CN103438910A - 一种新型电磁屏蔽压电夹层 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型电磁屏蔽压电夹层，包括柔性电路板、压电传感器和SMA接口，其中，压电传感器粘贴在柔性电路板的一侧，所述的SMA接头固定连接在柔性电路板的另一侧，其固定连接位置的背面铺设绝缘膜。本发明技术方案的新型电磁屏蔽压电夹层提高了压电夹层的抗高频电磁干扰的能力，减弱了相邻压电夹层内信号的串扰，增加了信号的信噪比，提高了可靠性和一致性，增强了压电传感器与结构的耦合效率，保证了压电传感器的激励性能和传感器性能，促进了压电夹层在航天结构健康监测中的广泛应用。

Description

一种新型电磁屏蔽压电夹层

技术领域

本发明涉及一种压电夹层，尤其涉及一种新型电磁屏蔽压电夹层，属于压电传感器封装技术领域，应用于航天结构健康监测领域。

 

背景技术

航天结构在轨运行时需要承受温度交变，粒子辐射等环境载荷的作用，且随着太空污染的日益严重，航天结构易受到空间碎片的撞击，结构安全受到严重威胁。为了监测航天结构的完整性和安全性，延长使用寿命，降低维护成本，结构健康监测技术得到了航天领域越来越多的研究和关注。结构健康监测技术就是指利用结构布置的传感器阵列定期采集结构动力响应数据，提取损伤特征值，从而对工程结构实施损伤检测和识别。由于基于压电陶瓷原件和弹性波的健康监测方法对于脱层，裂纹等小损伤较为敏感，该方法在航空领域已有大量的研究与应用。同时为了保证压电传感器的电气特性和性能一致性，常根据“智能压电夹层”思想，利用柔性电路板技术，将传感器预置于柔性电路板中，既保留了压电传感器的电气特性，又便于安装。

在航天结构中，结构的在线监测系统需要具有小型化，低功耗，集成度高等特点，同时监测信号必须具有很高的信噪比和一致性。基于压电夹层原件的健康监测方法在航天领域的实际应用中存在以下问题：

（1）航天器在轨运行时受到的电磁辐射，宇宙射线的照射以及航天器内电气设备的运行产生的电磁干扰，都将使压电夹层在高频辐射的环境中进行工作，使得采集到的信号频谱混乱，信噪比较低，信号的可靠性、一致性都较差，增大了提取损伤特征值的难度。

（2）为了增强压电传感器与结构的耦合效率并保证压电传感器的激励性能和传感性能，常使用单面双极压电陶瓷原件。然而由于压电传感器的电极只是一层很薄的导电材料，与电压片的连接强度很低，航天结构的发射过程中产生的巨大持续的振动以及在轨运行时空间碎片的撞击，都易造成电极脱落，导致压电夹层失效。

（3）为了保证监测的精度和范围，作为驱动器和传感器所使用的压电传感器数量庞大，相邻压电夹层之间距离较小，当幅值较大的高频交变电流在驱动器的线路上传播时，易对附近传感路线产生串扰，改变传感信号的幅值，增加损伤特征值提取的难度。

 

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是克服现有压电夹层在航天结构高频辐射的环境中工作时易受到电磁干扰，可靠性不高的缺陷，提供一种能够应用于航天结构的压电夹层，其可增强压电夹层的抗电磁干扰能力，提高压电夹层在航天结构中应用的可靠性。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的新型电磁屏蔽压电夹层包括柔性电路板、压电传感器和SMA接口，其中，压电传感器粘贴在柔性电路板的一侧，所述的SMA接头固定连接在柔性电路板的另一侧，其固定连接位置的背面铺设绝缘膜。

更进一步地，所述的柔性电路板由导线、绝缘层和电磁屏蔽层组成，所述的压电传感器的电极与柔性电路板的焊盘连接，并通过导线与SMA接口连接。

更进一步地，所述的电磁屏蔽层为铜膜，设置于所述的绝缘层之间。

更进一步地，所述的电磁屏蔽层与压电传感器对应的位置开设有压电传感器位置观察区。

根据本发明技术方案的新型电磁屏蔽压电夹层的结构，其制作过程如下：

首先，根据压电传感器的形状和电极位置在柔性电路板上预留一个压电传感器位置观察区和焊盘区域，在柔性电路板的另一端，预留通用SMA接头管脚的焊盘区域，将柔性电路板的其余位置全部进行铺铜操作，并将铺铜层与电路地线连接。

然后，将柔性电路板的上管脚的焊盘与SMA接头进行焊接方式的导通，并对焊接后的位置铺设绝缘膜。使用高强度胶将SMA接头的四周与柔性电路板胶接加固。再将压电传感器放置到柔性电路板相应位置，通过焊接方式将电极和柔性电路板导通。

