超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置的制作方法

文档序号:11054449阅读:1080来源:国知局
超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置的制造方法

本实用新型涉及一种用于管道无损检测的单晶传感器,特别涉及一种单晶传感器封装的保压装置,属于无损检测技术领域。



背景技术:

超声导波检测作为一种新兴的无损检测技术,已广泛运用于检测管道、铁轨、高速公路防撞护栏和铁轨等结构体中的缺陷。超声导波运用低频超声波对结构体进行检测,其衰减较小,因此可实现长距离检测;超声导波在结构体中的振动遍及结构体的整个截面,因此可对结构体进行全面检测。

超声导波的激励和接收在超声导波检测中尤为重要,能否激励出期望的导波模态直接关系到检测的可靠性。在试验室环境下可以运用压电晶片直接粘结在管道上进行缺陷检测,但此方法不适用于工程检测,因为压电晶片粘结在管道上以后无法取下,不能重复利用。因此,实际检测时需要对压电晶片进行封装,制作成传感器。

现有的超声波传感器封装方法为将压电元件固定在传感器外壳内,然后将环氧树脂胶水和软木粉或金属粉末混合后灌入外壳内。由于环氧树脂胶水在固化过程中会产生收缩现象,这必将使压电元件内部产生一定的压应力,降低了传感器的灵敏度。

中国实用新型专利CN201107299Y公开了一种高性能管道超声导波检测传感器,该专利公开了超声导波弛豫铁电单晶传感器的主要结构,其背衬层运用灌装的方式进行封装,一定程度上降低了传感器灵敏度。

中国实用新型专利CN101325824A公开说明书公开了一种超声波传感器的制造方法,该方法运用焊接的方法用导线把压电片的电极引到导电体上,焊接时必然伴随着对压电片进行一定程度加热,这会导致压电片一定程度的退极化,降低了压低片的压电常数,进而降低传感器的灵敏度。



技术实现要素:

本实用新型的目的是提供一种操作简单,对人员技术要求较低,成本低,成品率高的超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现:

一种超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置,包括顶紧螺栓、壳体、上压块、下压块和导向弹性支撑机构,所述壳体呈矩形,包括连接成一体的上边、下边和两个侧边,所述顶紧螺栓下端垂直拧入壳体的上边后抵靠在上压块上端面上,上压块下端面抵靠在下压块的上侧,下压块四角通过导向弹性支撑机构支撑在壳体的下边上;所述导向弹性支撑机构包括分别设置在下压块四角的导向孔、导向螺钉和弹簧;导向螺钉上端的光杆与下压块对应的导向孔间隙配合,导向螺钉下端拧入下边中,弹簧套在导向螺钉中部上,且位于下压块和下边之间。

本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

进一步的,其中所述导向螺钉上端的光杆垂直方向上刻有刻度;所述上压块呈T形,所述T形的上横边上侧设有与顶紧螺栓下端端头间隙配合的上压块沉孔。所述T形的垂直边的宽度与传感器宽度相同。

进一步的,其中所述下压块上侧设有放置传感器的下压块沉孔。

本实用新型采用顶紧螺栓和导向弹性支撑机构夹持粘接体的型式,通过上、下压块对封装的进行对压,并可通过导向螺钉上端光杆上的刻度设定保压力,结构简单,使用方便,提高了弛豫铁电单晶传感器的封装质量,降低了压电晶片在封装时产生的内应力,提高了弛豫铁电单晶传感器的灵敏度,提高了成品率,降低了的弛豫铁电单晶传感器的制造成本。

本实用新型的优点和特点,将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释,这些实施例,是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明:

图1 是本实用新型保压装置的主视图;

图2 是图1的A-A剖视图;

图3是导向螺钉上端的光杆垂直方向上刻有刻度的放大示意图;

图4是匹配层和压电晶片组件与背衬层粘接后的立体图;

图5是匹配层和压电晶片组件、背衬层与外壳和同轴连接器的装配过程的立体图;

