一种压电元件气密性的检测装置及其检测方法与流程

本发明属于压电元件气密性检测领域，尤其涉及一种压电元件气密性的检测装置及其检测方法。

背景技术：

压电元件一般采用气密密封，以保护其谐振性能不受外部环境影响。气密性不良产生泄漏时，除影响其谐振性能外，由于泄漏物质的不确定性，对压电元件构成不可靠性风险。

检测气密性的方法大致可分三类。第一类是浸泡，即将被检测器件浸泡在液体中，采用加压方式以加快渗漏速度，当液体渗进气密性不良器件腔体后，通过检测器件的性能，如绝缘性来判断被测器件的气密性。浸泡的另一种方式是将被检测器件浸泡在加热后的氟油，被检测的器件因升温使内部气体膨胀，使泄漏处产生气泡，通过目测检查以确认器件的气密性。

第二类是压差检漏，该方法是在预压室内预先加压、密封，然后将被测器件置于测试室内、密封，打开预压室与测试室的通道，通过压力变化计算测试室内空间，当被检测器件气密不良，测试室内有效空间会增大，压力较气密产品低，从而判断被检测产品气密不良。另一压差检漏方式是将被检测压电元件连接振荡电路，通过检测振荡幅度推断其谐振阻抗，对比常压和加压后的谐振阻抗变化以判断被测压电元件的气密性。

第三类是质谱检漏，该方法是将被检测器件置于压力空内，并在压力室内充入指定物质，如氦气。随时间受压物质通过泄漏处渗进气密不良器件内腔，卸压取出，将器件置于专用的质谱检测仪检测室，关上并真空，通过检测指定物质的泄漏状况以判断被检测器件的漏率。

上述三种方法在大批量生产均存在不足之处。如浸泡方式需要通过目视检测，检测时间长，浸泡过程中渗入气密不良的物质会随时间从泄漏点外泄，限制了其有时效，亦无法检测漏率很大的产品。压差检测面对小型产品，其相对空间变化小，存在测量精度不足问题，构成误判风险。使用振荡器进行压差检测，每只被检测的压电元件需连接振荡器，振荡器体积大，处理能力受空间限制。质谱检漏设备成本高昂，不良品判断只能以单只进行，需时较长。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种压电元件气密性的检测装置及其检测方法，旨在解决现有技术中在进行大批量压电元件检测时，检测时间长，检测精度不够的问题。

