CN103728656B - 一种pind检测设备用合成传感器 - Google Patents

Abstract

一种PIND检测设备用合成传感器，它涉及一种合成传感器。本发明为了解决现有多余物检测试验效率低、效果差，声发射传感器寿命短，电磁屏蔽线易损坏等问题。其包括声发射敏感元件、敏感件腔体、耦合载物台、质量块、加速度敏感元件、固定底盖、连接件、柔性电路板、接线柱固定台和接线柱固定座；声发射敏感元件粘贴在耦合载物台的背面且位于敏感件腔体内部，敏感件腔体与耦合载物台为一体成形，连接件将固定底盖和柔性电路板的一端紧固在敏感件腔体上，接线柱与柔性电路板的另一端焊接。本发明用于PIND检测设备。

Description

一种PIND检测设备用合成传感器

技术领域

本发明属于PIND检测技术领域，特别涉及一种PIND检测设备用合成传感器。

背景技术

PIND(微粒碰撞噪声检测技术)检测设备是基于微粒碰撞噪声检测技术，用于航空航天、国防电子等领域，对电子元器件、电子设备等进行多余物微粒检测、判别的设备。由于受国内机械、材料的制造工艺，加工、组装的生产水平等影响，电子元器件或集成电路腔体内容易存留一些导线碎屑、金属颗粒、毛发等多余物，这使得整个电子系统存在着严重的安全隐患。PIND检测设备可以高效、快速、方便的对电子元器件腔体进行多余物检测，又因其具有成本低、灵敏度高等优点而被广泛应用。

PIND检测设备通常由振动台、传感器和自动检测系统三部分组成。其中，传感器包含加速度传感器和声发射传感器。加速度传感器用于检测振动台电枢沿垂直轴的直线振动，声发射传感器用于检测多余物微粒碰撞待测器件壁而产生的声发射应力波。如图14所示，为方便测试进行，一般将声发射传感器、加速度传感器和待测器件粘贴在传感器卡具上，再将传感器卡具用螺纹固定在振动台电枢顶面。因此，每进行一次多余物检测，需进行以下步骤：

1、将加速度传感器粘贴在传感器卡具上的合适位置，一般为边缘位置，为待测件挪出中心位置；

2、将待测件粘贴在传感器卡具上的中心位置，方便更好的接收振动台振动能量；

3、在传感器卡具的适当位置粘贴声发射传感器。

此方式存在以下不足：(1)由于电枢顶面不平，在相同振动条件下不同区域的振动强度不同，而加速度传感器粘贴于边缘位置，并且粘贴位置具有随机性，每个位置的系统误差不同，使得试验数据不准确。(2)每次测试，都需要将待测器件和传感器粘贴在传感器卡具上，工作效率低，而且很容易发生由于粘贴不当引起的待测件掉落、传感器损坏等问题。(3)由于声发射传感器经常性的粘贴，很容易造成传感器耦合面的破坏，降低使用寿命。(4)多余物碰撞器件壁产生的声发射波经过待测器件壁、传感器卡具载物台和声发射传感器耦合面才最终传递给声发射敏感元件，使得声发射波传递能量损失大，传递效率低。(5)在试验进行中，加速度传感器和声发射传感器的屏蔽线会随振动台振动而振动，长此以往，对屏蔽线的造成损伤，引入噪音，甚至导致屏蔽线断裂。(6)加速度传感器和声发射传感器分开使用，增加了PIND检测试验的容量和难度，降低了试验效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有多余物检测试验效率低、效果差、声发射传感器寿命短、电磁屏蔽线易损坏等问题，进而提供一种固定在卡具内、易于接收加速度信号和声发射波、同时具有加速度传感器和声发射传感器功能、灵敏度高的合成传感器。