图6是弛豫铁电单晶传感器的结构示意图。

具体实施方式:

下面结合附图和实施例,对本实用新型作进一步详述,所举实施例仅用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型保护范围的限定。

如图1~图3所示,本实施例的超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置1包括顶紧螺栓11、壳体12、上压块13、下压块14和导向弹性支撑机构15,壳体12呈矩形,包括连接成一体的上边121、下边122和两个侧边123,顶紧螺栓下11端垂直拧入壳体12的上边121后抵靠在上压块13上端面上,上压块13下端面抵靠在下压块14的上侧,下压块14四角通过导向弹性支撑机构15支撑在壳体的下边122上。下压块14上侧设有放置传感器的下压块沉孔141。

上压块13呈T形,所述T形的上横边131上侧设有与顶紧螺栓11下端端头间隙配合的上压块沉孔133,T形的垂直边132的宽度与传感器宽度相同。本实施例的下压块14的下部垂直边132的宽度为4mm,使得保压时被保压部件受力均匀。

导向弹性支撑机构15包括分别设置在下压块14四角的导向孔141、导向螺钉151和弹簧152,导向螺钉151上端的光杆151-1与下压块14对应的导向孔141间隙配合构成简易的导套导柱结构,导向螺钉151下端拧入下边122中,弹簧152套在导向螺钉151中部上,且位于下压块14和下边122之间。导向螺钉151上端的光杆151-1垂直方向上刻有刻度151-2,可以根据弹簧152的压缩量来计量弹簧152的受力。本实施例弹簧152的K值为0.5N/mm,设置10N保压力时弹簧152的压缩量为5mm。

如图4~图6所示,采用本实用新型对封装的弛豫铁电单晶传感器的保压过程如下:

1)粘结匹配层21和压电晶片22

将声阻抗接近碳钢管的不锈钢片作为匹配层21放置在工作台上,用环氧树脂胶均匀涂覆在匹配层21上,将压电晶片22的负极面与匹配层21粘结。压电晶片22采用长度伸缩型弛豫铁电单晶片,本实施例的压电晶片22尺寸为25mm×4mm×1mm,压电晶片22的正负电极面镀银,负极通过压电晶片224的侧面经过两次弯折引到压电晶片22的正面,引出的负极长度为3mm,正极面的实际长度为20mm,正负极之间的间距为2mm。

2)对匹配层21和压电晶片22组件加压并保压

将粘结后的匹配层21和压电晶片22组件的中心对准保压装置1的下压块沉孔141中心后放入到下压块沉孔141中;旋转顶紧螺栓11,使顶紧螺栓11推动上压块13压紧匹配层21和压电晶片22组件,下压块14压住弹簧152下沉,直至导向螺钉151上端的光杆151-1的刻度指示上压块13和下压块14对匹配层21和压电晶片22组件已有10N的压力,在此压力下常温保压12小时。

3)制备背衬层23

将环氧树脂胶、碳化硅和聚硫橡胶混合后浇灌到模具中制成长方体形的背衬层23,本实施例的背衬层外形为长方体形,其平尺寸为25mm×4mm×5mm。背衬层高度方向与水平方向相邻的两个面的中心向上分别开槽,槽的宽度为2mm,深度为0.2mm,用于嵌入电极铜箔。

4)正极铜箔24和负极铜箔25定位在压电晶片22上并与背衬层21粘接

将经过步骤2)加压和保压的匹配层21和压电晶片22组件水平放置在工作台上,使压电晶片22具有正负极的一面朝上;将垂直于匹配层21和压电晶片22组件纵向的正极铜箔24放置在压电晶片22的纵向中心,其中,正极铜箔24与压电晶片22正极面的重叠长度为3mm;接着将垂直于匹配层21和压电晶片22组件的负极铜箔25横向放置在压电晶片22横向一侧中心,负极铜箔25与压电晶片22负极面的重叠长度为3mm;然后将环氧树脂胶均匀涂覆在背衬层23的下面后将背衬层23粘结到压电晶片22上,此时正极铜箔24及负极铜箔25压在背衬层23和压电晶片22之间。

