CN103185555A - 用于测量材料厚度的装置 - Google Patents

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CN103185555A CN2012105771904A CN201210577190A CN103185555A CN 103185555 A CN103185555 A CN 103185555A CN 2012105771904 A CN2012105771904 A CN 2012105771904A CN 201210577190 A CN201210577190 A CN 201210577190A CN 103185555 A CN103185555 A CN 103185555A
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F.T.马修斯
P.A.迈尔
M.H.克罗恩
N.J.史密斯
A.M.维加诺
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Abstract

本发明涉及用于测量材料厚度的装置，描述了一种用于测量诸如运送流体的管道、管和其它导管的对象的材料厚度的压电感测装置。该压电感测装置包括安装至柔性电路的压电元件，该柔性电路带有围绕纯聚酰亚胺C阶芯部的玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层。

Description

用于测量材料厚度的装置
相关申请的交叉引用
本申请是2010年7月21日提交且名称为“Device and System for Measuring Material Thickness”的美国申请No. 12/840,485的部分继续申请并要求其优先权，该美国申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本文公开的主题涉及使用超声换能器来测量材料厚度，并且在一个实施例中，涉及用于在高温环境中使用的包括柔性电路的压电感测装置。
背景技术
若干行业(例如，油气、精炼、化学、发电)需要通过管道输送流体(例如，液体或气体)。可将非破坏性测试系统安置在这些管道的外表面上以监测管道的腐蚀/侵蚀，包括管道壁内部的腐蚀/侵蚀。这些系统通常在一段时间内实施为人工检查的一部分，其中，经过一段时间监测管道壁厚度和厚度的变化。在一些情况下，探针或其它非破坏性测试装置永久地联接至管道的外表面，以连续地监测该位置的腐蚀/侵蚀以确定管道腐蚀/侵蚀速率并判断该管道位置是否需要预防性的维护以防止管道失效。
用于监测管道的腐蚀/侵蚀的非破坏性测试系统的一个示例是超声测试系统。在进行管道的超声测试时，超声脉冲从联接至管道的外表面的探针发出并穿过管道壁。当超声脉冲传入并穿过管道壁时，称为回波(echo)的各种脉冲反射由于脉冲与管道的外表面、管道壁内的内部结构和管道壁的后壁相互作用而反射回探针。回波信号可显示在屏幕上，其中回波振幅呈现为竖直迹线且渡越时间(time of flight)或距离呈现为水平迹线。通过跟踪超声脉冲的发送与回波的接收之间的时间差，可确定管道的各种特性，包括管道壁厚度。如果管道壁在超声测试系统的位置处的厚度经过一段时间后减小(例如，如将显示为后壁回波的渡越时间的减少)，则这可为腐蚀/侵蚀的指示。
各种因素影响设备的配置且特别是用于这些非破坏性测试系统中的材料。例如，诸如一些应用中的操作温度的操作条件可超过诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)(例如，P(VDF-TrFE))或聚四氟乙烯(PTFE))的共聚物的材料的温度阈值。包括与制造期间的某些加工步骤有关的温度的加工条件也是限制性的。诸如精度和对小缺陷及材料厚度的小变化的敏感度的性能因素是排除特定材料及其组合的使用的其它因素。然而，虽然可使用某些材料配置来实现提高的性能，但这些配置常常引起限制所得装置在包括高温应用(例如，通常在远高于120℃下操作的核发电环境)的某些应用中的适用性的物理特性(例如，高度轮廓)。
以上论述仅为一般背景信息而提供，而并不意图用于帮助确定要求保护的主题的范围。
发明内容
