CN206134733U - 超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置，包括顶紧螺栓、壳体、上压块、下压块和导向弹性支撑机构，顶紧螺栓下端抵靠在上压块上端面上，上压块下端面抵靠在下压块的上侧，下压块四角通过导向弹性支撑机构支撑在壳体的下边上。导向弹性支撑机构包括分别设置在下压块四角的导向孔、导向螺钉和弹簧。导向螺钉上端的光杆与下压块对应的导向孔间隙配合，导向螺钉下端拧入下边中，弹簧套在导向螺钉中部上，且位于下压块和下边之间。本实用新型结构简单，使用方便，提高了弛豫铁电单晶传感器的封装质量，提高了成品率，降低了的弛豫铁电单晶传感器的制造成本。

Description

超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于管道无损检测的单晶传感器，特别涉及一种单晶传感器封装的保压装置，属于无损检测技术领域。

背景技术

超声导波检测作为一种新兴的无损检测技术，已广泛运用于检测管道、铁轨、高速公路防撞护栏和铁轨等结构体中的缺陷。超声导波运用低频超声波对结构体进行检测，其衰减较小，因此可实现长距离检测；超声导波在结构体中的振动遍及结构体的整个截面，因此可对结构体进行全面检测。

超声导波的激励和接收在超声导波检测中尤为重要，能否激励出期望的导波模态直接关系到检测的可靠性。在试验室环境下可以运用压电晶片直接粘结在管道上进行缺陷检测，但此方法不适用于工程检测，因为压电晶片粘结在管道上以后无法取下，不能重复利用。因此，实际检测时需要对压电晶片进行封装，制作成传感器。

现有的超声波传感器封装方法为将压电元件固定在传感器外壳内，然后将环氧树脂胶水和软木粉或金属粉末混合后灌入外壳内。由于环氧树脂胶水在固化过程中会产生收缩现象，这必将使压电元件内部产生一定的压应力，降低了传感器的灵敏度。

中国实用新型专利CN201107299Y公开了一种高性能管道超声导波检测传感器，该专利公开了超声导波弛豫铁电单晶传感器的主要结构，其背衬层运用灌装的方式进行封装，一定程度上降低了传感器灵敏度。

中国实用新型专利CN101325824A公开说明书公开了一种超声波传感器的制造方法，该方法运用焊接的方法用导线把压电片的电极引到导电体上，焊接时必然伴随着对压电片进行一定程度加热，这会导致压电片一定程度的退极化，降低了压低片的压电常数，进而降低传感器的灵敏度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种操作简单，对人员技术要求较低，成本低，成品率高的超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：

一种超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置，包括顶紧螺栓、壳体、上压块、下压块和导向弹性支撑机构，所述壳体呈矩形，包括连接成一体的上边、下边和两个侧边，所述顶紧螺栓下端垂直拧入壳体的上边后抵靠在上压块上端面上，上压块下端面抵靠在下压块的上侧，下压块四角通过导向弹性支撑机构支撑在壳体的下边上；所述导向弹性支撑机构包括分别设置在下压块四角的导向孔、导向螺钉和弹簧；导向螺钉上端的光杆与下压块对应的导向孔间隙配合，导向螺钉下端拧入下边中，弹簧套在导向螺钉中部上，且位于下压块和下边之间。

本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

进一步的，其中所述导向螺钉上端的光杆垂直方向上刻有刻度；所述上压块呈T形，所述T形的上横边上侧设有与顶紧螺栓下端端头间隙配合的上压块沉孔。所述T形的垂直边的宽度与传感器宽度相同。

进一步的，其中所述下压块上侧设有放置传感器的下压块沉孔。

本实用新型采用顶紧螺栓和导向弹性支撑机构夹持粘接体的型式，通过上、下压块对封装的进行对压，并可通过导向螺钉上端光杆上的刻度设定保压力，结构简单，使用方便，提高了弛豫铁电单晶传感器的封装质量，降低了压电晶片在封装时产生的内应力，提高了弛豫铁电单晶传感器的灵敏度，提高了成品率，降低了的弛豫铁电单晶传感器的制造成本。

本实用新型的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明:

图1 是本实用新型保压装置的主视图；

图2 是图1的A-A剖视图；

图3是导向螺钉上端的光杆垂直方向上刻有刻度的放大示意图；

图4是匹配层和压电晶片组件与背衬层粘接后的立体图；

图5是匹配层和压电晶片组件、背衬层与外壳和同轴连接器的装配过程的立体图；

图6是弛豫铁电单晶传感器的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详述，所举实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

