CN111216294B - 一种传感器封装保护方法、模具及传感器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种传感器封装保护方法、模具及传感器，在传感器外侧沿轴向设置若干垫片支架；将设置垫片支架的传感器外侧套设有至少一层保护套管；传感器的两端分别设置中间设有孔洞的帽塞，且帽塞侧面设置有封装材料注入孔和/或流出孔，所述帽塞能够与位于内层的保护套管端部连接并实现封堵；由注入孔注入粘流态封装材料，并固化成型，完成传感器封装；完成封装后，拆除两端帽塞和保护套管即可。本公开可以避免传感器服役过程中各方向受力不均匀的情况，同时有效避免导线四周薄弱的弊端。

Description

一种传感器封装保护方法、模具及传感器

技术领域

本公开属于传感器封装保护技术领域，具体涉及一种传感器封装保护方法、模具及传感器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

各种复杂的现代化项目，都离不开各式各样的传感器。传感器的应用早已渗透到工业生产、海洋探测、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等极其之泛的领域。近年来，复合材料的发展为解决上述传统应变传感器失活率高的局限性提供了一个新的思路。复合机敏材料是一种对自身所受力、变形、温度、湿度等外界因素作用具有自我感知能力的新型功能材料，通过将外界因素与复合机敏材料输出的电信号建立一定相关性，进而获取被测量结构与材料的变形、受力等相关力学信息。但复合材料基传感器在应用过程中根据其所应用的环境而有所受限，如在土木工程领域监测过程中，恶劣的施工、工作环境使得普通复合机敏材料基传感器的存活率、存活周期大打折扣；加之传感器所处环境的温度、湿度等变化较大，对其信号监测的准确度也带来了较大的影响。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种传感器封装保护方法、模具及传感器，本公开可以避免传感器服役过程中各方向受力不均匀的情况，同时有效避免导线四周薄弱的弊端。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种传感器封装保护方法，包括以下步骤：

在传感器外侧沿轴向设置若干垫片支架；

将设置垫片支架的传感器外侧套设有至少一层保护套管；

传感器的两端分别设置中间设有孔洞的帽塞，且帽塞侧面设置有封装材料注入孔和/或流出孔，所述帽塞能够与位于内层的保护套管端部连接并实现封堵；

由注入孔注入粘流态封装材料，并固化成型，完成传感器封装。

完成封装后，拆除两端帽塞和保护套管即可。

上述方案借助于支架、保护套管形成的模具，使传感器整体以及其两端电极导线的一部分密封于封装材料之内，从而确保传感器本身完全隔绝外部环境的水分影响。封装材料优良的水密性、气密性杜绝了传感器服役过程中受到外部恶劣环境侵蚀，解决了传感器存活率低、存活周期短、接收电信号漂移，测量精度达不到理想状态的问题。

作为可选择的实施方式，所述垫片支架的材质与封装材料的材质相同。

作为可选择的实施方式，所述垫片支架包括多个，沿传感器主体轴向方向均匀分布。

作为可选择的实施方式，所述垫片支架为弧形，与传感器的外表面相契合，不同位置的垫片支架设置方向不同。

作为可选择的实施方式，所述垫片支架的厚度为1.00mm-30.00mm。

作为可选择的实施方式，所述保护套管包括两层，为同轴设置的成型固定外管与成型内管。

成型固定外管具有与成型内管相配合实现成型内管稳定的作用。成型固定内管主要用于保证封装层结构的厚度均匀及封装材料固化成型，其与封装材料之间的粘附性较差；成型固定外管材质较硬，形状与成型固定内管相一致，尺寸相互配合，从而起到定型互补作用。

作为可选择的实施方式，所述成型内管为硅橡胶软管、有机玻璃中的一种，成型内管与封装材料的表面不亲性可以保证成型后的导电材料表面光滑圆润，平整度极高，成型后易拆模。

作为可选择的实施方式，所述成型固定外管材质为有机玻璃、玻璃、不锈钢管的一种。

作为可选择的实施方式，所述成型固定外管的内径范围为4mm-500mm，所述成型内管外径和成型固定外管内径之间的间隙长度为0.05mm-10.0mm。间隙距离过大不能保证成型后封装件的外部结构特征，间隙距离过小造成内外管组装或脱模时的困难性。

作为可选择的实施方式，所述帽塞的材质为聚乙烯、环氧板、聚四氟乙烯、尼龙、聚醚醚酮PPEK中的一种。帽塞应具有一定的强度，防止变形。帽塞的设计有助于调整两端封装厚度的大小，控制两端封装导线的长度，从而防止水蒸气沿着封装材料与电极导线直接的薄弱接触面进入封装层内部。