本发明的技术方案是：一种PIND检测设备用合成传感器，包括声发射敏感元件、敏感件腔体、耦合载物台、质量块、加速度敏感元件、固定底盖、连接件、柔性电路板、接线柱固定台和接线柱固定座；声发射敏感元件粘贴在耦合载物台的背面且位于敏感件腔体内部，敏感件腔体与耦合载物台为一体成形，连接件将固定底盖和柔性电路板的一端紧固在敏感件腔体上，接线柱固定座与柔性电路板的另一端焊接，接线柱固定座和柔性电路板固定在接线柱固定台上，加速度敏感元件和质量块固定在固定底盖上，质量块在加速度敏感元件上部，固定底盖底部设有用于固定合成传感器的螺纹孔；声发射敏感元件通过导线与柔性电路板相连以传导输出信号，导线穿过敏感件腔体的开孔；声发射敏感元件通过导线二与加速度敏感元件信号输出端相连以传导输出信号；加速度敏感元件通过导线与柔性电路板相连以传导输出信号，导线穿过固定底盖的开孔。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、通过敏感件腔体和固定底盖，将声发射敏感元件和加速度敏感元件集中在一个腔体内，同时实现了声发射传感器和加速度传感器功能，减少了试验容量和难度，单次检测时间缩短了3分钟。

2、通过固定底盖底面的螺纹，将合成传感器信号采集部分牢靠的固定在振动台的中心位置，使得加速度敏感元件能最大程度的接收振动台的振动能量，以完成信号采集任务。

3、声发射敏感元件由软质橡胶固定在敏感件腔体内，和耦合载物台组合构成一个声发射传感器，省去了粘贴声发射传感器的流程，减小了试验强度，提高了声发射传感器的使用寿命。传感器使用寿命，在正常情况下可以达到4-5年，但由于多次的粘贴而发生的偶然事件(例如磕碰、掉落等)，使其寿命降到1年以内。而本发明省去了上述粘贴流程，通过固定传感器，使得偶然事件发生概率降低，从而可达到正常传感器的使用寿命。

4、由于耦合载物台的设计，只需将待测件粘贴在耦合载物台的正面就能完成待测件与声发射传感器的接触，达到可试验状态，转变了试验测试思路，避免了声发射传感器的损坏与噪声的引入。

5、声发射敏感元件粘贴在耦合载物台背面的中心位置，是声发射波接收的最佳位置，有选择性的将待测件放置在耦合载物台的中心位置将有利于信号的采集。

6、由于采用柔性电路板连接敏感元件和接线柱，敏感元件随振动台电枢一起振动而接线柱与电枢振动无关，使得接线柱所接高频屏蔽线避免了振动，增加了高频屏蔽线的使用寿命，保证了其稳定性；而柔性电路板柔软耐用，保证了合成传感器数据传输的稳定性与精确度。接线柱与敏感元件间用SMA头连接，机械寿命为1万次以上；柔性电路板的机械寿命可达到7-20万次，使用寿命得到提高。

附图说明

图1是本发明PIND检测设备用合成传感器的总装剖视图；图2是柔性电路板的结构图；图3是声发射敏感元件及其载体结构的剖视图；图4是敏感件腔体与固定底盖连接部分的俯视图；图5是固定底盖侧面的侧视图；图6是固定底盖的剖视图；图7是固定底盖的俯视图；图8是接线柱固定座的剖视图；图9是接线柱固定座的正视图；图10是连接件的剖视图；图11是接线柱固定台的剖视图；图12是接线柱固定台的正视图；图13是本发明PIND检测设备用合成传感器的使用简化示意图；图14是现有技术中PIND检测设备用合成传感器的卡具使用简图。

本发明装置中各部件名称以及标号如下：

声发射敏感元件1、敏感件腔体2、耦合载物台3、圆管柱体4、固定螺钉5、质量块6、加速度敏感元件7、正六边形柱体8、固定底盖9、连接件10、柔性电路板11、接线柱固定台12、接线柱固定座13、橡胶件16、扁圆柱体23、导线二24、通孔一29、通孔二30、通孔三31、螺纹孔一33、螺纹孔二34、螺纹孔三35、螺纹孔四37、空腔40、螺钉孔47、螺钉孔二49、螺钉孔三51、螺钉孔四52、空腔53、螺钉孔五54、输出端55、输入端57、加速度传感器70、待测器件71、多余物72、振动台73、声发射传感器74、合成传感器信号采集部分75、合成传感器信号输出部分76、接线柱77、待测器件79、传感器卡具81、振动台82、台阶面83、凹槽84。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图12说明本实施方式，本实施方式包括一种PIND检测设备用合成传感器，该合成传感器包括声发射敏感元件1、敏感件腔体2、耦合载物台3、质量块6、加速度敏感元件7、固定底盖9、连接件10、柔性电路板11、接线柱固定台12和接线柱固定座13；声发射敏感元件1粘贴在耦合载物台3的背面且位于敏感件腔体2内部，敏感件腔体2与耦合载物台3为一体成形，连接件10将固定底盖9和柔性电路板11的一端紧固在敏感件腔体2上，接线柱固定座13与柔性电路板11的另一端焊接，接线柱固定座13和柔性电路板11固定在接线柱固定台12上，加速度敏感元件7和质量块6固定在固定底盖9上，质量块6在加速度敏感元件7上部，固定底盖9底部设有用于固定合成传感器的螺纹孔；声发射敏感元件1通过导线与柔性电路板11相连以传导输出信号，导线穿过敏感件腔体2的开孔；声发射敏感元件1通过导线二24与加速度敏感元件7信号输出端相连以传导输出信号；加速度敏感元件7通过导线与柔性电路板11相连以传导输出信号，导线穿过固定底盖9的开孔。

