热防护系统的无线温度监测技术发展

以前的少了一个电容器。使用聚合物涂层进行封装。方法是：将装置插到聚合物溶液内，如果需要的话也可以在130℃的炉子内进行一些处理，硬化后的陶瓷更硬更轻，而且防水、低电磁损耗、防油、防盐。

2.3 性能分析

两代SensorTag最大的不同就是：第二代SensorTag中使用MCRF202芯片代替了原来的MCRF200。对于传感器的状态识别第一代使用频移方法，第二代使用比特流转化的方法。

在第一个概念中，使用了两个调谐电容用来建立共振频率。如图5所示，给出了最初设计的工作电路图，最初这些保险丝都是闭合的，这个装置的共振频率由两个并联的电容器决定。当保险丝闭合的时候（图中两个黑色的点），RFID片在某一频率下达到最大的响应，当保险丝断开的时候，电路的共振频率增加,对应另外一个频率的最大响应。当共振电路的品质因子非常高的时候，通过频率的分离就可以容易的辨别出传感器的两个不同状态。

尽管这种方法可以运行，但它的缺点是（1）需要两个频率的读数器，（2）如果读数器与SensorTag距离太近，那么读数器的读数将是模棱两可的。第二个概念不会有这样的缺点，因为这个装置包括一个转换开关。当开关闭合（保险丝连接）时，射频识别返回通常的ID号，通常为64－256位之间，当开关打开（温度高，丝断）的时候，射频识别返回一个反位的ID号。克服了一个读数器需要在两个不同频率下操作的缺点，同时也消除了读数范围小，或者是共振器的品质因数小时，移频设计带来的不确定性。

早期的SensorTag样件曾在国际斯坦福研究中心进行了加热试验，在NASA Ames研究中心进行过高温的电弧喷射试验。试验发现：如果不超过保险丝的温度极限，电路的频率是103kHz，如果保险丝的温度超过极限，电路的频率是156kHz，设计的射频识别技术工作在125kHz；温度超过了200℃，SensorTag失效，用手动读数器检测时，所有存活下来的SensorTag都能正确的给出结果。第二代的热性能试验结果表明：在285℃下保持15分钟，性能正常，无任何问题；在315℃下保持15分钟，环氧树脂变暗，熔丝熔断成了球；进一步400℃下的试验表明，将来有能力制造短时承受400℃的SensorTag，甚至能够承受450℃的再入温度。但是电可擦除只读存储器微片(如MCRF202)在高温下的数据存储能力有待于进一步提高。

3 主动的无线传感技术

主动的无线传感器与被动式的最大不同就是它利用电池提供能量帮助完成数据采集和/或传输。传感器能够在飞行中测量并记录TPS参数的历程。含有RFID的电路放置在TPS防热瓦的冷面中心（理论上，航天飞机此处极限温度小于125℃，未来的RLV小于350℃），内部用线连接瓦内的各种传感器——比如瓦间缝隙的温度传感器。在下次任务前，使用者利用外部的无线读数器将数据采集的规范下载到这个装置，这个装置按照指令接收和存储数据，过一段时间以后，使用者将带有时间标识的数据上传。整个装置作为一个独立完整的仪器可以在一次或者多次飞行中使用，这依赖于电池的使用寿命。

在2000年，为了验证概念的可行性，制造出了一个主动式SensorTag的原样机（图7）。大小为5cm见方的尺寸。这个装置的主要零件包括：电池、温度信号调节系统、稳定的内存、时钟、RFID收发器、微控制器、能量自给装置、读数器以及软件。装置中所用的电池为特殊的耐高温锂电池，具有很大的电量，并且满足尺寸要求。使用了耐高温的可擦除只读存储器微芯片存储数据，能够存储所有的相关数据，比如起始时间和采样周期等，这样就可以进行温度历程的重构。能量自给装置能够满足3年或者45次使用周期。手持读数器为大约17cm见方的一个线圈，工作的范围为15cm，数据传输速率约为3kbit/s。在TPS的下面，航天飞机的结构表面大部分为铝片，当然最新的飞行器的设计采用先进的碳基复合材料。RFID通讯试验表明对于任意给定的标准频率，RFID都可以穿过厚达10.2cm厚的TPS材料与手持的读数器实现通讯。原样机的试验表明，该装置能够记录512秒内的两组温度历程数据。

在2002年开发了一种改进的主动式传感器样机，尺寸减少到2.54cm见方，更容易集成到TPS中(图8)；利用三只热电偶采集并存储数据。样件可以穿过7－10cm厚的热防护材料进行通讯，试验表明：，传感器可以测量并存储600秒的数据，可以实现温度历程的重构。

4 TPS温度无线传感技术的问题与展望

未来的实际应用中必然是被动式和主动式配合使用，根据不同的需求合理选择。主动式的潜在优点是具有较大的读数范围，能够从一个或者多个传感器查询和存储数据。能够获得整个飞行阶段的历史数据