作为可选择的实施方式，所述封装材料采用环氧树脂、丁基橡胶、硅丁基橡胶的一种。

作为可选择的实施方式，注入封装材料时，由底端注入孔注入粘流态封装材料，或流出孔连接抽真空装置进行负压引流的方式在注入孔吸入粘流态封装材料。

作为可选择的实施方式，浇注封装材料后，置于常温条件下24-72h使其固化成型，再置于80～150℃高温环境中维持一定时间，使其完全固化。

一种传感器封装保护模具，包括上端帽塞、成型内管、底端帽塞和若干垫片支架，所述底端帽塞和上端帽塞分别与成型内管的两端连接，底端帽塞、上端帽塞中心轴开通孔，以引出传感器两端导线；底端帽塞和上端帽塞的侧壁分别设置注入孔或流出孔；

成型内管内表面通过若干垫片支架与传感器外表面线接触。

一种传感器，采用上述封装保护方法进行封装。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开在传感器圆周设置有若干垫片支架，且垫片支架沿传感器轴向设置，能够保证传感器所在位置为成型内管的正轴心位置，确保了封装层厚度的均匀性。

本公开利用若干垫片支架和成型内管的配合，在传感器外沿设置一空腔，保证封装的复合材料传感器表面光滑平整，封装层厚度均匀，避免了传感器服役过程中各方向受力不均匀的情况。

本公开利用帽塞，保证传感器端头部分预留空间，可以有效避免导线四周薄弱的弊端。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为用于复合材料传感器封装保护方法的封装模具结构示意图；

图2为用于复合材料传感器预贴成型半圆弧垫片支架的结构示意图。

其中，1.传感器上端导线，2.上端帽塞，3.封装材料流出孔，4.三等分点上端垫片支架，5.传感器主体，6.成型内管，7.中间点垫片支架，8.成型固定外管，9.三等分点下端垫片支架，10.注入孔，11.下端帽塞，12.传感器下端导线。

图3为采用本方法制造材料封装实物图，其中内部黑色部分a为复合材料传感器本身，b为传感器外部的封装层。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

由图1所示为本实施例中用于复合材料传感器封装保护方法的封装模具，封装模具包括：上端帽塞2、封装材料流出孔3、成型内管6、成型固定外管8、注入孔10、底端帽塞11。

成型固定外管8与成型内管6同轴设置，成型内管6的两端伸出成型固定外管8，底端帽塞11和上端帽塞2分别与成型内管6的两端连接，底端帽塞11、上端帽塞2中心轴开通孔引出传感器两端导线1或12。底端帽塞11和上端帽塞2的侧壁分别设置注入孔10或流出孔3。本实施例借助于模具使传感器整体以及其两端电极导线的一部分密封于封装材料之内，从而确保传感器本身完全隔绝外部环境的水分影响。封装材料优良的水密性、气密性杜绝了传感器服役过程中受到外部恶劣环境侵蚀，解决了传感器存活率低、存活周期短、接收电信号漂移，测量精度达不到理想状态的问题。

在一些实施例中，预贴垫片支架的成型材料选择与封装材料完全相同的材料，垫片成型装置由上部凸半圆平板、下部凹半圆平板、封装材料注入孔、流出孔组成，上下板组合构成半圆弧垫片的成型空腔，空腔的厚度范围为1.00mm-30.00mm。

在一些实施例中，封装材料成型装置由成型固定外管、成型内管、底端帽塞、上端帽塞组成，成型固定外管与成型内管同轴设置。成型固定外管具有与成型内管相配合实现成型内管稳定的作用。成型固定内管主要用于保证封装层结构的厚度均匀及封装材料固化成型，其与封装材料之间的粘附性较差；成型固定外管材质较硬，形状与成型固定内管相一致，尺寸相互配合，从而起到定型互补作用。

在一些实施例中，成型内管为硅橡胶软管、有机玻璃中的一种，成型内管与封装材料的表面不亲性可以保证成型后的导电材料表面光滑圆润，平整度极高，成型后易拆模。

在一些实施例中，成型固定外管材质为有机玻璃、玻璃、不锈钢管的一种。

在一些实施例中，成型固定外管的内径范围为4mm-500mm，成型内管外径和成型固定外管内径之间的间隙长度为0.05mm-10.0mm。间隙距离过大不能保证成型后封装件的外部结构特征，间隙距离过小造成内外管组装或脱模时的困难性。

在一些实施例中，帽塞材质为聚乙烯、环氧板、聚四氟乙烯、尼龙、聚醚醚酮PPEK中的一种。帽塞应具有一定的强度，防止变形。帽塞的设计有助于调整两端封装厚度的大小，控制两端封装导线的长度，从而防止水蒸气沿着封装材料与电极导线直接的薄弱接触面进入封装层内部。

