用于压电式压力传感器的电气间隙设置的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本文中所公开的标的物的实施例大体上涉及用于在压电式压力传感器的制造期间使用电力在压电式压力传感器中设置间隙的方法和设备。
【背景技术】
[0002]水听器可以是用于收听和记录水下声音的装置。举例来说，水听器可以用于反射地震学，记录从水体的底层反射的声音以便确定底层下方的陆地的结构和组成。水听器可以使用压电式压力传感器作为转换器，用于检测声音并且生成可记录的信号。在第7，382，689号美国专利中(其全部公开内容以引用的方式并入本文中)公开了使用一个或多个激活元件或压电式压力传感器来检测水下的地震信号的柔性的水听器。图1描绘了压电式压力传感器的示例性截面。压电式压力传感器101可以部分地通过将压电式挠曲元件102(例如，压电陶瓷单晶)附接到托盘105的顶部来构造。图2描绘了用于压电式压力传感器的示例性压电挠曲元件。压电挠曲元件102可以包含压电材料103，例如，粘合惰性衬底104上的压电陶瓷，所述惰性衬底可以是金属、玻璃塑料或任何其它合适的材料。图3描绘了用于压电式压力传感器的示例性托盘。托盘105可以是任何合适的形状的，包含(例如)矩形，并且是由金属或任何其它合适的材料制成的。托盘105可以包含底层108和梯级107。梯级107可以围绕托盘105的内部，并且提供用于将压电挠曲元件102附接到托盘105的表面。
[0003]当经受压力时压电挠曲元件102可以偏转，引起压电材料103积聚电荷，所述电荷可用于在电路中驱动电流。压电挠曲元件102可以响应于流体静压力偏转的程度可能需要受到限制，以便(例如)保护压电挠曲元件102免受损害。这可以通过提供机械限制来实现，例如，刚性表面，一旦压电挠曲元件102已经偏转足够远以接触刚性表面时所述刚性表面可以阻止压电挠曲元件102进一步偏转。其上安装有压电挠曲元件102的托盘105的底层108可以充当刚性表面。在制造压电式传感器101期间，在底层108与压电挠曲元件102的底部之间可以建立间隙106。压电挠曲元件102与底层108之间的间隙106的尺寸可以是压电挠曲元件102在受到机械限制之前可以被允许偏转的希望的距离。间隙106可以是足够大的以允许压电挠曲元件102响应于压电式压力传感器101的正常范围内的操作压力无限制地偏转。
[0004]在压电式压力传感器101的制造期间设置间隙106可能是困难的，因为间隙106的尺寸可能仅为若干毫米或更小。如果未适当地维持间隙106，那么结果是压电挠曲元件102可能会在托盘105中的过低处，未给压电挠曲元件102留下响应于压力偏转的空间，或者压电挠曲元件102可能被损坏。这可能限制压电式压力传感器101检测压力的能力。
[0005]当前的制造过程可以在压电式压力传感器101的制造期间机械地保持间隙106。图4描绘了根据现有技术具有机械地维持的间隙的压电式压力传感器的示例性截面。如同图4中所描绘的，未按比例，可以在将压电挠曲元件102放置在托盘105上之前将垫片401放置在托盘105的底层108上。垫片401可以由任何合适的材料制成，例如，塑料。垫片401可以保持压电挠曲元件102的底部与底层108之间的间隙106，方法是物理地防止压电挠曲元件102的底部变为低于间隙106的顶部同时压电挠曲元件102与托盘105之间的粘合剂是固化的。一旦粘合剂已经固化并且压电挠曲元件102粘附到托盘105上、锁定在间隙106中，那么可以移除垫片401。插入和移除垫片401可能需要在制造过程期间的额外步骤。可能需要接入点，例如，托盘105中的孔以移除垫片401，并且一旦已经移除垫片401，可能需要密封接入点。这些额外的步骤可能会增加制造压电式压力传感器101的成本和复杂性。
[0006]因此，有必要拥有能够在压电式压力传感器的制造期间更高效地设置间隙的方法和设备。
【发明内容】
[0007]在不同的实施例中，提供用于压电式压力传感器的电气间隙设置的方法和设备。