描述了一种用于测量诸如运送流体的管道、管和其它导管的对象的材料厚度的压电感测装置。该压电感测装置包括安装至柔性电路的压电元件，该柔性电路带有围绕纯聚酰亚胺C阶(C-stage)芯部的玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层。可在实践该压电感测装置的一些公开实施例时实现的一优点是，该装置可在高于120℃且在一些情况下高达300℃的高温应用中使用。
在一个实施例中，公开了一种压电感测装置。该压电感测装置包括多个压电元件和柔性电路，柔性电路包括：在第一铜层与第二铜层之间的纯聚酰亚胺C阶芯部，第一铜层在纯聚酰亚胺C阶芯部的第一侧上，第二铜层在与第一侧相对的第二侧纯聚酰亚胺C阶芯部上；在第一铜层上形成的第一玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层；以及在第二铜层上形成的第二玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层。其中，多个压电元件在多个窗口中被安装至柔性电路，该多个窗口形成于第一玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层中以接收多个压电元件。
在另一实施例中，压电感测装置包括多个陶瓷压电换能器和柔性电路，柔性电路包括：在第一多个导体与第二多个导体之间的纯聚酰胺C阶芯部，第一多个导体在纯聚酰亚胺C阶芯部的第一侧上，第二多个导体在与第一侧相对的第二侧纯聚酰亚胺C阶芯部上；在第一多个导体上形成的第一玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层；以及在第二多个导体上形成的第二玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层。其中，多个压电元件在多个窗口中被安装至柔性电路，该多个窗口形成于第一玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层中以接收多个陶瓷压电换能器，并且其中，窗口露出接地电极和热电极，多个陶瓷压电换能器被焊接至接地电极和热电极。
本发明的该简要描述仅仅意图提供文中根据一个或更多说明性实施例所公开的主题的简要概述，而并不用作解释权利要求或者限定或限制本发明的范围的指导，本发明的范围仅由所附权利要求限定。提供该简要描述，以采用以下在详细描述中进一步描述的简化形式来介绍说明性的概念选择。该简要描述并不意图标识要求保护的主题的关键特征或必需特征，也不意图用于帮助确定要求保护的主题的范围。要求保护的主题并不限于解决在背景技术中指出的任何或全部缺点的实施方案。
附图说明
为了能够理解本发明的特征，可参考某些实施例做出本发明的详细描述，这些实施例的一部分在附图中示出。然而，应注意到，附图仅示出本发明的某些实施例且因此不应视为其范围的限制，因为本发明的范围涵盖其它等效实施例。附图未必按比例绘制，重点一般放在示出本发明的某些实施例的特征上。在附图中，全部各视图中相似的标号用于表示相似的部分。因此，为了进一步理解本发明，可参考结合附图阅读的以下详细描述，在附图中：
图1是测量系统的一示例性实施例的示意图；
图2是压电感测装置的一示例性实施例的分解组装图；
图3是图2的压电感测装置的侧视截面组装图；
图4是压电感测装置的另一示例性实施例的正视图；
图5是图4的压电感测装置的侧视截面图；
图6是压电感测装置的又一示例性实施例的正视图；
图7是图6的压电感测装置的侧视截面图；
图8是压电感测装置的又一示例性实施例的正视图；
图9是图8的压电感测装置的侧视截面图；
图10是压电感测装置例如图2至图5的压电感测装置的一实施方案的示意图；以及
图11是压电感测装置例如图2、图3和图6至图9的压电感测装置的另一实施方案的示意图。
附图标记：
10       测量系统
12       换能器阵列
14       仪器
16       连接件
18       感测元件
20       压电元件
22       基底
24       超声测试单元
26      共用基底
100    压电感测装置
102    基底
104    压电元件
106    陶瓷主体
108    电极
110    接地部
112    包绕接片(wrap tab)
114    柔性电路材料
116    第一层
118    第二层
120    接收区域
122    电极
124    接地电极