本发明是这样实现的，一种压电元件气密性的检测装置，包括频率发生器、信号检测装置、若干开关和气密测试室；

所述频率发生器通过导线与所述信号检测装置相连接，形成检测电路；

每一所述开关的一端连接所述导线，所述开关的另一端连接待检测的压电元件；

所述待检测的压电元件放置于所述气密测试室内，所述待检测的压电元件的一端与所述开关相连接，所述待检测的压电元件的另一端接地线。

所述信号检测装置用于检测所述检测电路的电压和相位差。

进一步地，所述信号检测装置为矢量电表。

进一步地，所述检测装置还包括开关切换装置；

所述开关切换装置，与所述开关相连接，用于按照预置控制规则控制若干所述开关的闭合或断开。

本发明还提供了一种采用上述所述的检测装置的压电元件气密性检测方法，包括：

在所述气密测试室初始气压状态下，测试得到所有待测压电元件在各自谐振点时所述信号检测装置检测到的第一传输信号衰减值；所述谐振点为所述待检测压电元件的有效工作频率；

在所述气密测试室气压变化状态下，测试得到所有待测压电元件在各自谐振点时所述信号检测装置检测到的第二传输信号衰减值；

对于每个待测压电元件，若其对应的第一传输信号衰减值与第二传输信号衰减值的差值大于预设的差值阈值，则判定该待测压电元件气密性不良；

其中，在充气和非充气状态测试每个待测压电元件的传输信号衰减值时，控制仅当前测试的压电元件所对应的开关接通。

进一步地，所述在所述气密测试室初始气压状态下，测试得到所有待测压电元件在各自谐振点时所述信号检测装置检测到的第一传输信号衰减值包括：

在所述气密测试室初始气压状态下，按照预置检测顺序，将待检测的压电元件所对应的开关接通，并将其余的开关设置为开路；

设置所述频率发生器输出信号的初始频率，读取并记录所述信号检测装置在所述初始频率下的检测数据；

调整所述频率发生器输出信号的频率，读取并记录所述信号检测装置在不同频率下的检测数据，以获取所述压电元件的第一传输信号衰减值；

关闭当前的开关，并按照所述预置检测顺序接通下一待检测的压电元件对应的开关，重复所述设置所述频率发生器输出信号的初始频率的步骤，直至完成所有待检测的压电元件的谐振点检测。

进一步地，所述设置所述频率发生器输出信号的初始频率之前，还包括：

获取所述压电元件的频率特征；

则所述设置所述频率发生器输出信号的初始频率包括：

根据所述压电元件的频率特征调整所述频率发生器输出信号的初始频率。

进一步地，所述测试得到所有待测压电元件在各自谐振点时所述信号检测装置检测到的第二传输信号衰减值包括：

获取所有待检测的压电元件的谐振点特性；

判断所有待检测的压电元件的谐振点特性是否相似，若相似，则将所述频率发生器输出信号的频率设置为固定频率，测试得到在所述固定频率下所有待检测压电元件的第二传输信号衰减值；

若不相似，则设置所述频率发生器输出信号的初始频率，读取并记录所述信号检测装置在所述初始频率下的检测数据；

调整所述频率发生器输出信号的频率，读取并记录所述信号检测装置在不同频率下的检测数据，以获取所述压电元件的第二传输信号衰减值。

进一步地，对所述气密测试室充气的步骤包括：

根据预置压力值对所述气密测试室进行充气；

根据所述压电元件的腔体漏率要求计算加压时间；

则在所述气密测试室气压变化状态下，控制仅当前测试的压电元件所对应的开关接通之前，还包括：

等待所述加压时间；

当所述加压时间到达后，控制仅当前测试的压电元件所对应的开关接通。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明实施例提供的检测装置和检测方法，根据压电元件的边界效应，即压电元件在不用压力下的工作特性差异导致传输性发生变化，通过对比同一待检测的压电元件在不同压力下，在谐振点的前后数据来进行判断，当压电元件在不同压力下，在谐振点的前后数据的变化值大于预置变化值时，判断该压电元件气密不良。本发明实施例在进行大批量压电元件的气密性检测时，只需要获取压电元件在不同压力下，在谐振点的前后数据变化，就能判断该压电元件气密性是否良好，不需要通过目测、外接振荡电路等，检测方法简单，检测速度快。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种压电元件气密性的检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种压电元件气密性的检测装置的连接示意图；

图3是本发明实施例提供的一种压电元件气密性的检测装置的检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的一种压电元件气密性的检测装置，包括频率发生器1、信号检测装置2、若干开关4和气密测试室6；

频率发生器1通过导线3与信号检测装置2相连接，形成检测电路；

每一开关4的一端连接导线3，开关4的另一端连接待检测的压电元件5；

待检测的压电元件5放置于气密测试室6内，待检测的压电元件5的一端与开关3相连接，待检测的压电元件5的另一端接地线；

所述信号检测装置用于检测所述检测电路的电压和相位差。具体地，在不同的测试条件下，如待检测的压电元件5在加压或者非加压的情况下，信号检测装置检测到不同的电压和相位差，根据该电压的变化和相位差进行压电元件的气密性判断。

在本实施例中，信号检测装置2为矢量电表，导线为电缆。在实际应用中，信号检测装置采用其他可检测该检测电路的电压和相位差的装置，不限于矢量电表。

进一步地，所述检测装置还包括开关切换装置；

所述开关切换装置，与开关4相连接，用于按照预置控制规则控制若干开关4的闭合或断开。

在本实施例中，频率发生器1和信号检测装置2组成检测电路，该检测电路用于检测频率发生器的输出信号在经过压电元件后的信号损耗，以获取待检测的压电元件在不同压力下的所导致的传输损耗。在具体应用中，频率发生器1和信号检测装置2可以由具备相关功能的装置组成。