如图1所示，将本发明的合成传感器固定于振动台上，进行试验时合成传感器固定不动，只需对待测元器件进行粘贴测试，提高了检测效率，提高了传感器的使用寿命和减小了噪声引入的途径。合成传感器将声发射敏感元件1和加速度敏感元件7集成在敏感件腔体2内，同时具有声发射传感器和加速度传感器的功能，提高了试验效率。合成传感器在结构上将声发射敏感元件和加速度敏感元件固定于振动台的中心轴上，提高了检测效果和效率。合成传感器应用柔性电路板传输声发射信号和加速度信号，提高了电磁屏蔽线和所述合成传感器的使用寿命。

声发射敏感元件1的一面电极用橡胶件粘贴在敏感件腔体2内耦合载物台3的背面。一方面防止所述声发射敏感元件松动脱落，另一方面防止粘胶过软对声发射波起到阻尼作用；声发射敏感元件1的另一面电极分别焊接导线一18和导线二24，导线优选为单股细导线。橡胶件的材料采用软质橡胶，具有质轻、柔软、有弹性等特点，具有防震、防冲击、绝缘、隔热等作用。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，所述声发射敏感元件1的材质为压电陶瓷且通过橡胶件16与耦合载物台3相粘贴，压电陶瓷为圆柱形，所述压电陶瓷的电极的材质为银，所述加速度敏感元件7的材质为压电陶瓷。。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的所述柔性电路板11的输入端57为圆盘状且中心设有孔，柔性电路板11的输出端55为长方形且两端设有孔。柔性电路板11的输入端57为圆盘状且中心有孔，用于内六角螺钉通过，孔外围设有三个焊盘，分别用于连接载有声发射信号、加速度信号和地信号的导线；柔性电路板11的输出端55为长方形且两端有孔，用于螺钉固定用，孔中间部分设有五个焊盘，分别用于连接载有声发射信号、加速度信号和地信号的导线。柔性电路板11的材料优选柔软、有韧性的、耐冲击，能良好导电、确保稳定性的材料，确保在振动台振动和冲击的情况下能可靠连接和导电。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图5、图6和图7说明本实施方式，本实施方式的所述固定底盖9为正六边形柱体且中心处分别设有螺纹孔一33和螺纹孔二34，所述固定底盖9的侧壁沿垂直于固定底盖9的侧壁方向开设有通孔一29、通孔二30和通孔三31。螺纹孔一33结合固定螺钉将质量块6和加速度敏感元件7固定在固定底盖9上，螺纹孔二34用于将合成传感器信号采集结构固定在振动台上。固定底盖9的侧面还开有通孔一29、通孔二30和通孔三31。通孔一29用来固定连接件和柔性电路板；通孔二30和通孔三31便于加速度敏感元件信号输出导线的内外连通。固定底盖9在正面加工去除一个外直径20.5mm、内直径10mm、高度8mm、共中心线的柱体，便于加速度敏感元件的安装，减轻机械的重量。固定底盖9的材料优选为不锈钢材料。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图10说明本实施方式，本实施方式的所述连接件10呈锥形且中间开有螺钉孔47。连接件10的作用是将柔性电路板11固定在固定底盖9上。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图11和图12说明本实施方式，本实施方式的所述接线柱固定台12的上半部分设有一台阶面83，用于放置接线柱并固定；所述接线柱固定台12的下半部分设有一凹槽84，可结合正面的紧定螺钉，将接线柱固定台12固定在振动台上。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式的所述接线柱固定座13的形状为长方体，其上端设有两个螺纹孔三35，所述接线柱固定座13的底端设有两个螺纹孔四37，接线柱固定座13上位于两个螺纹孔四37之间设有一空腔40。两个螺纹孔三35用于固定接线柱，两个螺纹孔四37用于将接线柱固定座13固定在接线柱固定台12上，空腔40用于提供接线柱与柔性电路板11连接的空间。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的敏感件腔体2与耦合载物台3为一体成形的金属构件。固定底盖9和金属结构的底部凸起扣合，然后用胶粘的方式将两部分结合在一起。金属结构材料为铝合金。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述耦合载物台3包括一扁圆柱体23、一圆管柱体4和一正六边形柱体8，耦合载物台3的顶层部分为扁圆柱体23，耦合载物台3的中间部分为圆管柱体4，耦合载物台3的底层部分为正六边形柱体8且均共中心线。在正六边形柱体8一个侧面开有一个小孔，便于导线穿过，传导信号。扁圆柱体23与圆管柱体4在连接处为圆角连接，圆管柱体4与正六边柱体8在连接处为倒角连接。圆管柱体4外径稍小于扁圆柱体23的半径，大于扁圆柱体23的直径的1/3，正六边形柱体8的对边距离等于或稍大于扁圆柱体23的半径。其它组成和连接关系与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述圆管柱体4的内腔深入所述扁圆柱体23内部且圆管柱体4深入所述扁圆柱体23内部的深度为2-3mm，所述正六边形柱体8的上下底面为正六边形，正六边形柱体8底面位于圆管柱体4底面上部且与圆管柱体4相距2-3mm。所述圆管柱体4的内腔深入扁圆柱体23内部的深度为2-3mm，可减少声发射敏感元件1到耦合载物台3的厚度，减少声发射波传播距离，减少能量损失，有利于信号的采集。所述正六边形柱体8的上下底面为正六边形，正六边形柱体8底面位于圆管柱体4底面上部且相距2-3mm，这样有利于声发射敏感元件1。其它组成和连接关系与具体实施方式九相同。

