保温复合型压电超声换能器结构及其成型工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种保温复合型压电超声换能器结构及其成型工艺，属于无损检测领域。所述的保温复合型压电超声换能器结构由SMA接头，金属屏蔽层，环氧树脂封装层，背衬层，空腔，匹配层，压电陶瓷晶片，内保温吸声层、外保温吸声层复合而成。本发明专利技术旨在解决压电超声换能器外置于混凝土结构，使用外贴于混凝土结构表面或耦合空气的方式对混凝土结构进行检测时，零上及零下环境温度（如

【技术实现步骤摘要】
保温复合型压电超声换能器结构及其成型工艺


[0001]本专利技术提供了一种外置于混凝土的保温复合型压电超声换能器的结构、成型工艺，属于无损检测领域。

技术介绍

[0002]超声波测量在很长一段时间内被广泛应用于混凝土结构的表征。压电陶瓷晶片是压电超声换能器中实现超声波激励与接收的功能单元。然而，温度变化是影响压电陶瓷定位精度的一个非常重要的因素，压电陶瓷的性能会随温度的改变而产生明显的变化。从而导致压电超声换能器在不同温度环境中工作时产生的灵敏度差异，对其超声信号的精确度和可靠性产生了不利影响。
[0003]鉴于此，提出一种外置于混凝土的保温复合型压电超声换能器的结构、成型工艺，旨在解决压电超声换能器外置于混凝土结构，使用外贴于混凝土结构表面或耦合空气的方式对混凝土结构进行检测时，零上及零下环境温度（如
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20℃ ~ 40℃等）对压电超声换能器的性能产生的影响。使压电超声换能器在不同温度下工作时拥有良好的信号精确度和可靠性，降低温度变化引起的换能器的灵敏度差异。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种外置于混凝土的保温复合型压电超声换能器的结构、成型工艺，换能器具有三层结构，三层屏蔽层外壳给了换能器非常有效的保护，保温吸声层不仅可以吸收噪音还能使换能器处于稳定的工作温度，维持换能器的灵敏度。
[0005]本申请提供的技术方案为：保温复合型压电超声换能器结构，所述换能器顶部为SMA接头，下方为背衬层，所述背衬层为圆柱形结构，其下部为压电陶瓷晶片，上部与内保温吸声层相连；在所述换能器中部为压电晶片，压电晶片横向置于最里侧屏蔽层中间的腔室内，在所述压电晶片同轴向的旁侧设有匹配层；所述结构设有若干层屏蔽层，各屏蔽层均为具有防腐性质的环形柱状金属壳体，在所述屏蔽层的端部设有不同的封装层，所述封装层用于粘结、封装内外部结构。
[0006]进一步的，所述结构由外向内含有三层独立屏蔽层，分别为第一屏蔽层外壳、第二屏蔽层外壳以及屏蔽层内壳，其中，第一屏蔽层外壳和第二屏蔽层外壳SMA接头的轴心为轴心，呈阶梯状分布，在屏蔽层内壳的环柱外侧中心高度处环绕直径为r的弧形缺口，形成以空腔，空腔深度不超过屏蔽层内壳的壁厚。
[0007]进一步的，所述的封装层包含四个部分，分别为设置于第一屏蔽层外壳上端的第一上封装层，第一上封装层与SMA接头、第一屏蔽层外壳、屏蔽层内壳、外保温吸声层、内保温吸声层相连；设置于第二屏蔽层外壳上端的第二上封装层，第二上封装层用于连接第一屏蔽层外壳、第二屏蔽层外壳以及外保温吸声层；设置于压电晶片两端与屏蔽层内壳接触
位置的内封装层，以及设置于匹配层两端与第二屏蔽层外壳接触位置的下封装层；其中，内封装层用于将压电陶瓷晶片固定于匹配层上并与背衬层及屏蔽层内壳相粘结；下封装层为环状楔形台。
[0008]进一步的，所述匹配层为圆柱形结构，部分被嵌入于屏蔽层内壳中并用粘结剂粘结。
[0009]进一步的，所述结构还设有外保温吸声层，所述外保温吸声层与第一上封装层、第二上封装层以及下封装层相连接。
[0010]进一步的，所述结构中使用的屏蔽层均为具有防腐性质的环形柱状金属壳；封装层为环氧树脂粘结剂；背衬层为含有金属粉末或硅粉的粘结材料为基体的混合物；匹配层为亚克力或氧化铝陶瓷等用于声学阻抗匹配的材料；保温吸声层为多孔材料。
[0011]本申请还提供上述保温复合型压电超声换能器的成型工艺，所述工艺的流程具体分为以下几个步骤：S1，将匹配层嵌入屏蔽层内壳中，从压电陶瓷晶片引出导线；用内封装层将压电陶瓷晶片固定在匹配层上，内封装层与压电陶瓷晶片上表面等高；屏蔽层内壳、匹配层、压电陶瓷晶片轴心共线；S2，将背衬层材料灌封入屏蔽层内壳，背衬层材料的液位高度不超过屏蔽层内壳的环柱高度；当背衬层材料不再具有流动性后在其上方叠加内保温吸声层；S3在外保温吸声层内嵌入屏蔽层内壳，使它们的底面高度保持一致，将第二屏蔽层外壳体套入外保温吸声层，使第二屏蔽层外壳体最下端与匹配层最下端的垂直距离不小于零；将压电陶瓷晶片引出的导线接入放置于内保温吸声层上的SMA 接头，使 SMA 接头、各屏蔽层、保温吸声层、背衬层、匹配层、压电陶瓷晶片的轴心共线。