如图1～图3所示，本实施例的超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置1包括顶紧螺栓11、壳体12、上压块13、下压块14和导向弹性支撑机构15，壳体12呈矩形，包括连接成一体的上边121、下边122和两个侧边123，顶紧螺栓下11端垂直拧入壳体12的上边121后抵靠在上压块13上端面上，上压块13下端面抵靠在下压块14的上侧，下压块14四角通过导向弹性支撑机构15支撑在壳体的下边122上。下压块14上侧设有放置传感器的下压块沉孔141。

上压块13呈T形，所述T形的上横边131上侧设有与顶紧螺栓11下端端头间隙配合的上压块沉孔133，T形的垂直边132的宽度与传感器宽度相同。本实施例的下压块14的下部垂直边132的宽度为4mm，使得保压时被保压部件受力均匀。

导向弹性支撑机构15包括分别设置在下压块14四角的导向孔141、导向螺钉151和弹簧152，导向螺钉151上端的光杆151-1与下压块14对应的导向孔141间隙配合构成简易的导套导柱结构，导向螺钉151下端拧入下边122中，弹簧152套在导向螺钉151中部上，且位于下压块14和下边122之间。导向螺钉151上端的光杆151-1垂直方向上刻有刻度151-2，可以根据弹簧152的压缩量来计量弹簧152的受力。本实施例弹簧152的K值为0.5N/mm，设置10N保压力时弹簧152的压缩量为5mm。

如图4～图6所示，采用本实用新型对封装的弛豫铁电单晶传感器的保压过程如下：

1）粘结匹配层21和压电晶片22

将声阻抗接近碳钢管的不锈钢片作为匹配层21放置在工作台上，用环氧树脂胶均匀涂覆在匹配层21上，将压电晶片22的负极面与匹配层21粘结。压电晶片22采用长度伸缩型弛豫铁电单晶片，本实施例的压电晶片22尺寸为25mm×4mm×1mm，压电晶片22的正负电极面镀银，负极通过压电晶片224的侧面经过两次弯折引到压电晶片22的正面，引出的负极长度为3mm，正极面的实际长度为20mm，正负极之间的间距为2mm。

2）对匹配层21和压电晶片22组件加压并保压

将粘结后的匹配层21和压电晶片22组件的中心对准保压装置1的下压块沉孔141中心后放入到下压块沉孔141中；旋转顶紧螺栓11，使顶紧螺栓11推动上压块13压紧匹配层21和压电晶片22组件，下压块14压住弹簧152下沉，直至导向螺钉151上端的光杆151-1的刻度指示上压块13和下压块14对匹配层21和压电晶片22组件已有10N的压力，在此压力下常温保压12小时。

3）制备背衬层23

将环氧树脂胶、碳化硅和聚硫橡胶混合后浇灌到模具中制成长方体形的背衬层23，本实施例的背衬层外形为长方体形，其平尺寸为25mm×4mm×5mm。背衬层高度方向与水平方向相邻的两个面的中心向上分别开槽，槽的宽度为2mm，深度为0.2mm，用于嵌入电极铜箔。

4）正极铜箔24和负极铜箔25定位在压电晶片22上并与背衬层21粘接

将经过步骤2）加压和保压的匹配层21和压电晶片22组件水平放置在工作台上，使压电晶片22具有正负极的一面朝上；将垂直于匹配层21和压电晶片22组件纵向的正极铜箔24放置在压电晶片22的纵向中心，其中，正极铜箔24与压电晶片22正极面的重叠长度为3mm；接着将垂直于匹配层21和压电晶片22组件的负极铜箔25横向放置在压电晶片22横向一侧中心，负极铜箔25与压电晶片22负极面的重叠长度为3mm；然后将环氧树脂胶均匀涂覆在背衬层23的下面后将背衬层23粘结到压电晶片22上，此时正极铜箔24及负极铜箔25压在背衬层23和压电晶片22之间。

5）对匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23的粘接体加压并保压

先将粘结后的匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23的粘接体中心对准保压装置1的下压块沉孔141中心，再放入到下压块沉孔141中；旋转顶紧螺栓11，使顶紧螺栓11推动上压块13压紧匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23的粘接体，下压块14压住弹簧152下沉，直至导向螺钉151上端的光杆151-1的刻度指示上压块13和下压块14对匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23的粘接体已有10N的压力，在此压力下常温下保压12小时；