本发明PIND检测设备用合成传感器的原理如下：

结合图1和图13，本发明一种PIND检测设备用合成传感器，其功能上由声发射传感器74、加速度传感器70和信号输出部分76组成。

其中，声发射传感器74由声发射敏感元件1、敏感件腔体2、耦合载物台3、导线和橡胶件16组成；加速度传感器由加速度敏感元件7、固定底盖9、质量块6、固定螺钉5和分别穿过穿过通孔一29和通孔二31的导线组成。信号输出部分76由接线柱固定座13和接线柱固定台12组成。

进行PIND检测试验时，合成传感器75通过螺纹孔二34固定在振动台73上，待测器件71粘贴在耦合载物台3上。振动台启动后，按一定方式振动，带动合成传感器信号采集部分75沿垂直轴振动，从而带动待测器件71振动。当振动台73的激励足够大时，待测器件71内的多余物72被激活，碰撞器件壁产生声发射波。声发射传感器74采集相应声发射波，由声发射敏感元件1将力学信号转变为电荷信号，然后通过导线传输给柔性电路板11。加速度传感器70采集振动台73上电枢的振动信号，并转变为电荷信号传输给柔性电路板11。柔性电路板11将声发射信号和加速度信号传输给接线柱77。信号经由接线柱77传输给PIND自动检测系统，来对多余物微粒进行判别和对振动台施加的激励进行控制。

结合合成传感器75相应军标的规定以及现役PIND检测设备的现状，确定本实施方式的主要技术指标如下：

1)声发射传感器74峰值灵敏度为60dB-70dB

2)声发射传感器74峰值频率范围为145KHz-155KHz

3)加速度传感器70参考灵敏度1.87pC/g-2.33pC/g

4)加速度传感器70频率范围0.5-10000Hz

5)加速度传感器70最大允许加速度20000m/s2

以上可通过声发射敏感元1件和加速度敏感元件7的形状、尺寸、材质及其安装方法实现上述技术指标。

结合图13和图14，在方式上，将原来的分开独立的声发射传感器74和加速度传感器70，合成到一个机械机构中；在方式上将两个传感器安装在振动台73的电枢的中心轴上，使加速度传感器70最大程度的接收振动台73能量，提高了检测效果；在方式上应用柔性电路板11输出声发射信号和加速度信号，提高了电磁屏蔽线和所述合成传感器的使用寿命；在方式上将所述合成传感器75固定，将待测器件71粘贴在传感器上，提高了检测效率，提高了传感器的使用寿命和减小了噪声引入的途径。