[0012]S4，将第一上封装层材料灌入步骤S3后的换能器上部进行衔接填充，使其封装换能器上部结构；待第一上封装层固化后翻转探头，灌封下封装层，使其封装换能器下部结构并成型。
[0013]本专利技术的有益效果是：以环氧树脂或其他粘结剂基体作保温复合型压电超声换能器的封装层、背衬层可使其具备一定的抵抗应力的能力，屏蔽层、封装层、背衬层都具备抗腐蚀能力。上述复合型压电超声换能器的结构及成型工艺使其具备良好的防水性能。金属屏蔽层、含有金属粉末或硅粉的背衬层，使保温复合型压电超声换能器具备一定的抗电磁干扰特性。保温复合型压电超声换能器的背衬层与多孔的保温吸声层抑制压电换能器产生的噪声干扰，环状楔形台的下封装层可在接收超声信号时可反射部分多余信号。三层屏蔽层外壳给了换能器非常有效的保护，保温吸声层不仅可以吸收噪音还能使换能器处于稳定的工作温度。屏蔽层外壳与保温吸声层的夹心组合有效降低了换能器工作时的自振，使压电换能器在工作中能够更加准确的分辨信号特征。在使用保温复合型压电超声换能器外贴于混凝土表面或耦合空气的方式对混凝土检测时，这种换能器的构造方式可以降低温度变化（如
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20℃ ~ 40℃等）引起的换能器的灵敏度差异，保证压电超声换能器在不同温度下工作时保证良好的信号精确度和可靠性。
附图说明
[0014]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明；
图1为外置式保温复合型压电超声换能器的结构组成图；图2为外置式保温复合型压电超声换能器的截面结构尺寸标注图；图3为外置式保温复合型压电超声换能器的斜轴测剖切视图；图4为外置式保温复合型压电超声换能器的侧视图；图5为外置式保温复合型压电超声换能器的俯视图；图6为外置式保温复合型压电超声换能器的仰视图；图7为外置式保温复合型压电超声换能器的结构爆炸图；图8为外置式保温复合型压电超声换能器的成型工艺流程图；图9为换能器响应测试系统装置示意图；图10为换能器在各温度下的灵敏度响应曲线图；图11为
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20 ℃
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40 ℃ 环境中的灵敏度响应曲线图。
实施方式
[0015]为使本专利技术的目的，技术方案及效果更加清楚、明确，举实例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
实施例
[0016]保温复合型压电超声换能器结构，所述换能器顶部为SMA接头，下方为背衬层，所述背衬层为圆柱形结构，其下部为压电陶瓷晶片，上部与内保温吸声层相连；在所述换能器中部为压电晶片，压电晶片横向置于最里侧屏蔽层中间的腔室内，在所述压电晶片同轴向的旁侧设有匹配层；所述结构设有若干层屏蔽层，各屏蔽层均为具有防腐性质的环形柱状金属壳体，在所述屏蔽层的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.保温复合型压电超声换能器结构，其特征在于，所述换能器顶部为SMA接头，下方为背衬层，所述背衬层为圆柱形结构，其下部为压电陶瓷晶片，上部与内保温吸声层相连；在所述换能器中部为压电晶片，压电晶片横向置于最里侧屏蔽层中间的腔室内，在所述压电晶片同轴向的旁侧设有匹配层；所述结构设有若干层屏蔽层，各屏蔽层均为具有防腐性质的环形柱状金属壳体，在所述屏蔽层的端部设有不同的封装层，所述封装层用于粘结、封装内外部结构。2.根据权利要求1所述的保温复合型压电超声换能器结构，其特征在于，所述结构由外向内含有三层独立屏蔽层，分别为第一屏蔽层外壳、第二屏蔽层外壳以及屏蔽层内壳，其中，第一屏蔽层外壳以第二屏蔽层外壳SMA接头的轴心为轴心，呈阶梯状分布，在屏蔽层内壳的环柱外侧中心高度处环绕直径为r的弧形缺口，形成以空腔，空腔深度不超过屏蔽层内壳的壁厚。3.根据权利要求1所述的保温复合型压电超声换能器结构，其特征在于，所述的封装层包含四个部分，分别为设置于第一屏蔽层外壳上端的第一上封装层，第一上封装层与SMA接头、第一屏蔽层外壳、屏蔽层内壳、外保温吸声层、内保温吸声层相连；设置于第二屏蔽层外壳上端的第二上封装层，第二上封装层用于连接第一屏蔽层外壳、第二屏蔽层外壳以及外保温吸声层；设置于压电晶片两端与屏蔽层内壳接触位置的内封装层，以及设置于匹配层两端与第二屏蔽层外壳接触位置的下封装层；其中，内封装层用于将压电陶瓷晶片固定于匹配层上并与背衬层及屏蔽层内壳相粘结；下封装层为环状楔形台。4.根据权利要求1所述的保温复合型压电超声换能器结构，其特征在于，所述匹配层为圆柱形结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴瑾，赵金忠，陈宇豪，张丽芳，赵杏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：