126    热电极
128    电极几何结构
130    隔离间隙
132    形状几何结构
134    T形几何结构
136    焊接层
138    分层结构
200    压电感测装置
202    基底
204    压电元件
214    柔性电路材料
220    接收区域
222    电极
224    接地电极
226    热电极
236    焊接层
240    前侧
242    背侧
244    电缆连接件
246    电缆连接垫
248    应变消除部
250    接地垫
252    热垫
254    过孔(via)
256    接地面
300    压电感测装置
302    基底
304    压电元件
314    柔性电路材料
320    接收区域
322    电极
324    接地电极
326    热电极
336    焊接层
358    共用基底
360    导体
362    热导体
364    接地导体
366    自由端
368    连接器
400    压电感测装置
402    基底
404    压电元件
414    柔性电路材料
424    接地电极
426    热电极
436    焊接层
440    前侧
442    背侧
470    测量系统
472    换能器阵列
474    仪器
476    连接件
478    电缆
480    连接端子
482    表面
484    对象
486    耦合剂
488    外部结构
490    保护层
492    紧固机构
500    压电感测装置
502    基底
504    压电元件
524    接地电极
526    热电极
536    焊接层
558    共用基底
566    自由端
568    连接器 
570    测量系统
572    换能器阵列
574    仪器
576    连接件
586    耦合剂
590    保护层
592    紧固机构
594    单根电缆
596    匹配连接器
600    压电感测装置
603    第一焊接层(接地)
604    压电元件
605    第二焊接层(热)
606    接收区域
608    窗口
610    双面包铜芯部
612    背侧接地导体
614    背侧镀层
616    背侧覆层
618    接地电极
620    芯部
622    前侧接地导体
624    前侧镀层(接地)
626    前侧覆层
630    过孔(接地)
632    背侧热导体
638    热电极
640    前侧
642    背侧
650    隔离间隙
660    柔性电路。
具体实施方式
现参考附图，图1中示出带有改进的灵敏度和构造的测量系统10的一示例性实施例，其构造有益于测量系统10在大于例如120℃的操作温度和在由其它测量系统接近受限制的区域内的实施。测量系统10可包括换能器阵列12和仪器14，仪器14经由连接件16可操作地联接至换能器阵列12。换能器阵列12可包括一个或更多感测元件18，每一个感测元件18具有联接至基底22的压电元件20。
换能器阵列12可设置在诸如管道、管和相关导管的对象上，对象可经由其中输送的流体而经受腐蚀和侵蚀。换能器阵列12的设置容许由压电元件20产生的超声信号碰撞到对象的材料上。这些超声信号例如由材料的表面反射，其中反射的信号由压电元件20探测。
在一个实施例中，仪器14可包括产生波形脉冲(一般，“输入”)的超声测试单元24，波形脉冲经由连接件16施加至压电元件20。波形脉冲导致压电元件20的机械变化(例如，尺寸变化)。该变化可导致穿过对象的材料传播的声波。相反，当从检查下的材料反射的声波接触压电元件20的表面时，压电元件20产生电压差。该电压差作为接收信号(一般，“输出”)由超声测试单元24或其它信号处理电子设备探测。
超声测试单元24可包括可用于确定由压电元件20产生的波形脉冲的振幅、时点和发送次序的各种控制装置。波形脉冲一般在约5MHz至约20MHz的频率范围内。通过跟踪波形脉冲的发送与接收信号的接收之间的差异并测量反射波的振幅，可确定材料的各种特性。在一个示例中，可使用渡越时间分析来确定对象的材料厚度和厚度的任何对应变化，换能器和相关领域中的技术人员将会认识到渡越时间分析的题材。