如图2所示，频率发生器1的输出信号通过电缆3传输至切换4开关及开关4的开关切换装置。每一开关4的一端均连接至电缆3，另一端连接待检测的压电元件5，每一待检测的压电元件的另一端均连接地。电缆3的另一端接至矢量电表2的输入端。待检测的压电元件放置于气密测试室6内，通过连线与开关4和地线连接。

按照预置检测顺序，开关切换装置将选定的待检测的压电元件对应的开关接通，并将其余开关设定为开路状态。根据压电元件的频率特性设定频率产生器1的初始频率，读取并记录矢量电表2在该初始频率时的数据，调整频率发生器1输出的频率以获取压电元件的谐振范围或谐振点导致传输信号的衰减值。开关切换装置将下一待检测的压电元件对应的开关打开，并关闭已检测的压电元件的开关，重复以上步骤至所有待检测的压电元件完成检测。具体地，压电元件在工作频率范围外等同于电容，其阻抗很高，不会导致明显衰减。在其工作频率范围，其等效阻抗下降，至谐振点/零相位时，其阻抗最小，并引至传输衰减。具体检测中无需在压电元件的谐振点进行检测，只要在出现明显衰减时进行检测，并对比相同条件下，不同压力的检测结果便可判断是否受外来压力变化影响。

调整气密测试室6内的压力至预置压力值，调整方式可以是对气密测试室进行充气或真空均可，重复以上测试步骤。因压电元件的边界交应，不同压力下的工作特性差异，将导致传输性变化，因此通过对比同一被检测的压电元件在谐振点的前后数据，当前后数据的变化值大于预置变化值时判定为气密不良。

进一步地，在批量生产时，当压电元件的谐振点特性高度相似时，初始扫描可以改为选定单一频率，直接进行测量进一步地提高检测效率。

图3示出了本发明实施例提供的一种上述所述的检测装置的检测方法，包括：

s301，在所述气密测试室初始气压状态下，测试得到所有待测压电元件在各自谐振点时所述信号检测装置检测到的第一传输信号衰减值；所述谐振点为所述待检测压电元件的有效工作频率；

s302，在所述气密测试室气压变化状态下，测试得到所有待测压电元件在各自谐振点时所述信号检测装置检测到的第二传输信号衰减值；

s303，对于每个待测压电元件，若其对应的第一传输信号衰减值与第二传输信号衰减值的差值大于预设的差值阈值，则判定该待测压电元件气密性不良；

其中，在充气和非充气状态测试每个待测压电元件的传输信号衰减值时，控制仅当前测试的压电元件所对应的开关接通。

具体地，在步骤s301中，以气密测试室未充气状态下的气压为初始气压，因为在水平面的大气压约是0.1mpa，因此在没充气或外露于大气时，气密测试室的初始气压为0.1mpa，在步骤s302中，对气密测试室进行充气或者真空操作，以改变气密测试室的气压，在完全真空状态下，气密测试室的气压为0pa，而为了增大或减小气密测试室的气压，可以进行充气或抽气，使气密测试室的压力达到指定气压值。

