超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置及封装方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。使用保压装置的封装方法包括以下步骤：1）粘结匹配层和压电晶片，2）制备背衬层，3）正极铜箔和负极铜箔定位在压电晶片上并与背衬层粘接，4）装配外壳和同轴连接器，5）粘结挡片，在此过程中对各工序的半成品共进行四次加压和保压。本发明专利技术的保压装置结构简单，使用方便，提高了弛豫铁电单晶传感器的封装质量。本发明专利技术的封装方法提高了成品率，降低了的弛豫铁电单晶传感器的制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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，还涉及这种单晶传感器的封装方法，属于无损检测
技术背景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。中国技术专利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。中国专利技术专利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。
技术实现思路
本专利技术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及封装方法。本专利技术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。本专利技术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。一种使用超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置进行封装的方法，包括以下步骤：1）粘结配层和压电晶片将声阻抗接近碳钢管的不锈钢片作为匹配层放置在工作台上，用环氧树脂胶均匀涂覆在匹配层上，涂覆的环氧树脂胶水厚度小于0.1mm；将压电晶片的负极面与匹配层粘结；2）对匹配层和压电晶片组件加压并保压将粘结后的匹配层和压电晶片组件的中心对准保压装置的下压块沉孔中心后放入到下压块沉孔中，旋转顶紧螺栓，使顶紧螺栓推动上压块压紧匹配层和压电晶片组件，下压块压住弹簧下沉，直至导向螺钉上端的光杆的刻度指示上压块和下压块对匹配层和压电晶片组件已有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，4）正极铜箔和负极铜箔定位在压电晶片上并与背衬层粘接将经过步骤2）加压和保压的匹配层和压电晶片组件水平放置在工作台上，使压电晶片具有正负极的一面朝上；将垂直于匹配层和压电晶片组件纵向的正极铜箔放置在压电晶片的纵向中心，其中，正极铜箔与压电晶片正极面的重叠长度为3mm；接着将垂直于匹配层和压电晶片组件的负极铜箔横向的负极铜箔放置在压电晶片横向一侧中心，负极铜箔与压电晶片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的下面后将背衬层粘结到压电晶片上，此时正极铜箔及负极铜箔压在背衬层和压电晶片之间；5）对匹配层和压电晶片组件与背衬层的粘接体加压并保压将粘结后的匹配层、压电晶片组件和背衬层的粘接体中心对准保压装置的下压块沉孔中心后放入到下压块沉孔中，旋转顶紧螺栓，使顶紧螺栓推动上压块压紧匹配层和压电晶片组件与背衬层的粘接体，下压块压住弹簧下沉，直至导向螺钉上端的光杆的刻度指示上压块和下压块对匹配层和压电晶片组件与背衬层的粘接体已有10N的压力，在此压力下常温下保压12小时；6）装配外壳先将正极导线一端和负极导线一端分别与对应的正极铜箔上端和负极铜箔上端焊连，然后将正极导线和负极导线从外壳上部的圆孔中引出。用环氧树脂胶均匀涂涂覆在背衬层上部，然后将匹配层和压电晶片组件与背衬层的粘接体套进外壳内，使得外壳与粘接体粘接成一体；7）对匹配层、压电晶片组件、背衬层和外壳的粘接体加压并保压将粘结后的匹配层、压电晶片组件、背衬层和外壳的粘接体中心放入后到下压块沉孔中；旋转顶紧螺栓，使顶紧螺栓推动上压块压紧匹配层、压电晶片组件、背衬层和外壳的粘接体，下压块压住弹簧下沉，直至导向螺钉上端的光杆的刻度指示上压块和下压块对匹配层、压电晶片组件、背衬层和外壳的粘接体已有10N的压力，在此压力下常温下保压12小时；8）装配同轴连接器先将正极导线另一端与同轴连接器中的中间针脚焊连，再将负极导线另一端与同轴连接器的边缘针脚焊连，用环氧树脂胶均匀涂覆在同轴连接器的外表面，然后将同轴连接器装配到外壳上部的圆孔中，注意保持同轴连接器上端面与外壳的上端面平齐。9）对匹配层和压电晶片组件、背衬层和装有同轴连接器的外壳粘接体加压并保压将粘结后的匹配层、压电晶片组件、背衬层和装有同轴连接器的外壳粘接体的中心对准保压装置的下压块沉孔中心后放入到下压块沉孔中；旋转顶紧螺栓，使顶紧螺栓推动上压块压紧匹配层和压电晶片组件与背衬层、装有同轴连接器的外壳的粘接体，下压块压住弹簧下沉，直至导向螺钉上端的光杆的刻度指示上压块和下压块对压电晶片和匹配层的组件、背衬层和装有同轴连接器的外壳的粘接体已有10N的压力，在此压力下常温下保压12小时；10）粘结挡片选用有机玻璃板作为挡片，将环氧树脂胶均匀涂覆在挡片一侧面上，然后在压电晶片和匹配层的组件、背衬层、装有同轴连接器的外壳的粘接体的纵向两端端面各粘接一片挡片；将匹配层和压电晶片组件与背衬层、装有同轴连接器的外壳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。前述各步骤中涂覆的环氧树脂胶厚度均小于0.1mm；压电晶片为弛豫铁电单晶。本专利技术的保压装置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、下压块对封装的传感器进行对压，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。本专利技术的封装方法在正、负极铜箔外端采用正、负极导线与之相连，特别适用于居里温度较低的弛豫铁电单晶传感器，避免出现由于焊接而引起压电晶片的退极化现象。本专利技术的封装方法中所涂覆的环氧树脂胶厚度小于0.1mm，在封装过程中，多次进行加压和保压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。6.一种使用如权利要求1所述的超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：1）粘结匹配层和压电晶片将声阻抗接近碳钢管的不锈钢片作为匹配层放置在工作台上，用环氧树脂胶均匀涂覆在匹配层上，涂覆的环氧树脂胶水厚度小于0.1mm；将压电晶片的负极面与匹配层粘结；2）对匹配层和压电晶片组件加压并保压将粘结后的匹配层和压电晶片组件的中心对准保压装置的下压块沉孔中心后放入到下压块沉孔中，旋转顶紧螺栓，使顶紧螺栓推动上压块压紧匹配层和压电晶片组件，下压块压住弹簧下沉，直至导向螺钉上端的光杆的刻度指示上压块和下压块对匹配层和压电晶片组件已有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，4）正极铜箔和负极铜箔定位在压电晶片上并与背衬层粘接将经过步骤2）加压和保压的匹配层和压电晶片组件水平放置在工作台上，使压电晶片具有正负极的一面朝上；将垂直于匹配层和压电晶片组件纵向的正极铜箔放置在压电晶片的纵向中心，其中，正极铜箔与压电晶片正极面的重叠长度为3mm；接着将垂直于匹配层和压电晶片组件的负极铜箔横向的负极铜箔放置在压电晶片横向一侧中心，负极铜箔与压电晶片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的下面后将背衬层粘结到压电晶片上，此时正极铜箔及负极铜箔压在背衬层和压...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜银方，童炳祥，姜文帆，严琴，祝希文，蒋俊俊，陈凯歌，陈波，严有琪，
申请(专利权)人：南京江淳机电装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32