在一个实施例中，感测元件18是分开布置的且构造为单独的感测单元。连接件16便于这些单独单元与超声测试单元24之间的通信，并且在一种构造中，连接件16具有多根电缆(未示出)。这些电缆联接至感测元件18中的每一个。示例性电缆可包括同轴电缆和光纤，以及如文中设想的可将输入传导至压电元件20及从压电元件20传导输出(例如，波形脉冲和所接收的信号)的单股和多股铜和/或相关材料。
在另一实施例中，感测元件18布置在共用基底上，该共用基底在本示例中大体用标号26标出。该布置通过压电元件20中的一个或更多设置在共用基底26上来限定。感测元件18的压电元件20可沿例如材料带彼此间隔开，且如以下在一个或更多实施例中所论述的，该材料可包括可与对象的形状相符的柔性电路材料。在一个示例中，导体并入到柔性电路材料中，各导体终止于压电元件20和共用基底26的端部。连接件16可包括一个或更多连接器(未示出)，其联接至导体且其可并入或以其它方式附连到自由端上。该连接器可联接至匹配连接器或者诸如从超声测试单元24延伸的一束同轴电缆的其它装置。该组合可在压电元件20与仪器14之间传送输入和输出。
换能器阵列12中的感测元件18的数量可变化，且在一种构造中该数量可从一到二十变化。在一个特定示例中，该数量为十四。该数量的备选选择可基于检查下的对象的尺寸、感测元件18在对象上的优选间距以及所探测到的缺陷的类型中的任何一个或组合。当结合共用基底26来实施时，压电元件20的大致中心之间的间距可为从约10mm至约100mm。此外，在感测元件18布置为个别化单元的实施方案中，每一个可独立于换能器阵列12的感测元件18中的其它感测元件而位于对象上。因此，可按需对感测元件18中的每一个优化压电元件20中相邻的压电元件之间的间距和压电元件20相对于对象的特征(例如，边缘)的位置。
虽然将换能器阵列12描绘为线性阵列(例如，其中感测元件18形成带有一列或更多列的单行)，但也可预想其它配置。在一个实施例中，换能器阵列12可包括一行或多行和一列或多列感测元件18。在另一实施例中，感测元件18以不同于行和列的阵列的形态配置。例如，换能器阵列12的一种形态可包括第一行感测元件18和第二行感测元件18，其中第二行与第一行以垂直关系定位，从而形成“T”形。
现在关注感测元件18的构造，可参考图2和图3。这里描绘了可部署为图1的感测元件18中的一个或更多的压电感测装置100的一示例性实施例。在一个实施例中，压电感测装置100可包括基底102和带有陶瓷主体106的压电元件104。陶瓷主体106可配置有电极108、接地部110和包绕接片112，包绕接片112由沉积在陶瓷主体106上的镀金材料或相当的导电材料构成。基底102可包括柔性电路材料114，其在该示例中被示出带有第一层116和第二层118，并且带有配置成接收压电元件104的接收区域120。接收区域120可具有用于连接至例如电极108和接地部110的电极122。电极122可包括第一或接地电极124和第二或热电极126。电极122可与由电极122之间的隔离间隙130限定的电极几何结构128和/或应用于电极122中的一个或两个的形状几何结构132相符。在一个示例中，形状几何结构132包括用于热电极126的T形几何结构134。
在一个实施例中，压电感测装置100还可包括焊接层136，其包括诸如锡、铅、银、铋和铟中的一种或多种材料。焊接层136在组装期间沉积且用于将压电元件104联接至基底102的接收区域120。当组装好时，基底102、压电元件104和焊接层136的组合被布置为带有轮廓高度P的分层结构138。压电感测装置100的实施例可配置成使得轮廓高度P不超过约7mm，并且在一个示例中，该轮廓高度为从约0.25mm至约1mm。这些值小于常规装置，这容许在用常规结构的测量装置通常无法接近的位置使用压电感测装置100。
用于在陶瓷主体106中使用的材料针对它们的性质来选择，包括例如与组装期间的加工条件的兼容性，加工条件例如使焊接层136回流所需的回流温度。这些回流温度通常超过200℃，并且在一个示例性过程中，回流温度为约220℃。其它要考虑的性质包括但不限于材料的介电常数，其中，为陶瓷主体106选择的材料应该具有表现出良好的电阻抗匹配同时减小压电元件104的总体尺寸的介电常数。这些尺寸包括例如图2的矩形形状的约3mm乘以约5mm的尺寸，不过长度和宽度可分别变化从约2mm到约8mm。在其它示例中，压电元件104的形状可包括正方形、圆形和/或椭圆形。参考上述轮廓高度P，进一步设想压电元件104形成有从约0.1mm至约1mm的总体厚度。