[0008]在一个实施例中，存在用于电气地设置压电式压力传感器的间隙的方法。所述方法包含在托盘上定位压电挠曲元件；将电压源附接到压电式压力传感器的压电挠曲元件；将来自电压源的电压施加到压电挠曲元件；在压电挠曲元件与托盘之间固化粘合剂同时压电挠曲元件是通过电压偏转的；以及当粘合剂已经固化时停止从电压源到压电挠曲元件的电压。
[0009]所述压电挠曲元件可以包括粘合到惰性衬底的压电材料。在此类实施例中，压电材料优选地包括压电陶瓷。
[0010]将电压源附接到压电挠曲元件的步骤在一个特定实施例中包括:
[0011]将电压源附接到压电挠曲元件的第一电极；以及
[0012]将电压源附接到压电挠曲元件的第二电极。
[0013]所述方法可以进一步包括:
[0014]将可压缩材料粘附到托盘的底层；以及
[0015]在施加来自电压源的电压之后，固化可压缩材料同时压电材料是通过电压偏转的以保持压缩形状。
[0016]在此类实施例中，可压缩材料优选地包括热固性聚合物。
[0017]托盘可以包括梯级。在此情况下，对将压电挠曲元件粘合到托盘的粘合剂进行固化的步骤可以进一步包括将压电挠曲元件粘合到梯级。
[0018]所述方法有利地进一步包括:通过调节电压源的电压输出来调节压电挠曲元件与托盘的底层之间的间隙。
[0019]所述方法可以进一步包括确定在固化粘合剂之前压电挠曲元件与托盘的底层接触。在这种情况下，确定压电挠曲元件与托盘的底层接触的步骤优选地包括检测由附接到压电挠曲元件的底部的第一和第二接触电极所形成的电路。
[0020]电压可以例如确定压电挠曲元件与托盘的底层之间的间隙。
[0021]根据另一个实施例，存在用于以电气方式设置用于压电式压力传感器的间隙的方法。所述方法包含将压电挠曲元件定位在托盘上；将电压源附接到压电式压力传感器的压电挠曲元件；将来自电压源的电压施加到压电挠曲元件；检测压电挠曲元件是否与托盘的底层接触；在压电挠曲元件与托盘之间固化粘合剂同时压电挠曲元件是通过电压偏转的并且压电挠曲元件的底部与托盘的底层接触；以及当粘合剂已经固化时停止从电压源到压电挠曲元件的电压。
[0022]根据又一个实施例，存在用于以电气方式设置用于压电式压力传感器的间隙的设备。所述设备包含:电压源，其经配置以施加预定电压；压电式压力传感器，其包括压电挠曲元件、托盘以及附接到压电挠曲元件的第一和第二电极，所述压电挠曲元件经配置以在施加预定电压时朝向托盘的底层向下偏转，并且其中所述压电挠曲元件未粘合到托盘；第一电引线，其连接到电压源并且可移除地连接到第一电极；以及第二电引线，其连接到电压源并且可移除地连接到第二电极。
[0023]所述压电挠曲元件例如包括粘合到惰性衬底的压电材料。
[0024]所述设备可以进一步包括附接到压电挠曲元件的底部的第一和第二接触电极。
[0025]所述设备可以进一步包括粘附到托盘的底层的可压缩材料。在此类实施例中，可压缩材料包括例如热固性聚合物。仍然在此类实施例中，所述设备可以进一步包括经配置以固化可压缩材料的热源。
[0026]在一个特定实施例中，所述设备进一步包括施加到托盘的梯级的粘合剂。在此类实施例中，所述设备可以进一步包括经配置以固化粘合剂的紫外光源。
【附图说明】
[0027]结合在说明书中并且构成说明书的一部分的【附图说明】了一个或多个实施例，并且连同描述一起解释了这些实施例。在附图中:
[0028]-图1描绘了压电式压力传感器的示例性截面；
[0029]-图2描绘了用于压电式压力传感器的示例性压电挠曲元件；
[0030]-图3描绘了用于压电式压力传感器的示例性托盘；
[0031]-图4描绘了根据现有技术具有机械地维持的间隙的压电式压力传感器的示例性截面；
[0032]-图5描绘了用于压电式压力传感器的电气间隙设置的示例性过程；
[0033]-图6描绘了附接到电压源的压电式压力传感器的示例性截面；
[0034]-图7描绘了具有偏转压电挠曲元件同时附接到电压源的压电式压力传感器的示例性截面；
[0035]-图8描绘了使用可压缩材料的用于压电式压力传感器的电气间隙设置的示例性过程；
[0036]-图9