超声导波弛豫铁电单晶传感器封装的保压装置的制作方法

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。

技术实现要素：

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。