在一个实施例中，可能希望使用诸如Navy Type II材料的压电陶瓷和相关陶瓷(例如，锆钛酸铅压电体)，不过同样设想且可使用具有类似性质和组成的其它材料。出于构成陶瓷主体106(以及一般地压电元件104)的目的，在一个示例中，可将Navy Type II材料块切成具有0.6mm左右的厚度的板。这些板可经由精磨操作来完成，使得所得板的厚度为约0.2mm。线性研磨、抛光和背侧研磨都是可接受的精磨操作。板随后可被切成带有约9mm宽度的条带，并且可形成、极化和测试电极。可使用诸如溅镀的镀层操作来沉积金(Au)镀层，并且可将完工的板切块以形成单独的压电元件(例如，压电元件104)。在一个示例中，单块Navy Type II材料可产生大约2880个压电元件104。将意识到，可使用在本公开的范围和精神内认识到的某些沉积、蚀刻、溅镀以及相关的加工技术和工艺来形成电极122。
柔性电路材料114的层(例如，第一层116和第二层118)可包括诸如聚酰亚胺基薄膜的材料，以及包括聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚醚酰亚胺(PEI)中的一个或更多的其它材料和薄膜。这些层可构造在一起而形成与文中论述的加工条件、操作温度和物理特性(例如，轮廓高度P)兼容的层压件。在这些层中可包括诸如电导体(如金属箔)的导体，或者在其它示例中，可例如通过使用电镀及相关的镀层和沉积技术而将导体并入到这些层中。这些导体可延伸至电极122以及基底102的外周边缘和区域。该配置可用于自压电元件104传导脉冲和电信号以及将脉冲和电信号传导到压电元件104，压电元件104的一示例在上文结合共用基底(例如，图1的共用基底26)论述。
下面参考图4至图9，提供了压电感测装置200(图4和图5)、300(图6和图7)和600(图8和图9)的示例性实施例。出于以下接着的论述的目的，除了标号以100的倍数增加(例如，图4和图5中的200，图6和图7中的300，图8和图9中的600)以外，使用相似的标号来表示图2至图9之间相似的构件。压电感测装置200、300和600可用于在上文结合图1论述的换能器阵列12的配置中的一个或更多中实施。
图4和图5中描绘的压电感测装置200例如适用于结合换能器阵列12的配置(图1)使用，其中，感测元件18中的每一个布置为单独的单元。在一个实施例中，压电感测装置200可包括基底202和压电元件204。基底202可包括带有接收区域220的柔性电路材料214，压电元件204定位在接收区域220内。接收区域220可具有包括接地电极224和热电极226的电极222。焊接层236可使用本领域中认识到的丝网印刷技术设置在电极222中的一个或更多上。
柔性电路材料214可包括电极222位于其上的前侧240和背侧242。压电感测装置200还可包括带有电缆连接垫246和应变消除部248的一根或多根电缆连接件244。电缆连接垫246可包括接地垫250和热垫252，各自经由一个或更多过孔254分别联接至接地电极224和热电极226。过孔254延伸穿过柔性电路材料214，从而将前侧240上的电缆连接垫246联接至背侧242上的电极222。在一个示例中，接地面256也并入柔性电路材料214中。接地面256联接至接地电极224和接地垫250。
如图6和图7中描绘的压电感测装置300可在换能器阵列12(图1)利用共用基底(例如，共用基底26(图1))时实施。在一个实施例中，压电感测装置300可包括基底302和压电元件304。基底302可包括带有配置成用于在其上接收压电元件304的一个或更多接收区域320的柔性电路材料314。接收区域320可具有包括接地电极324和热电极326的电极322。还包括用于将压电元件304固定至电极322的焊接层336。
压电感测装置300可包括多个导体360并入其中的共用基底358。导体360可包括热导体362和接地导体364，各自被示出为从共用基底358的自由端366延伸。诸如联接至各导体360的多针连接器的连接器368设置在自由端366上。连接器368同样配置成联接至如可与文中设想的仪器(例如，仪器14(图1))相关联的匹配连接器(未示出)。