在一些实施例中，封装材料采用环氧树脂、丁基橡胶、硅丁基橡胶的一种。

组装封装模具和内置带电极传感器的方法为：将预贴好垫片的带电极传感器放入成型内管；将装配好的成型内管与传感器套入成型固定外管；将传感器两端伸出的外露电极导线穿过帽塞的中心轴通孔，并将两端帽塞堵在成型内管端头。

粘流态封装材料注入成型的方法为：直接由底端注入孔注入粘流态封装材料，或流出孔连接抽真空装置进行负压引流的方式在注入孔吸入粘流态封装材料。

封装件固化成型的方法为：浇注封装材料后的模具置于常温条件下24-72h使其固化成型，再将封装模具置于高温中维持一定时间，使其完全固化。

封装材料固化后模具脱除方法为：待样品固化后，移除成型外管，然后缓慢脱除两端帽塞。最后将成型内管剥离。

帽塞中心轴通孔尺寸可以根据待封装传感器两端导线的直径进行设计，中心轴导线引出通孔的直径为5mm。成型内管内径为30mm。

从本实施例的制造装置的结构可知，成型内管的内径可变，封装注胶材料可变，所以根据具体的使用情况，可以选择不同的封装材料和不同内径的成型内管，从而实现封装不同尺寸的复合材料传感器。

如图2所示，预贴垫片支架的传感器内置于成型内管之内时传感器所在位置为成型内管的正轴心位置，确保了封装层厚度的均匀性。

从图3可以看到，本实施例封装的复合材料传感器表面光滑平整，封装层厚度均匀，避免了传感器服役过程中各方向受力不均匀的情况。并且传感器端头部分预留的超封装层可以有效避免导线四周薄弱的弊端。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (13)

1.一种传感器封装保护方法，其特征是：包括以下步骤：

在传感器外侧沿轴向设置若干垫片支架；

将设置垫片支架的传感器外侧套设有至少一层保护套管；

传感器的两端分别设置中间设有孔洞的帽塞，且帽塞侧面一端设置封装材料注入孔，另一端设置封装材料流出孔，所述帽塞能够与位于内层的保护套管端部连接并实现封堵；

由注入孔注入粘流态封装材料，并固化成型，完成传感器封装；

所述保护套管包括两层，为同轴设置的成型固定外管与成型内管；

所述成型固定外管的内径范围为4mm-500mm，所述成型内管外径和成型固定外管内径之间的间隙长度为0.05mm-10.0mm。

2.如权利要求1所述的一种传感器封装保护方法，其特征是：所述垫片支架的材质与封装材料的材质相同。

3.如权利要求1所述的一种传感器封装保护方法，其特征是：

所述垫片支架包括多个，沿传感器主体轴向方向均匀分布。

4.如权利要求1所述的一种传感器封装保护方法，其特征是：

所述垫片支架为弧形，与传感器的外表面相契合，不同位置的垫片支架设置方向不同。

5.如权利要求1所述的一种传感器封装保护方法，其特征是：

所述垫片支架的厚度为1.00mm-30.00mm。

6.如权利要求1所述的一种传感器封装保护方法，其特征是：所述成型内管为硅橡胶软管、有机玻璃中的一种。

7.如权利要求1所述的一种传感器封装保护方法，其特征是：所述成型固定外管材质为有机玻璃、玻璃、不锈钢管的一种。

8.如权利要求1所述的一种传感器封装保护方法，其特征是：所述帽塞的材质为聚乙烯、环氧板、聚四氟乙烯、尼龙、聚醚醚酮PPEK中的一种。

9.如权利要求1所述的一种传感器封装保护方法，其特征是：

所述封装材料采用环氧树脂、丁基橡胶、硅丁基橡胶的一种。

10.如权利要求1所述的一种传感器封装保护方法，其特征是：注入封装材料时，由封装材料注入孔注入粘流态封装材料，或流出孔连接抽真空装置进行负压引流的方式在注入孔吸入粘流态封装材料。

11.如权利要求1所述的一种传感器封装保护方法，其特征是：浇注封装材料后，置于常温条件下24-72h使其固化成型，再置于80~150℃中维持一定时间，使其完全固化。

12.一种传感器封装保护模具，其特征是：包括上端帽塞、保护套管、底端帽塞和若干垫片支架，所述保护套管包括两层，为同轴设置的成型固定外管与成型内管；所述底端帽塞和上端帽塞分别与成型内管的两端连接，底端帽塞、上端帽塞中心轴开通孔，以引出传感器两端导线；底端帽塞的侧壁设置注入孔，上端帽塞的侧壁设置流出孔；

成型内管内表面通过若干垫片支架与传感器外表面线接触；

所述成型固定外管的内径范围为4mm-500mm，所述成型内管外径和成型固定外管内径之间的间隙长度为0.05mm-10.0mm。

13.一种传感器，其特征是：采用权利要求1-11中任一项所述的封装保护方法进行封装。

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