一种检测装置的制作方法

本实用新型属于微型电子器件技术领域，具体涉及一种检测装置。

背景技术：

声表面波器件对自身及环境中物理量的变化十分敏感，因此被广泛用于各种传感应用中，如温度传感器、扭矩传感器、压力传感器、应变传感器等。通常，在使用声表面波传感器对金属结构件的结构健康状况(如是否存在应变、裂纹、损坏)进行检测时，需要将声表面波传感器粘贴在金属结构件表面，所使用的粘贴方法有锡焊、陶瓷胶粘合、化学粘合剂粘合等。但是，由于结构件的实际应用环境较为复杂，采用粘结剂将声表面波传感器与待测金属件进行粘合时，粘结剂可能会发生开裂、崩落等现象，导致声表面波传感器的失效、损坏甚至脱落。而且，由于需要使用粘结剂，传感器芯片往往无法与金属结构件直接接触，此时，金属结构件的结构健康信息须经由粘结剂传递至传感器芯片，而由于在粘贴过程中，传感器芯片受力面的均匀性难以控制，导致传感器芯片获取的信息存在较大失真，造成传感器检测误差大、重复性差等问题。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种检测装置，以有效地改善上述问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型实施例提供了一种检测装置，包括：待测试金属结构部件；设置于所述待测试金属结构部件上的声阻挡层；设置于所述声阻挡层上的声表面波传感器，在对所述待测试金属结构部件进行测试时，所述声阻挡层使所述声表面波传感器产生的声表面波作用于所述待测试金属结构部件的表面。

在本实用新型可选的实施例中，还包括：设置于所述待测试金属结构部件上的缓冲薄膜层，所述声阻挡层设置于所述缓冲薄膜层上。

在本实用新型可选的实施例中，所述声阻挡层为布拉格声阻挡层。

在本实用新型可选的实施例中，所述布拉格声阻挡层包括：按照周期性间隔设置的高声阻抗材料层和低声阻抗材料层，其中，与所述待测试金属结构部件直接接触的为高声阻抗材料层。

在本实用新型可选的实施例中，所述布拉格声阻挡层包括：按照周期性间隔设置的高声阻抗材料层和低声阻抗材料层，其中，与所述待测试金属结构部件直接接触的为低声阻抗材料层。

在本实用新型可选的实施例中，所述周期的数值为1－10中的任一整数。

在本实用新型可选的实施例中，所述周期的数值为5。

在本实用新型可选的实施例中，所述声表面波传感器包括：设置于所述声阻挡层上的压电薄膜层，以及在所述压电薄膜层上制备的电极结构。

在本实用新型可选的实施例中，所述声表面波传感器为单端口谐振器、双端口谐振器、单端口延迟线或双端口延迟线结构。

在本实用新型可选的实施例中，所述缓冲薄膜层为氧化物或氮化物薄膜层。

本实用新型提供的检测装置，包括：待测试金属结构部件；设置于所述待测试金属结构部件上的声阻挡层；设置于所述声阻挡层上的声表面波传感器，在对所述待测试金属结构部件进行测试时，所述声阻挡层使所述声表面波传感器产生的声表面波作用于所述待测试金属结构部件的表面。该检测装置将声表面波传感器与待测试的金属结构部件集成在一起，即在待测试的金属结构部件表面直接设计、制备声表面波传感器，而不是通过先在压电单晶基片上制备声表面波传感器，再将其粘贴在待测试金属结构部件表面的方式，解决了采用粘结剂可能会发生开裂、崩落等现象，导致声表面波传感器的失效、损坏甚至脱落的技术问题，同时，通过声阻挡层使所述声表面波传感器产生的声表面波作用于所述待测试金属结构部件的表面，而不在待测试金属结构部件内部传播，使得传感器具有更高的品质因数、谐振性能和测试灵敏度。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1示出了本实用新型一实施例提供的一种检测装置的结构示意图。