如图8和图9中描绘的压电感测装置600也可在换能器阵列12(图1)利用共用基底(例如，共用基底26(图1))时实施。压电感测装置600可具有第一侧(或背侧)642和第二侧(或前侧)640。在一个实施例中，压电感测装置600可包括基底602和安装在基底602的背侧642上的多个压电元件604。压电元件604可为陶瓷压电换能器(PZT)。基底602可包括柔性电路660，在背侧642上有配置成用于将压电元件604安装在其上的多个接收区域606。
柔性电路660可包括多个导体690。导体690可包括从柔性电路660的自由端或第一端696延伸的接地导体612、622、632和热导体632。诸如联接至各导体690的多针连接器的连接器698可设置在自由端696上。连接器698同样配置成联接至如可与文中设想的仪器(例如，仪器14(图1))相关联的匹配连接器(未示出)。
压电感测装置600的柔性电路660可包括多个不同层。在图9所示的一个实施例中，柔性电路660具有双面包铜芯部610，其包括在背侧642上的第一铜层与前侧640上的第二铜层之间的纯聚酰亚胺C阶芯部620。作为C阶材料，芯部620被充分固化且因此相对不可溶解和不可熔化。在一个实施例中，芯部620可为0.005英寸(0.127mm)厚。双面包铜芯部610的铜层可用例如化学物质蚀刻，以在纯聚酰亚胺C阶芯部620的前侧640和背侧642上形成多个导体612、622、632。在一个实施例中，铜层640、642可为0.0007英寸(0.0178mm)厚。如图9所示，蚀刻可在背侧接地导体612与背侧热导体632之间提供隔离间隙650。延伸穿过纯聚酰亚胺C阶芯部620的多个镀层过孔630可用于连接背侧接地导体612和前侧接地导体622。
在图9所示的压电感测装置600的一个实施例中，柔性电路660具有在导体612、622、632上形成的玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层616、626。在一个实施例中，玻璃增强物可为1080玻璃型的玻璃纤维织物。在加工(例如，层压)前，作为B阶预浸材料(例如，低流聚酰亚胺1080预浸材料)，背侧覆层616和前侧覆层626被部分固化并使得它们不完全熔融或溶解，而是在被加热时软化且在与某些液体接触时鼓起。在加工后，覆层616、626完全固化成C阶材料。窗口608可形成于背侧覆层616中，以形成配置成用于在其上接收压电元件604并在各窗口中露出接地电极618和热电极638的接收区域606。第一焊接层603将压电元件604固定至接地电极618，且第二焊接层605将压电元件604固定至热电极638。给定玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层616、626的材料特性，如果不能使用蚀刻来去除玻璃增强聚酰亚胺C阶材料，则可使用激光或其它切割技术来形成窗口608。
为了便于焊接，导体612、622、632可被镀有镀层614、624。在一个实施例中，镀层可为0.0005英寸(0.0127mm)厚。在一个实施例中，在覆层616、626形成于导体612、622、632上之前使用化镍浸金(electrolysis nickel over immersion gold, ENIG)来镀覆导体612、622、632。在另一实施例中，仅在覆层616、626形成于导体612、622、632上且形成窗口606而露出导体612、622、632用于镀覆之后，使用ENIG来镀覆带镀层导体612、622、632。
纯聚酰亚胺C阶芯部620和玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层616、626提供了将柔性电路660安装在导管或其它周向装置的弯曲表面上所需的灵活性和支撑。纯聚酰亚胺C阶芯部620和玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层616、626的使用还消除了可能降低压电感测装置600的额定温度的杂质或其它添加物，并且允许压电感测装置600在通常在远高于120℃操作的环境中和设备上操作(例如，核发电环境)。
在一个实施例中，通过在纯聚酰亚胺C阶芯部620(其也可以片材提供)的前侧640和背侧642上提供玻璃增强聚酰亚胺B阶片材并且在将各层暴露于将在层压后形成柔性电路660的温度的同时在两个压头之间压缩聚酰亚胺层，可在导体612、622、632上形成玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层616、626。所述聚酰亚胺层的使用可避免需要使用可具有比玻璃增强聚酰亚胺覆层616、626和纯聚酰亚胺C阶芯部620更低的额定温度的环氧树脂或其它粘合材料。
