下：

1、全球专利申请趋势分析：

图1 航空航天用温度传感器申请趋势

从图1中可以看出，对于航空航天领域温度传感器的专利研究是从20世纪70年代起才开始逐步发展，自21世纪起，对于航空航天领域的专利申请开始出现线性增长趋势。

2、中国申请人分析：

图2 申请人类型分析

从图2中可以看出，在大专院校和科研单位共申请267件，企业共申请249件，个人申请18件。这也体现出了航空航天领域的特点，由于应用条件较为苛刻，具有研发条件的多为大专院校和科研单位以及由研发实力的企业，个人较难有研发条件。

图3、中国申请人排名

对中国申请人进行梳理，从图3中可以看出，排名前十的申请人中仅涉及两位企业申请人：苏州长风航空电子有限公司、南京梦联桥传感科技有限公司。其余均为科研院所和大专院校，排名个第一的是中国航发沈阳发动机研究所，创建于1961年8月6日。中国航发动力所是新中国第一个航空发动机设计研究所，自成立以来一直承担国家重点型号航空发动机的研制任务，是中国大中型涡喷、涡扇航空发动机及燃气轮机的研发基地。排名第二是北京卫星环境工程研究所，北京卫星环境工程研究所承担中国载人航天器系列、导航卫星系列、通信卫星系列、对地观测卫星系列、月球与深空探测卫星系列、科学实验卫星系列和返回式卫星系列等航天器的总装、集成与专业测试、环境试验工作，具备各类航天器空间环境模拟试验设备及地面机械支持设备、设施的研制能力，已建成较为完善的航天器总装、环境试验及AIT 地面设备研制与设施建设的技术体系与服务体系，是中国航天器总装、试验及环境模拟试验设备研制的核心部门，是中国国家级航天器环境工程与可靠性专业研究机构。剩余排序为：北京航空航天大学、苏州长风航空电子有限公司、湘潭大学、中国航发四川燃气涡轮研究院、中国航天空气动力技术研究院、浙江大学、南京梦联桥传感科技有限公司、山东航天电子技术研究所。

3、重点申请人专利分析：

针对于排名第一的中国航发沈阳发动机研究所，其主要使用热电偶作为感温元件进行温度检测，如一种无冷却高温热电偶制作方法及无冷却高温热电偶（CN106932112A），其针对现有技术中高温燃气温度测式主要采用带有气冷或者水冷结构的高温热电偶。由于需要对热电偶承力壳体进行冷却，整个热电偶结构较复杂，且需要试验台架额外增加受感部冷却管路以及管路控制系统。由于受壳体内冷却介质以及冷却效果的影响，热电偶的测试精度较差。且由于冷却式热电偶边界条件复杂、数据难以完整获取，冷却量计算误差大，易导致受感部使用寿命变短的技术问题，提出了通过采用钽钨合金耐高温材料的壳体，并在壳体表面沾涂硅化物抗氧化涂层，可保证热电偶能够在1600℃的高温环境下稳定工作；通过取消现有技术中的高温热电偶的冷却结构，可消除冷却介质带来的导热误差的影响，提高热电偶高温测试精度，同时简化高温热电偶结构；壳体与安装座之间通过跑道型孔和壳体表面配合，并利用转接件压紧定位的方式连接在一起，与常规的焊接连接方式相比，工艺简单，装配方便。并针对热电偶的安装结构进行探索研究：如一种航空发动机进气机匣内支板外壁面温度测量结构（CN114720006A）、一种航空发动机内轴承端面温度测量热电偶安装方法（CN116046194A）、一种航空发动机空气系统腔温测试结构（CN116086637A）。同时，对于受到工作环境和改装难度限制部分构件尤其是高温转子部件无法通过布置常规热电偶开展温度测试的复杂条件中，使用测温晶体来测量发动机构件壁温或腔温，设计出一种航空发动机晶体测温试验方法（CN115468676A）通过先进行一次测温晶体的标定试验，而后先通过发动机零组件装配测温晶体，再进行发动机的整机装配，整机装配完成后确定巡航状态和中间状态在高压换算转速下的持续时间范围，对应设置目标测试状态下的不同持续时间，而后进行发动机的下拉和停车，并再次进行同一测温晶体的标定时间，判断试车后测温晶体在最高温度下的持续时间与试车前测温晶体在最高温度下的持续时间的差值，最终能够获得找到试车前后持续时间差值最小的一次试车时间；使得测温晶体在目标环境中工作时间满足测温晶体要求的同时，避免发动机试车和停车过程中测温晶体工作在目标环境温度之上的温度环境中的问题，提高晶体测温的精度和成功率，节省成本提高效率。

针对于排名第二的北京卫星环境工程研究所，其申请的便携式航天器用热敏电阻热响应测试装置（CN204630680U）、航天器热试验用热电偶热响应测试仪（CN106197756A）、基于增强现实的航天器总装热敏电阻的热响应测试方法（CN111811692A）用于对航天器用的热敏电阻和热电偶的热响应测试进行探索研究。同时，对非接触测温方式也进行探索：如航天器真空热试验表面热流非接触测量装置（CN111912548A）、一种非接触式测温装置（CN111998951A）。

针对排名第三的北京航空航天大学，其申请的一种九孔总温测量探针（CN106940230A）、一种侧面开槽的双套管半球头总温探针（CN111076833A）、一种测量级间三维全参数高频探针（CN115435930A）、一种能测量级间气流方向的高频熵探针（CN115435931A）对流场中总温的探测进行探索研究。

可见，不同的研究单位的侧重点均有不同，对于航空航天事业而言，需要开拓不同的研究方向，促进航空航天领域中温度检测技术的发展。在专利审查的过程中，也可根据不同研究单位申请的侧重点不同，调整检索策略，以提高审查效率。

参考文献：

[1]百度 高精度温度传感器在航空领域的应用与探索