一种随钻声波换能器的封装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种随钻声波换能器的封装方法。
【背景技术】
[0002]随钻声波换能器是随钻声波测井仪器的最重要元件，仪器工作时，由仪器内置的发射换能器产生声波，随后被同一仪器中的接收换能器接收，通过接收到的各种模式波的波速和衰减等声学信息来评价井壁介质性质。由于随钻仪器中间有过泥浆的水眼，声波换能器安装在钻铤外壁，很难如电缆声波测井仪那样浸在油中密封，所以，随钻声波换能器一般采用单独封装，现有技术中的随钻声波换能器的外表由高温环氧树脂密封，高温导线引出，该随钻声波换能器的缺点是环氧树脂密封层容易留存气泡，高温高压条件下导致换能器绝缘降低或破坏，还有就是高温导线的聚四氟乙烯外皮与环氧树脂不能很好粘合，高温高压下泥浆可能会沿着导线外皮进入换能器内部，破坏换能器的绝缘。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，提供一种随钻声波换能器的封装方法，该封装方法中的封装材料采用注塑的方式进行封装，保证在封装过程中不会损坏其内的压电陶瓷晶体。
[0004]本发明所采用的技术方案是，一种随钻声波换能器的封装方法，所述随钻声波换能器包括橡胶层、外壳以及封装在所述外壳内的压电陶瓷晶体和电连接器，所述封装方法包括如下步骤:1)将所述压电陶瓷晶体的电极与电连接器通过引线连接，并置于模具中；
2)制备封装材料，所述封装材料与所述压电陶瓷晶体的热膨胀系数误差不超过IX10 6/0c;
3)将所述封装材料加热至熔点后填充在所述模具内，待所述封装材料冷却固化后形成所述外壳，并使所述封装材料与所述压电陶瓷晶体和连接器封装为一体；4)将所述外壳上外敷橡胶层。
[0005]较佳地，所述电连接器为承压插针，所述承压插针的插针座在所述步骤3)中由所述封装材料注塑而成。
[0006]较佳地，所述电连接器为承压插针，所述承压插针的插针座为金属材质，所述承压插针的插针座在所述步骤3)中与所述封装材料注塑成一体。
[0007]较佳地，所述封装材料包含50-100重量份的耐高温高分子材料和0-50重量份的玻璃纤维。
[0008]较佳地，所述耐高温高分子材料包括聚醚醚酮、聚四氟乙烯或聚酰亚胺。
[0009]较佳地，所述引线与所述压电陶瓷晶体的电极采用银焊连接。
[0010]较佳地，所述压电陶瓷晶体呈圆筒状，其由多个截面呈弧状的压电陶瓷体首尾相连而成，所述压电陶瓷体的内表面和外表面各设有电极槽，且所述电极槽排布在所述压电陶瓷体的两端，所述电极槽内嵌设有金属电极。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012]1、本发明的封装材料采用注塑的形式进行封装，封装过程中压力均匀，不会对其内的压电陶瓷晶体造成损坏。
[0013]2、如果热膨胀系数差别较大，高温条件下会导致换能器外壳开裂，故在本发明封装材料中添加玻璃纤维，用于补强及调整封装材料的热膨胀系数，使其与压电陶瓷晶体的热膨胀系数一致(压电陶瓷晶体热膨胀系数一般为4.8 X 10 V0C )。
[0014]3、本发明封装材料中主材使用耐高温高分子材料是因为其经过添加剂调整，皮革化温度可达到170°C，高于换能器技术指标；其液化温度在360°C左右，在复合材料中相对较低，注塑成型过程中避免将压电陶瓷晶体退极化，因为压电陶瓷晶体使用前是在高温条件下极化的，同样的在高温条件下也会褪极化，所以压电陶瓷晶体不易长时间置于超过其居里温度的环境，本发明使用的晶体居里温度可达380°C。
[0015]4、本发明中的随钻声波换能器，换能器的外壳和承压插针的插针座采用本发明中的封装材料注塑而成，使随钻声波换能器的外壳与承压插针的插针座注塑成一体，有效避免泥浆沿着换能器引线渗入换能器内部，增加两者之间的密封效果。
[0016]5、本发明中金属电极设置在压电陶瓷体的两端，可避免在极化过程中压电陶瓷体被击穿。
[0017]6、将引线与压电陶瓷晶体的电极采用银焊连接，可避免注塑成型过程中焊锡融化导致连接不可靠(银熔点为960°C )。
[0018]7、在注塑成型的封装材料的外表面压制橡胶，增强随钻声波换能器的防震性能，有利于换能器的安装。
【附图说明】
[0019]图1为本发明随钻声波换能器的剖视图；
[0020]图2为本发明随钻声波换能器的结构示意图；
[0021]图3为本发明随钻声波换能器中压电陶瓷体的侧视图；
[0022]图4为本发明随钻声波换能器中压电陶瓷体的俯视图。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0024]如图1和图2所示，一种随钻声波换能器，包括外壳I和覆盖其上的橡胶层5，以及封装在所述外壳I内的压电陶瓷晶体2和电连接器4，该随钻声波换能器的封装方法包括如下步骤:1)将所述压电陶瓷晶体2的电极与电连接器4通过引线3连接，并置于模具中；2)制备封装材料，所述封装材料与所述压电陶瓷晶体的热膨胀系数相同；3)将所述封装材料加热至熔点后填充在所述模具内，待所述封装材料冷却固化后形成所述外壳I，使所述封装材料与所述压电陶瓷晶体2和电连接器4封装为一体；4)将所述外壳上外敷橡胶层5，增强所述随钻声波换能器的防震性能，并有利于换能器安装。