现在论述压电感测装置例如上述压电感测装置100、200、300和600的实施，现参考图10和图11。图10和图11分别示出压电感测装置400和500的示例性实施例，这些实施例配置成用于在测量系统例如上文描述且以下更详细描述的测量系统中使用。也使用相似的标号来表示图2至图11之间相似的构件。然而，虽然本公开的压电感测装置的其中一些特征和概念可能未结合图10和图11描绘或论述，但可以设想，此类特征和概念适用于压电感测装置400和500及其实施例和衍生物。
图10中描绘了例如多个压电感测装置400，其每一个可包括基底402和压电元件404。基底402可包括带有接地电极424、热电极426和用于将压电元件404固定至基底402的焊接层436的柔性电路材料414。柔性电路材料414包括前侧440和背侧442。在一个实施例中，压电感测装置400实施为测量系统470的一部分，该测量系统470可包括换能器阵列472、仪器474和诸如联接至压电元件404的一根或多根电缆478的连接件476。测量系统470还可包括用以聚集电缆478的连接端子480，其在一个示例中充当用于自仪器474和换能器阵列472的压电感测装置400传送信号及将信号传送至其的中央集线器。
在一个实施例中，压电感测装置400使用设置在基底402的背侧442上的耦合剂486(例如粘合剂)固定至对象484的表面482。为了进一步确保正确的工作和压电感测装置400到表面482的联接，可利用一个或更多外部结构488，例如保护层490和紧固机构492。这些外部结构488可作为压电感测装置400的一部分并入，或者在一个实施例中，外部结构488包括与压电感测装置400分离的一个或更多零件。外部结构488的零件的组装通常可发生在压电感测装置400和测量系统470的实施和安装时。
如图10中所描绘的，耦合剂486可设置在基底402的表面上和压电元件404上。在应用期间应当注意避免压电元件404的性能的退化。除性能特性外，可能希望用作耦合剂486的材料与基底402和对象484的材料特性兼容。在一个示例中，诸如丙烯酸粘合剂的粘合剂可施加为带有约1mm的名义初始厚度的一层。同样可接受的其它粘合剂和相关材料包括但不限于氰基丙烯酸树脂、环氧树脂、溶剂基粘合剂和冷流粘合剂以及其组合和衍生物。
保护层490用于防止对下层结构例如压电感测装置400的损坏。材料同样可具有电绝缘性质，从而提供与外部环境的隔离并防止可能发生的发弧、短路和其它电诱发的故障。用作保护层490的示例性材料可包括硅、尼龙、氯丁橡胶、聚合材料及其组合物和衍生物。
紧固机构492可处于图10所示的带状结构的形式。当对象484为导管或其它周向装置时，此类结构可附连在圆周周围。这些结构可并入减小导管周围的带的直径的次级紧固和拧紧特征，从而在压电感测装置400上施加力。对于对象484的其它配置，例如对于带有平坦或不规则的构造的对象，紧固机构492可配置有针对对象484的具体配置所设计的装置。这些装置可包括可导致在压电感测装置400上施加力的磁体和磁化器具。
现参考图11，见到压电感测装置500可包括基底502和压电元件504。基底502可包括接地电极524和热电极526，且如文中设想包括焊接层536。基底502布置为带有自由端566的共用基底558，连接器568设置在该自由端566上。压电感测装置500是测量系统570的一部分，该测量系统570可包括换能器阵列572、仪器574和联接在二者之间的连接件576。为了固定压电感测装置500，使用耦合剂586，且通过保护层590和紧固机构592提供进一步的保护。在一个实施例中，连接件576可包括联接至连接器568和仪器574的单根电缆594。单根电缆594可包括例如配置成与连接器568匹配的匹配连接器596。
该书面描述使用示例来公开本发明的实施例，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言有非实质性区别的等同结构元件，则此类其它示例意图落在权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种压电感测装置，包括：
多个压电元件；和