下面通过具体实施例对本发明进行进一步地阐述：

具体实施例一：

在本实施例中，在同一气密测试室内检测n只不同谐振特性的压电元件的气密性。

将待检测的压电元件放置在未充气的气密测试室内，将气密测试室密闭并通过探针分别将压电元件与开关和地线进行连接。控制开关切换装置将压电元件1的开关闭合，使压电元件1通过开关与频率发生器和矢量电表组成的检测电路连接。按压电元件1的谐振特性/范围，调整频率发生器的输出频率，整个测试过程要保证频率发生器的输出功率/幅度是稳定的。通过变更频率发生器的输出频率和采集在各频率点的矢量电表的读数，以获取并记录压电元件1的损耗频谱，对比各频率点的矢量电表的读数，记录最低点频率及该最低点频率的矢量电表的读数，其中矢量电表的度数包括电压和相位差，并将压电元件1的开关设置开路状态。将压电元件2对应的开关闭合，按压电元件2的谐振范围重复扫描动作及记录压电元件2的损耗频谱，并通过对比获取并记录最低点频率及该最低点频率的矢量电表的读数，并将压电元件2的开关设置开路状态。将压电元件3对应的开关闭合，并重复以上步骤至压电元件n测试完毕，以本步骤中矢量电表读取的数据作为第一传输信号衰减值。将气密测试室充气，使气密测试室内部的压力上升至0.3mpa或任何预设值，并保持气密测试室内压力稳定。按压电元件的腔体漏率要求计算加压时间，在等待加压时间到达后，控制开关切换装置使压电元件1对应的开关闭合，使压电元件1与传输电路连接。根据未加压前的最低点频率调整频率发生器的输出频率，读取矢量电表的数据，以读取的数据作为第二传输信号衰减值，将第二传输信号衰减值与第一传输信号衰减值进行对比，对比的方式可以是百分比或对数等方式，当第二传输信号衰减值与第一传输信号衰减值的差值的绝对值大于预置变化值时，判定为气密不良。断开压电元件1的开关，并将压电元件2的开关闭合，重复以上步骤至所有压电元件完成测试/判定。

具体实施例二：

在本实施例中，在同一测试室内检测n只谐振特性高度相同压电元件的气密性。

将待检测的压电元件放置在未充气的气密测试室内，将气密测试室密闭并通过探针分别将压电元件与开关和地线进行连接。控制开关切换装置将压电元件1的开关闭合，使压电元件1通过开关与频率发生器和矢量电表组成的检测电路连接。按压电元件1的谐振特性/范围，调整频率发生器的输出频率，整个测试过程要保证频率发生器的输出功率/幅度是稳定的。通过变更频率发生器的输出频率和采集各频率点的矢量电表的读数，以获取并记录压电元件1的损耗频谱，对比各频率点的矢量电表的读数，记录最低点频率f和最低频率点f对应的矢量电表的读数，并将压电元件1的开关设置开路状态。将压电元件2对应的开关闭合，将频率发生器的输出频率调整至f，读取并记录矢量电表的读数，并将压电元件2的开关设置开路状态。将压电元件3的开关闭合，并重复上述步骤直至压电元件n测试完毕，以本步骤中矢量电表读取的数据作为第一传输信号衰减值。将气密测试室充气，使内部压力上升至0.3mpa或任何预设值，并保持气密测试室内压力稳定。按压电元件的腔体漏率要求计算加压时间，在等待加压时间到达后，控制开关切换装置使压电元件1的开关闭合，使压电元件通过开关与频率发生器和矢量电表组成的检测电路连接。将频率发生器的输出频率调整至频率f，读取矢量电表的数据，以读取的数据作为第二传输信号衰减值，将第二传输信号衰减值与第一传输信号衰减值进行对比，对比方式可以是百分比或对数等方式，当第二传输信号衰减值与第一传输信号衰减值的差值的绝对值大于预置变化值时，判定为气密不良。断开压电元件1的开关，并将压电元件2的开关闭合，重复以上步骤至所有压电元件完成测试/判定。