6）装配外壳26

先将正极导线27一端和负极导线28一端分别与对应的正极铜箔24上端和负极铜箔25上端焊连，然后将正极导线27和负极导线28从外壳26上部的圆孔261中引出。用环氧树脂胶均匀涂涂覆在背衬层23上部，然后将匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23的粘接体套进外壳26内，使得外壳26与粘接体粘接成一体。将绝缘漆均匀涂覆于正极铜箔24和负极铜箔25的外表面及其与正极导线27一端和负极导线28焊接点，静置30分钟至绝缘漆凝固。绝缘漆可以防止正极铜箔24和负极铜箔25同时与外壳26接通而发生短路。焊接温度为240℃，焊锡丝选用0.5mm无铅焊锡丝。

7）对匹配层21和压电晶片22组件、背衬层23和外壳26的粘接体加压并保压

将粘结后的匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23、外壳26的粘接体中心对准保压装置1的下压块沉孔141中心后放入到下压块沉孔141中；旋转顶紧螺栓11，使顶紧螺栓11推动上压块13压紧匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23、外壳26的粘接体，下压块14压住弹簧152下沉，直至导向螺钉151上端的光杆151的刻度指示上压块13和下压块14对匹配层21和压电晶片22组件与背衬层23、外壳26的粘接体已有10N的压力，在此压力下常温下保压12小时。

8）装配同轴连接器29

先将正极导线27另一端与同轴连接器29中的中间针脚焊连，再将负极导线28另一端与同轴连接器29的边缘针脚焊连，用环氧树脂胶均匀涂覆在同轴连接器28的外表面，然后将同轴连接器29装配到外壳26上部的圆孔261中，使同轴连接器29上端面与外壳26上端面保持平齐。

9）对匹配层21和压电晶片22组件、背衬层23和装有同轴连接器29的外壳26粘接体加压并保压

将粘结后的匹配层21和压电晶片22组件、背衬层23和装有同轴连接器29的外壳26粘接体的中心对准保压装置1的下压块沉孔141中心后放入到下压块沉孔141中；旋转顶紧螺栓11，使顶紧螺栓11推动上压块13压紧匹配层21和压电晶片22组件、背衬层23和装有同轴连接器29的外壳26的粘接体，下压块14压住弹簧152下沉，直至导向螺钉151上端的光杆151-1的刻度指示上压块13和下压块14对匹配层和压电晶片22组件与背衬层23、装有同轴连接器29的外壳26的粘接体已有10N的压力，在此压力下常温下保压12小时。

10）粘结挡片30

选用有机玻璃板作为挡片30，将环氧树脂胶均匀涂覆在挡片30一侧面上，然后在匹配层21和压电晶片22组件、背衬层23和装有同轴连接器29的外壳26的粘接体的纵向两端端面各粘接一片挡片30；将匹配层21和压电晶片22组件、背衬层和装有同轴连接器29的外壳26的粘接体在常温下静置12小时，使环氧树脂胶完全固化，完成超声导波弛豫铁电单晶传感器的封装。挡片起到固定背衬层23、压电晶片22和匹配层21的作用，并保护压电晶片22免受外界机械力损坏或者化学腐蚀。本实施例挡片30的尺寸为4mm×1mm×6mm。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置，其特征在于，包括顶紧螺栓、壳体、上压块、下压块和导向弹性支撑机构，所述壳体呈矩形，包括连接成一体的上边、下边和两个侧边，所述顶紧螺栓下端垂直拧入壳体的上边后抵靠在上压块上端面上，上压块下端面抵靠在下压块的上侧，下压块四角通过导向弹性支撑机构支撑在壳体的下边上；所述导向弹性支撑机构包括分别设置在下压块四角的导向孔、导向螺钉和弹簧；导向螺钉上端的光杆与下压块对应的导向孔间隙配合，导向螺钉下端拧入下边中，弹簧套在导向螺钉中部上，且位于下压块和下边之间。

2.如权利要求1所述的超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置，其特征在于，所述导向螺钉上端的光杆垂直方向上刻有刻度。

3.如权利要求1所述的超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置，其特征在于，所述上压块呈T形，所述T形的上横边上侧设有与顶紧螺栓下端端头间隙配合的上压块沉孔。

4.如权利要求3所述的超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置，其特征在于，所述T形的垂直边的宽度与传感器宽度相同。

5.如权利要求1所述的超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置，其特征在于，所述下压块上侧设有放置传感器的下压块沉孔。