上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种PIND检测设备用合成传感器，其特征在于，包括声发射敏感元件(1)、敏感件腔体(2)、耦合载物台(3)、质量块(6)、加速度敏感元件(7)、固定底盖(9)、连接件(10)、柔性电路板(11)、接线柱固定台(12)和接线柱固定座(13)；声发射敏感元件(1)粘贴在耦合载物台(3)的背面且位于敏感件腔体(2)内部，敏感件腔体(2)与耦合载物台(3)为一体成形，连接件(10)将固定底盖(9)和柔性电路板(11)的一端紧固在敏感件腔体(2)上，接线柱固定座(13)与柔性电路板(11)的另一端焊接，接线柱固定座(13)和柔性电路板(11)固定在接线柱固定台(12)上，加速度敏感元件(7)和质量块(6)固定在固定底盖(9)上，质量块(6)设在加速度敏感元件(7)上部，固定底盖(9)底部设有用于固定合成传感器的螺纹孔；声发射敏感元件(1)通过导线与柔性电路板(11)相连以传导输出信号，导线穿过敏感件腔体(2)的开孔；声发射敏感元件(1)通过导线二(24)与加速度敏感元件(7)信号输出端相连以传导输出信号；加速度敏感元件(7)通过导线与柔性电路板(11)相连以传导输出信号，导线穿过固定底盖(9)的开孔。

2.根据权利要求1所述的PIND检测设备用合成传感器，其特征在于，所述声发射敏感元件(1)的材质为压电陶瓷且通过橡胶件(16)与耦合载物台(3)相粘贴，压电陶瓷为圆柱形，所述压电陶瓷的电极的材质为银，所述加速度敏感元件(7)的材质为压电陶瓷。

3.根据权利要求1所述的PIND检测设备用合成传感器，其特征在于，所述柔性电路板(11)的输入端(57)为圆盘状且中心设有孔，柔性电路板(11)的输出端(55)为长方形且两端设有孔。

4.根据权利要求1所述的PIND检测设备用合成传感器，其特征在于，所述固定底盖(9)为正六边形柱体且中心处分别设有螺纹孔一(33)和螺纹孔二(34)，所述固定底盖(9)的侧壁沿垂直于固定底盖(9)的侧壁方向开设有通孔一(29)、通孔二(30)和通孔三(31)。

5.根据权利要求1所述的PIND检测设备用合成传感器，其特征在于，所述连接件(10)呈锥形且中间开有螺钉孔(47)。

6.根据权利要求1所述的PIND检测设备用合成传感器，其特征在于，所述接线柱固定台(12)的上半部分设有一台阶面(83)，所述接线柱固定台(12)的下半部分设有一凹槽(84)。

7.根据权利要求1所述的PIND检测设备用合成传感器，其特征在于，所述接线柱固定座(13)的形状为长方体，其上端设有两个螺纹孔三(35)，所述接线柱固定座(13)的底端设有两个螺纹孔四(37)，接线柱固定座(13)上位于两个螺纹孔四(37)之间设有一空腔(40)。

8.根据权利要求1所述的PIND检测设备用合成传感器，其特征在于，敏感件腔体(2)与耦合载物台(3)为金属构件。

9.根据权利要求8所述的PIND检测设备用合成传感器，其特征在于，所述耦合载物台(3)包括一扁圆柱体(23)、一圆管柱体(4)和一正六边形柱体(8)，耦合载物台(3)的顶层部分为扁圆柱体(23)，耦合载物台(3)的中间部分为圆管柱体(4)，耦合载物台(3)的底层部分为正六边形柱体(8)且均共中心线。

10.根据权利要求9所述的PIND检测设备用合成传感器，其特征在于，所述圆管柱体(4)的内腔深入所述扁圆柱体(23)内部且圆管柱体(4)深入所述扁圆柱体(23)内部的深度为2-3mm，所述正六边形柱体(8)的上下底面为正六边形，正六边形柱体(8)底面位于圆管柱体(4)底面上部且与圆管柱体(4)相距2-3mm。