[0025]本发明一优选实施方式为，电连接器4为承压插针，承压插针包括插针和插针座，该插针座的材质为上述的封装材料，在随钻声波换能器的封装方法中，先将插针与压电陶瓷晶体2通过引线3连接，置于模具中；再添加封装材料注塑，使承压插针的插针座与随钻声波换能器的外壳在上述封装方法的步骤3)中由所述封装材料注塑成一体。
[0026]本发明另一优选实施方式为，电连接器4为承压插针，承压插针包括插针和插针座，该插针座的材质为金属材质，在随钻声波换能器的封装方法中，将承压插针与压电陶瓷晶体2通过引线3连接，置于模具中；再添加封装材料注塑，使承压插针的插针座在上述封装方法的步骤3)中与封装材料粘结成一体。
[0027]如图3和图4所示，本发明中的压电陶瓷晶体呈圆筒状，其由多个截面呈弧状的压电陶瓷体6首尾相连而成，压电陶瓷体6的截面为四分之一圆，压电陶瓷晶体由四个该压电陶瓷体6拼接而成，每个压电陶瓷体6的内表面和外表面各设有一个电极槽，且所述电极槽排布在所述压电陶瓷体5的两侧，所述电极槽内嵌设有金属电极7，金属电极7通过引线3与电连接器4连接。
[0028]本发明中的封装材料包含50-100重量份的耐高温高分子材料和0-50重量份的玻璃纤维，其中，耐高温高分子材料包括但不限于聚醚醚酮、聚四氟乙烯或聚酰亚胺；其制备方法包括如下步骤:
[0029]I)在无水乙醇中加入偶联剂NDZ-102，制成溶液备用；
[0030]2)将玻璃纤维置于高混机中，与上述的溶液混合均匀后干燥8小时；
[0031]3)将耐高温高分子材料在温度为120°C下，烘干8小时；将烘干后的耐高温高分子材料与上述混合后的玻璃纤维在高混机中高混，生成的混合物为所述封装材料。
[0032]在本发明的封装过程中，保证换能器内部无气泡，并且压电陶瓷晶体与封装材料的热膨胀系数误差不超过1X10 6/°C，经过在高温高压试验井150°C、140MPa的测试，换能器无形变、无碎裂，电器性能与实验前完全一致，达到了设计技术指标。
[0033]虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1.一种随钻声波换能器的封装方法，其特征在于，所述随钻声波换能器包括橡胶层、夕卜壳以及封装在所述外壳内的压电陶瓷晶体和电连接器，所述封装方法包括如下步骤: 1)将所述压电陶瓷晶体的电极与电连接器通过引线连接，并置于模具中； 2)制备封装材料，所述封装材料与所述压电陶瓷晶体的热膨胀系数误差不超过1X10 V0C ； 3)将所述封装材料加热至熔点后填充在所述模具内，待所述封装材料冷却固化后形成所述外壳，并使所述封装材料与所述压电陶瓷晶体和电连接器封装成一体； 4)将所述外壳上外敷橡胶层。2.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述电连接器为承压插针，所述承压插针的插针座在所述步骤3)中由所述封装材料注塑而成。3.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述电连接器为承压插针，所述承压插针的插针座为金属材质，所述承压插针的插针座在所述步骤3)中与所述封装材料注塑成一体。4.如权利要求1-3任一所述的封装方法，其特征在于，所述封装材料包含50-100重量份的耐高温高分子材料和0-50重量份的玻璃纤维。5.如权利要求4任一所述的封装方法，其特征在于，所述耐高温高分子材料包括聚醚醚酮、聚四氟乙烯或聚酰亚胺。6.如权利要求1-3任一所述的封装方法，其特征在于，所述引线与所述压电陶瓷晶体的电极采用银焊连接。7.如权利要求1-3任一所述的封装方法，其特征在于，所述压电陶瓷晶体呈圆筒状，其由多个截面呈弧状的压电陶瓷体首尾相连而成，所述压电陶瓷体的内表面和外表面各设有电极槽，且所述电极槽排布在所述压电陶瓷体的两端，所述电极槽内嵌设有金属电极。
【专利摘要】一种随钻声波换能器的封装方法，所述随钻声波换能器包括橡胶层、外壳以及封装在所述外壳内的压电陶瓷晶体和电连接器，所述封装方法包括如下步骤：1)将所述压电陶瓷晶体的电极与电连接器通过引线连接，并置于模具中；2)制备封装材料，所述封装材料与所述压电陶瓷晶体的热膨胀系数相同；3)将所述封装材料加热至熔点后填充在所述模具内，待所述封装材料冷却固化后形成所述外壳，使所述封装材料与所述压电陶瓷晶体和电连接器封装为一体；4)将所述外壳上外敷橡胶层。该封装方法保证在封装过程中不会损坏其内的压电陶瓷晶体，在随钻声波换能器的外壳上外敷橡胶防震，并有利于换能器安装。
【IPC分类】B29C45/14
【公开号】CN105034249
【申请号】CN201510399228
【发明人】李辉, 罗瑜林, 陈洪海, 刘西恩
【申请人】中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月8日