图2示出了本实用新型又一实施例提供的一种检测装置的结构示意图。

图3示出了本实用新型又一实施例提供的一种检测装置的结构示意图。

图4示出了本实用新型又一实施例提供的一种检测装置的结构示意图。

图标：10－检测装置；11－待测试金属结构部件；12－缓冲薄膜层；13－布拉格声阻挡层；131－高声阻抗材料层；132－低声阻抗材料层；14－声表面波传感器；141－压电薄膜层；142－电极结构。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在使用声表面波传感器对金属结构件的结构健康状况(如是否存在应变、裂纹、损坏)进行检测时，需要将声表面波传感器粘贴在金属结构件表面，所使用的粘贴方法有锡焊、陶瓷胶粘合、化学粘合剂粘合等。但是，由于结构件的实际应用环境较为复杂，采用粘结剂将声表面波传感器与待测金属件进行粘合时，粘结剂可能会发生开裂、崩落等现象，导致声表面波传感器的失效、损坏甚至脱落。而且，由于需要使用粘结剂，传感器芯片往往无法与金属结构件直接接触，此时，金属结构件的结构健康信息须经由粘结剂传递至传感器芯片，而由于在粘贴过程中，传感器芯片受力面的均匀性难以控制，导致传感器芯片获取的信息存在较大失真，造成传感器检测误差大、重复性差等问题。

针对以上方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本实用新型实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本实用新型过程中对本实用新型做出的贡献。

第一实施例

鉴于此，本实用新型实施例提供的一种的检测装置10，请参阅图1和图2。该检测装置10包括：待测试金属结构部件11；设置于所述待测试金属结构部件11上的声阻挡层；设置于所述声阻挡层上的声表面波传感器14。

本实施例中，该检测装置10将声表面波传感器14与待测试的金属结构部件11集成在一起，即在待测试的金属结构部件11表面直接设计、制备声表面波传感器14，而不是通过先在压电单晶基片上制备声表面波传感器14，再将其粘贴在待测试金属结构部件11表面的方式，以解决现有技术存在的技术问题。

同时，考虑到在对所述待测试金属结构部件11进行测试时，该声表面波传感器14产生的声表面波容易在该金属结构部件内部发生散射，在声表面波传感器14于待测试金属结构部件11之间设置声阻挡层，以便，在对所述待测试金属结构部件11进行测试时，所述声阻挡层使所述声表面波传感器14产生的声表面波作用于所述待测试金属结构部件11的表面，而不在待测试金属结构部件11内部传播，使得传感器具有更高的品质因数、谐振性能和测试灵敏度。

作为一种可选的实施方式，该声阻挡层可以是石英层、氧化硅(SiO2) 层、三氧化二铝(Al2O3)层等低声阻抗材料层132。作为一种可选的实施方式，该声阻挡层可以是钛层、钨层、金层、铂层等高声阻抗材料层131。

作为另一种可选的实施方式，该声阻挡层为布拉格声阻挡层13。进一步地，该布拉格声阻挡层13包括：按照周期性间隔设置的高声阻抗材料层 131和低声阻抗材料层132。

其中，作为一种可选的设置方式，如图1所示，可以是按照高声阻抗材料层131设置于所述待测试金属结构部件11上，所述低声阻抗材料层132 设置于所述高声阻抗材料层131上的方式设置。即，按照高声阻抗材料层 131、低声阻抗材料层132、高声阻抗材料层131、低声阻抗材料层132、高声阻抗材料层131、低声阻抗材料层132……的方式设置。

其中，作为另一种可选的设置方式，如图2所示，可以是按照所述低声阻抗材料层132设置于所述待测试金属结构部件11上，所述高声阻抗材料层131设置于所述低声阻抗材料层132上的方式设置。即按照低声阻抗材料层132、高声阻抗材料层131、低声阻抗材料层132、高声阻抗材料层 131、低声阻抗材料层132、高声阻抗材料层131……的方式设置。

其中，需要说明的是，上述间隔设置的周期为大于等于1的整数，如1、 2、3、4、5、6、7、8、9、10等。当该周期数为5时，则表示该布拉格声阻挡层13包括：5个高声阻抗材料层131和5个低声阻抗材料层132。

