一种高频压电换能振元、高频超声探头和制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高频压电换能振元、高频超声探头和制备方法，用于钢轨缺陷监测，属于测量技术领域。高频压电换能振元包括第一电极层、柔性压电换能层、第二电极层和导电环氧焊料混合剂层；所述第一电极层连接所述柔性压电换能层的正面，且连接有正极引线；所述第二电极层的上表面连接所述柔性压电换能层的背面，且连接有负极引线；所述第二电极层的下表面连接有所述导电环氧焊料混合剂层。本发明专利技术的高频压电换能振元用于高频超声探头,该高频超声探头能够对钢轨的轨头缺陷进行实时在线的自动化精确检测。化精确检测。化精确检测。

【技术实现步骤摘要】
一种高频压电换能振元、高频超声探头和制备方法


[0001]本专利技术属于测量
，具体涉及一种高频压电换能振元、高频超声探头和制备方法。

技术介绍

[0002]现有技术中,用于火车/列车行驶的钢轨，在火车/列车的长期行驶中，钢轨会出现裂纹、裂痕或断开等损伤缺陷，因此，需要对钢轨的损伤进行检测，现有的方法是将具有超声波功能的探头耦合到钢轨轨头的踏面位置，利用钢轨的损伤位置对超声波的反射，通过测量反射的声波幅值确定损伤位置的钢轨缺陷，但这种轨头入射超声波的方式，无法在火车/列车行驶在该钢轨所在的轨道上时进行布置，从而无法对轨头核伤缺陷进行在线实时监测，从而难以确定钢轨损伤缺陷的形状及损伤缺陷形状的改变过程。由于不能及时发现钢轨轨头危害性极大的核伤缺陷，因此，缺陷扩展后可能引发的断轨事故对行车安全造成重大威胁的重大威胁也不可避免。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种高频压电换能振元、高频超声探头和制备方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。
[0004]一种高频压电换能振元，用于钢轨缺陷监测，其包括第一电极层、柔性压电换能层、第二电极层和导电环氧焊料混合剂层；
[0005]所述第一电极层连接所述柔性压电换能层的正面，且连接有正极引线；
[0006]所述第二电极层的上表面连接所述柔性压电换能层的背面，且连接有负极引线；
[0007]所述第二电极层的下表面连接有所述导电环氧焊料混合剂层。
[0008]进一步地，所述柔性压电换能层为具有一定厚度的共聚物PVDF层。
[0009]进一步地，所述共聚物PVDF层为厚度20μm的聚偏氟乙烯
‑
三氟乙烯薄膜或偏二氟乙烯
‑
四氟乙烯薄膜。
[0010]进一步地，所述第一电极层和第二电极层均为两层蒸镀结构体。
[0011]进一步地，所述两层蒸镀结构体从里到外依次为厚度10nm的钛(Ti)蒸镀电极层，及覆盖其上的厚度为200nm的金(Au)蒸镀电极层。
[0012]进一步地，所述高频压电换能振元为边长3mm
×
3mm的正方块。
[0013]本专利技术还提供一种制作高频压电换能振元的方法，所述制作方法包括以下步骤：
[0014]S1.制备所述柔性压电换能层；
[0015]S2.在所述柔性压电换能层的两侧分别连接第一电极层和第二电极层；
[0016]S3.将导电环氧焊料混合剂层连接所述第二电极层的下表面，所述第一电极层、柔性压电换能层、第二电极层和导电环氧焊料混合剂形成多层结构体；
[0017]S4.将所述多层结构体放入温度为30
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60℃的烘箱中，固化3
‑
6小时，再在室温硅油中用2000V的直流电场极化20
‑
40分钟；
[0018]S5.将极化后的所述多层结构体进行切割，获得高频压电换能振元。
[0019]进一步地，所述步骤S5中在切割获得高频压电换能振元后，分别在所述第一电极层和第二电极层焊接所述正极引线和负极引线。
[0020]本专利技术还提供一种高频超声探头，所述高频超声探头包括高频压电换能振元、柔性粘接连接层、正极连接线、负极连接线、多芯高频电缆线和防水接头，所述高频压电换能振元粘接于所述柔性粘接连接层上。
[0021]进一步地，所述柔性粘接连接层为聚二甲基硅氧烷PDMS层，所述高频压电换能振元设置为多个，且各个所述高频压电换能振元的间距为1mm。
[0022]本专利技术的有益效果
[0023]与现有技术相比，本专利技术有如下有益效果：