最后，将压电传感器、柔性电路板以及SMA接头实现电路连接之后，将压电传感器周围以及柔性电路板需要与结构表面接触的区域均匀覆胶，将压电夹层整体胶接到结构表面。

本发明技术方案的抗高频电磁干扰压电夹层通过对柔性电路板的铺铜操作，使得压电夹层中信号线周围环绕一层地线，从而显著提高信号的抗高频电磁干扰的能力。压电夹层在结构表面整体胶接的方式不仅提高了其整体强度，还提高了压电传感器电极与电路之间的连接强度，提高了压电夹层中各部分电气连接的可靠性。

有益效果

本发明技术方案的新型电磁屏蔽压电夹层提高了压电夹层的抗高频电磁干扰的能力，减弱了相邻压电夹层内信号的串扰，增加了信号的信噪比，提高了可靠性和一致性，增强了压电传感器与结构的耦合效率，保证了压电传感器的激励性能和传感器性能，在航天结构的应用中，不易导致压电传感器失效或者电极脱落，很好地解决了现有结构的压电夹层在航天结构使用过程中易受高频电磁干扰，易脱落或失效的问题，其制造工艺简单，成本低，可以促进压电夹层在航天结构健康监测中的广泛应用。

 

说明书附图

图1是本发明一个实施例的新型电磁屏蔽压电夹层的主视图；

图2是本发明一个实施例的新型电磁屏蔽压电夹层的俯视图；

图3（a）是本发明一个实施例的新型电磁屏蔽压电夹层的剖视图，（b）是（a）A-A向示意图；

图4是新型电磁屏蔽压电夹层应用于板类结构健康监测的主视图；

图5是新型电磁屏蔽压电夹层应用于板类结构健康监测的俯视图；

图6是新型电磁屏蔽压电夹层应用于板类结构健康监测时压电传感器部分的细节图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行进一步描述。

如图1、图2所示，本实施例的新型电磁屏蔽压电夹层包括柔性电路板1、压电传感器2和SMA接口3，其中，压电传感器2粘贴在柔性电路板1的一侧，所述的SMA接口3固定连接在柔性电路板1的另一侧，其固定连接位置的背面铺设绝缘膜4，绝缘膜4用于防止柔性电路板与SMA接口3的焊点6与结构表面导通。

如图3所示，所述的柔性电路板1由导线5、绝缘层7和电磁屏蔽层8组成，所述的压电传感器2的电极与柔性电路板1的焊盘10连接，并通过导线5与SMA接口3连接。所述的电磁屏蔽层8为铜膜，设置于所述的两个绝缘层7之间。所述的电磁屏蔽层8与压电传感器2对应的位置开设有压电传感器位置观察区，以便于对压电传感器2状态的观察。

如图3所示，可以看出压电夹层从上到下分为四层：第一层为柔性电路板绝缘层7，主要用于保护电路；第二层为电路层，其中压电传感器2的电极与柔性电路板的焊盘10直接采用焊接或导电胶9连接。第三层为电磁屏蔽层，该层主要用于防止电路受到电磁辐射的干扰，电磁屏蔽层选用铜膜。第四层为压电传感器2，这部分可根据需要作为传感器或激励器。

如图4、图5所示，为本实施例的新型电磁屏蔽压电夹层应用于板类结构健康监测时的正视图和俯视图；如图6所示，为本实施例的新型电磁屏蔽压电夹层应用于板类结构健康监测时压电传感器部分的细节图。在具体应用时，压电夹层的下表面整体使用胶粘剂11粘贴到结构表面，整体附胶的方式不仅加强了柔性电路板1和压电传感器2的连接强度，还增加了整个压电夹层的强度，使其不易在航天器发射过程中以及受到空间碎片的撞击后脱落或者失效。

Claims (3)

1.一种新型电磁屏蔽压电夹层，包括柔性电路板（1）、压电传感器（2）和SMA接口（3），其中，压电传感器（2）粘贴在柔性电路板（1）的一侧，其特征在于，所述的SMA接头（3）固定连接在柔性电路板（1）的另一侧，其固定连接位置的背面铺设绝缘膜（4）。

2.如权利要求1所述的新型电磁屏蔽压电夹层，其特征在于，所述的柔性电路板（1）由导线（5）、绝缘层（7）和电磁屏蔽层（8）组成，所述的压电传感器（2）的电极与柔性电路板（1）的焊盘（10）连接，并通过导线（5）与SMA接口（3）连接。

3.如权利要求2所述的新型电磁屏蔽压电夹层，其特征在于，所述的电磁屏蔽层（8）与压电传感器（2）对应的位置开设有压电传感器位置观察区。

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