具体实施例三：

在本实施中，在2个不同的气密测试室内检测nx2只谐振特性高度相同压电元件的气密性。

将待检测的压电元件放置在未充气的气密测试室内，将气密测试室密闭并通过探针分别将压电元件与开关和地线进行连接。控制开关切换装置使气密测试室1的压电元件1的开关闭合，使压电元件通过开关与频率发生器和矢量电表组成的检测电路连接。按压电元件谐振特性/范围，调整频率发生器的输出频率，在整个测试过程要保证频率发生器的输出功率/幅度是稳定的。通过变更频率发生器的输出频率和采集各频率点的矢量电表的读数，获取并记录气密测试室1内压电元件1的损耗频谱，对比各频率点的矢量电表的读数，记录最低点频率f和最低频率点f对应的矢量电表的读数，并将压电元件1的开关设置开路状态。将压电元件2对应的开关闭合，将频率发生器的输出频率调整至f，读取并记录矢量电表的读数。将压电元件2的开关断开，并将压电元件3的开关闭合，将频率发生器的输出频率调整至f，重复上述步骤至气密测试室1内压电元件n测试完毕，以本步骤中矢量电表读取的数据作为第一传输信号衰减值。将气密测试室1充气，使内部压力上升至0.3mpa或任何预设值，并保持气密测试室内的压力稳定。按压电元件的腔体漏率要求计算加压时间，并控制开关切换装置使气密测试室2内的压电元件1对应的开关闭合，将频率发生器的输出频率调整至f，读取并记录矢量电表的读数，气密测试室2内的压电元件1的开关断开，将气密测试室2内的压电元件2的开关闭合，并重复上述步骤，至气密测试室2压电元件n测试完毕，以本步骤中矢量电表读取的数据作为第一传输信号衰减值。将气密测试室2充气，使内部压力上升至0.3mpa或任何预设值，并保持气密测试室2内的压力稳定。

确认气密测试室1加压时间到达后，通过开关切换装置将气密测试室1内的压电元件1的开关闭合，使压电元件1通过开关与频率发生器和矢量电表组成的检测电路连接。将频率发生器的输出频率调整至频率f，读取矢量电表的数据，以此次读取的数据作为第二传输信号衰减值，将第二传输信号衰减值与第一传输信号衰减值进行对比，对比方式可以是百分比或对数等方式，当第二传输信号衰减值和第一传输信号衰减值的差值的绝对值大于预置变化值时，判定为气密不良。通过开关切换装置将压电元件1的开关断开，并将气密测试室1的压电元件2的开关闭合，重复以上步骤至气密测试室1中所有压电元件完成测试/判定。打开气密测试室1并置换其他待检测的压电元件。

确认气密测试室2加压时间到达后，控制开关切换装置使气密测试室2的压电元件1的开关闭合，使压电元件1通过开关与频率发生器和矢量电表组成的检测电路连接。将频率发生器的输出频率调整至频率f，读取矢量电表的数据，以此次读取的数据作为第二传输信号衰减值，将第二传输信号衰减值与第一传输信号衰减值进行对比，对比方式可以是百分比或对数等方式，当第二传输信号衰减值与第一传输信号衰减值的差值的绝对值大于预置变化值时，判定为气密不良。通过开关切换装置将压电元件1的开关断开，并将气密测试室2的压电元件2的开关闭合，重复以上步骤至气密测试室2所有的压电元件完成测试/判定。打开气密测试室2并置换其他待检测的压电元件。

重复以上步骤至所有带检测的压电元件完成测试。

本发明实施例提供的上述方法可同时在传输路径中，采用开关对待测量的压电元件进行切换。被检测的压电元件一端接地，一端接上开关。当开关接上待检测的压电元件时，其他开关保持开路状态以避免相互干扰。

上述是通过检测传输信号损耗，获取待检测的压电元件在不同压力环境下所导致的传输损耗。应在实际生产过程中，压电元件在工作时会随工作频率产生微机械位移，该过程中会与周边界面产生摩擦，摩擦损耗因随条件变化，例如空气密度/压力，气密产品因受壳体保护，限制了外部压力对内部压力的影响，因而不会产生变化。气密性不良的压电元件，在不同压力环境下，其边界摩擦效应不同导致传输操耗出现变化。因此在对比不同压力现境下，当待检测的压电元件的传输损耗幅度出现大于设定值的变异时，判断产品的气密性不良。

上述方法是通过扫描待检测的压电元件的工作频段，以获取待检测的压电元件在不同压力环境下所导致的传输损耗。进一步地，上述方法可以选取工作频段内的单一频点，获取待检测的压电元件在该频点不同压力环境下所导致的传输损耗从而缩减扫描时间，提高检效率。

上述实施例提供的方法，其传输路径可同时有一个或以上的测试腔体，当其中一个腔体在变更压力环境时，测试系统可检测其他测试腔体内的压电元件，避免闲置并进一步地提高系统效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。