其中，该周期的数值可以根据设计需要来设定，在条件允许的情况下，该周期的数值可以相对大一些，以进一步提高传感器的品质因数与灵敏度。

其中，上述的高声阻抗材料层131可以为钛层、钨层、金层、铂层等。

其中，上述的低声阻抗材料层132可以为石英层、氧化硅(SiO2)层、三氧化二铝(Al2O3)层等。

设置于所述声阻挡层上的声表面波传感器14可以是单端口谐振器、双端口谐振器、单端口延迟线或双端口延迟线结构。可选地，该声表面波传感包括：设置于所述声阻挡层上的压电薄膜层141，以及在所述压电薄膜层 141上制备的电极结构142。

其中，该压电薄膜层141的材料可以是氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、锆钛铅酸(PZT)等压电单晶薄膜材料。

其中，该电极结构142材料可为金(Au)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt) 等单质材料，也可为多种金属合金材料。

其中，需要说明的是，当需要测试某个金属结构部件时，先将该金属结构部件表面需要测试部分进行抛光处理，使其表面光滑，再金属结构部件表面沉积声阻挡层结构，在设置布拉格声阻挡层13结构，根据设计需求，获得布拉格声阻挡层13中各层薄膜的厚度，按高声阻抗材料层131－低声阻抗材料层132－……－高声阻抗材料层131－低声阻抗材料层132，或低声阻抗材料层132－高声阻抗材料层131－……－低声阻抗材料层132－高声阻抗材料层131的顺序沉积在金属结构部件表面上，声阻抗层结构的制备方式可为磁控溅射沉积、脉冲激光沉积、电子束蒸发、金属有机物化学气相沉积等，然后在声阻抗层上沉积高性能压电薄膜，并在其上制备声表面波传感器14 的电极结构142，达到声表面波传感器14与金属结构件无胶集成的目的。

第二实施例

本实施例提供的检测装置10与第一实施例相比，请参阅图3和图4，该检测装置10还包括：设置于待测试金属结构部件11与声阻挡层之间的缓冲薄膜层12。即，缓冲薄膜层12设置于待测试金属结构部件11上，所述声阻挡层设置于所述缓冲薄膜层12上。

一方面，该缓冲薄膜层12可以使得待测试金属结构部件11的表面具有较高的平整度，虽然该待测试金属结构部件11的表面经过精细抛光后但仍然相对粗糙，通过设置一层缓冲薄膜层12来改善这一状态。另一方面，该缓冲薄膜层12可以增强声阻挡层与待测试金属结构部件11之间的附着力，使声表面波传感器14不易破损、脱落等。

其中，所述缓冲薄膜层12为氧化物或氮化物薄膜层，例如，为三氧化二铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼 (BN)等。

其中，需要说明的是，当需要测试某个金属结构部件时，先将该金属结构部件表面需要测试部分进行抛光处理，使其表面光滑，再金属结构部件表面沉积缓冲薄膜层12，通常可采用的方式有磁控溅射沉积、脉冲激光沉积、电子束蒸发、金属有机物化学气相沉积等，然后，在缓冲薄膜层12 表面沉积声阻挡层结构，在设置布拉格声阻挡层13结构，根据设计需求，获得布拉格声阻挡层13中各层薄膜的厚度，按高声阻抗材料层131－低声阻抗材料层132－……－高声阻抗材料层131－低声阻抗材料层132(如图3)，或低声阻抗材料层132－高声阻抗材料层131－……－低声阻抗材料层132－高声阻抗材料层131的顺序沉积在金属结构部件表面上(如图4)，声阻抗层结构的制备方式可为磁控溅射沉积、脉冲激光沉积、电子束蒸发、金属有机物化学气相沉积等，然后在声阻抗层上沉积高性能压电薄膜，并在其上制备声表面波传感器14的电极结构142，达到声表面波传感器14与金属结构件无胶集成的目的。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。