5)对匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23的粘接体加压并保压

先将粘结后的匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23的粘接体中心对准保压装置1的下压块沉孔141中心,再放入到下压块沉孔141中;旋转顶紧螺栓11,使顶紧螺栓11推动上压块13压紧匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23的粘接体,下压块14压住弹簧152下沉,直至导向螺钉151上端的光杆151-1的刻度指示上压块13和下压块14对匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23的粘接体已有10N的压力,在此压力下常温下保压12小时;

6)装配外壳26

先将正极导线27一端和负极导线28一端分别与对应的正极铜箔24上端和负极铜箔25上端焊连,然后将正极导线27和负极导线28从外壳26上部的圆孔261中引出。用环氧树脂胶均匀涂涂覆在背衬层23上部,然后将匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23的粘接体套进外壳26内,使得外壳26与粘接体粘接成一体。将绝缘漆均匀涂覆于正极铜箔24和负极铜箔25的外表面及其与正极导线27一端和负极导线28焊接点,静置30分钟至绝缘漆凝固。绝缘漆可以防止正极铜箔24和负极铜箔25同时与外壳26接通而发生短路。焊接温度为240℃,焊锡丝选用0.5mm无铅焊锡丝。

7)对匹配层21和压电晶片22组件、背衬层23和外壳26的粘接体加压并保压

将粘结后的匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23、外壳26的粘接体中心对准保压装置1的下压块沉孔141中心后放入到下压块沉孔141中;旋转顶紧螺栓11,使顶紧螺栓11推动上压块13压紧匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23、外壳26的粘接体,下压块14压住弹簧152下沉,直至导向螺钉151上端的光杆151的刻度指示上压块13和下压块14对匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23、外壳26的粘接体已有10N的压力,在此压力下常温下保压12小时。

8)装配同轴连接器29

先将正极导线27另一端与同轴连接器29中的中间针脚焊连,再将负极导线28另一端与同轴连接器29的边缘针脚焊连,用环氧树脂胶均匀涂覆在同轴连接器28的外表面,然后将同轴连接器29装配到外壳26上部的圆孔261中,使同轴连接器29上端面与外壳26上端面保持平齐。

9)对匹配层21和压电晶片22组件、背衬层23和装有同轴连接器29的外壳26粘接体加压并保压

将粘结后的匹配层21和压电晶片22组件、背衬层23和装有同轴连接器29的外壳26粘接体的中心对准保压装置1的下压块沉孔141中心后放入到下压块沉孔141中;旋转顶紧螺栓11,使顶紧螺栓11推动上压块13压紧匹配层21和压电晶片22组件、背衬层23和装有同轴连接器29的外壳26的粘接体,下压块14压住弹簧152下沉,直至导向螺钉151上端的光杆151-1的刻度指示上压块13和下压块14对匹配层和压电晶片22组件与背衬层23、装有同轴连接器29的外壳26的粘接体已有10N的压力,在此压力下常温下保压12小时。

10)粘结挡片30

选用有机玻璃板作为挡片30,将环氧树脂胶均匀涂覆在挡片30一侧面上,然后在匹配层21和压电晶片22组件、背衬层23和装有同轴连接器29的外壳26的粘接体的纵向两端端面各粘接一片挡片30;将匹配层21和压电晶片22组件、背衬层和装有同轴连接器29的外壳26的粘接体在常温下静置12小时,使环氧树脂胶完全固化,完成超声导波弛豫铁电单晶传感器的封装。挡片起到固定背衬层23、压电晶片22和匹配层21的作用,并保护压电晶片22免受外界机械力损坏或者化学腐蚀。本实施例挡片30的尺寸为4mm×1mm×6mm。

除上述实施例外,本实用新型还可以有其他实施方式,凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本实用新型要求的保护范围内。

当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1