柔性电路，其包括：在第一铜层与第二铜层之间的纯聚酰亚胺C阶芯部，所述第一铜层在所述纯聚酰亚胺C阶芯部的第一侧上，所述第二铜层在与所述第一侧相对的第二侧纯聚酰亚胺C阶芯部上；在所述第一铜层上形成的第一玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层；以及在所述第二铜层上形成的第二玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层，
其中，所述多个压电元件在多个窗口中安装至所述柔性电路，所述多个窗口形成于所述第一玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层中以接收所述多个压电元件。
2.根据权利要求1所述的压电感测装置，其特征在于，所述多个压电元件为陶瓷压电换能器。
3.根据权利要求1所述的压电感测装置，其特征在于，所述第一铜层包括第一多个导体且所述第二铜层包括第二多个导体。
4.根据权利要求3所述的压电感测装置，其特征在于，还包括在所述第一多个导体上的第一镀层。
5.根据权利要求4所述的压电感测装置，其特征在于，所述第一镀层包括化镍浸金。
6.根据权利要求4所述的压电感测装置，其特征在于，所述第一镀层仅被施加在所述第一多个导体的由所述多个窗口露出的部分上。
7.根据权利要求1所述的压电感测装置，其特征在于，所述多个窗口露出接地电极和热电极。
8.根据权利要求7所述的压电感测装置，其特征在于，所述多个压电元件被焊接至所述接地电极和所述热电极。
9.根据权利要求3所述的压电感测装置，其特征在于，还包括多个镀层过孔，其延伸穿过所述纯聚酰亚胺C阶芯部，以将所述第一多个导体中的一个或更多连接至所述第二多个导体中的一个或更多。
10.根据权利要求3所述的压电感测装置，其特征在于，还包括在所述柔性电路的第一端上的连接器，其中，所述连接器联接至所述第一多个导体和所述第二多个导体。
11.根据权利要求1所述的压电感测装置，其特征在于，所述第一玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层和所述第二玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层包括玻璃纤维织物。
12.一种压电感测装置，包括：
多个陶瓷压电换能器；以及
柔性电路，其包括：在第一多个导体与第二多个导体之间的纯聚酰胺C阶芯部，所述第一多个导体在所述纯聚酰亚胺C阶芯部的第一侧上，所述第二多个导体在与所述第一侧相对的第二侧纯聚酰亚胺C阶芯部上；在所述第一多个导体上形成的第一玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层；以及在所述第二多个导体上形成的第二玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层，
其中，所述多个压电元件在多个窗口中被安装至所述柔性电路，所述多个窗口形成于所述第一玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层中以接收所述多个压陶瓷压电换能器，并且
其中，所述窗口露出接地电极和热电极，所述多个陶瓷压电换能器被焊接到所述接地电极和所述热电极。
13.根据权利要求12所述的压电感测装置，其特征在于，还包括在所述第一多个导体上的第一镀层。
14.根据权利要求13所述的压电感测装置，其特征在于，所述第一镀层包括化镍浸金。
15.根据权利要求13所述的压电感测装置，其特征在于，所述第一镀层仅被施加在所述第一多个导体的由所述多个窗口露出的部分上。
16.根据权利要求12所述的压电感测装置，其特征在于，还包括多个镀层过孔，其延伸穿过所述纯聚酰亚胺C阶芯部，以将所述第一多个导体中的一个或更多连接至所述第二多个导体中的一个或更多。
17.根据权利要求12所述的压电感测装置，其特征在于，还包括在所述柔性电路的第一端上的连接器，其中，所述连接器联接至所述第一多个导体和所述第二多个导体。
18.根据权利要求12所述的压电感测装置，其特征在于，所述第一玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层和所述第二玻璃增强聚酰亚胺C阶覆层包括玻璃纤维织物。
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