[0024](1)本专利技术柔性压电换能层采用共聚物PVDF来制作高频压电换能振元，该共聚物PVDF为柔性压电材料，兼具氟树脂和通用树脂的特性，因此使得高频压电换能振元具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、力学性能好、柔软不脆、重量轻、耐冲击及良好的压电性能，较好的声学透声特性。由于在线监测位置全部都在室外，共聚物PVDF在高低温下的性能不发生改变，使用寿命比较长，且共聚物PVDF耐温在
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40度到140度，抗老化强，进一步地，本专利技术采用压电性能较好的共聚物PVDF中的聚偏氟乙烯
‑
三氟乙烯或偏二氟乙烯
‑
四氟乙烯共聚物来实现。
[0025](2)利用柔性压电换能层制作高频压电换能振元，采用柔性粘接连接层粘接固定，制作高频超声探头,柔性粘接连接层采用聚二甲基硅氧烷PDMS，聚二甲基硅氧烷PDMS具有较强的柔韧性、较好的弹性、低杨氏模量、优异的气体透过性、化学稳定性和热稳定性等性能，从而使得高频超声探头具有良好的柔韧性和弯曲特性，可以放置在钢轨的任意位置，尤其是在监测轨头核伤缺陷时，可以将高频超声探头与钢轨下颚完全贴合，形成良好的超声入射面，能够对钢轨的轨头内核伤缺陷进行实时在线自动化检测。
附图说明
[0026]图1为高频压电换能振元的结构示意图；
[0027]图2为高频超声探头的结构示意图；
[0028]图3为高频超声探头安装于钢轨的示意图。
[0029]图中：1.高频压电换能振元；2.第一电极层；3.柔性压电换能层；4.第二电极层；5.导电环氧焊料混合剂层；6.正极引线；7.负极引线；8.高频超声探头；9.柔性粘接连接层；10.正极连接线；11.负极连接线；12.多芯高频电缆线；13.环氧树脂；14.铆钉孔；15.防水接头；16.多芯屏蔽线缆。
具体实施方式
[0030]为了更好的理解本专利技术的技术方案，本
技术实现思路
包括但不限于下文中的具体实施方式，相似的技术和方法都应该视为本专利技术保护的范畴之内。为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0031]应当明确，本专利技术所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得
的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0033]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高频压电换能振元，如图1所示，该高频压电换能振元1包括第一电极层2、柔性压电换能层3、第二电极层4和导电环氧焊料混合剂层5；
[0034]其中：所述第一电极层2连接所述柔性压电换能层3的正面，且连接有正极引线6；
[0035]所述第二电极层4的上表面连接所述柔性压电换能层3的背面，且连接有负极引线7；
[0036]所述第二电极层4的下表面连接所述导电环氧焊料混合剂层5。
[0037]优选地，共聚物PVDF兼具氟树脂和通用树脂的特性，其树脂本身具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频压电换能振元，用于钢轨缺陷监测，其特征在于，所述高频压电换能振元包括第一电极层、柔性压电换能层、第二电极层和导电环氧焊料混合剂层；所述第一电极层连接所述柔性压电换能层的正面，且连接有正极引线；所述第二电极层的上表面连接所述柔性压电换能层的背面，且连接有负极引线；所述第二电极层的下表面连接有所述导电环氧焊料混合剂层。2.根据权利要求1所述的高频压电换能振元，其特征在于，所述柔性压电换能层为具有一定厚度的共聚物PVDF层。3.根据权利要求2所述的高频压电换能振元元，其特征在于，所述共聚物PVDF层为厚度20μm的聚偏氟乙烯
‑
三氟乙烯薄膜或偏二氟乙烯
‑
四氟乙烯薄膜。4.根据权利要求1所述的用于钢轨缺陷监测的高频超声探头的振元，其特征在于，所述第一电极层和第二电极层均为两层蒸镀结构体。5.根据权利要求4所述的高频压电换能振元，其特征在于，所述两层蒸镀结构体从里到外依次为厚度10nm的钛(Ti)蒸镀电极层，及覆盖其上的厚度为200nm的金(Au)蒸镀电极层。6.根据权利要求1
‑
4任一项所述的高频压电换能振元，其特征在于，所述高频压电换能振元为边长3mm
×
3mm的正方块。7.一种制作权利要求1
‑
6任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博南，黄永巍，吴迪，毕超，崔宗文，
申请(专利权)人：北京信泰智合科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：