用于采集声表面波信号的可移动双探头压电传感器的制作方法

本发明属于声表面波无损检测设备领域，涉及一种可用于准确、快速采集样片表面声表面波信号的前探头可移动式的双探头压电传感器。

背景技术：

声表面波无损检测技术在薄膜特性检测领域的应用范围越来越广，尤其是针对超大规模集成电路中互连薄膜的机械特性以及界面粘附特性的检测，由于其无损、测量步骤简便、无需对样片进行处理、可实现在线检测等诸多优点，声表面波技术应用前景十分光明。目前，针对声表面波技术检测领域的理论发展十分迅猛，应将声表面波无损检测系统设备逐步的设备化，小型化，以满足工业领域中利用声表面波技术进行无损检测的需求。专利申请20182039297.0“一种测量表面波波速的双探头压电探测器”中也涉及了一种双探头的压电探测器，但由于压电探头均为固定探头，在距离激发源较远的那个探头采集信号时，声表面波信号已经过了距离信号源较近的探头，由于探头对待测样片的表面存在一定的挤压作用，会对声表面波信号产生影响。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种可用于准确、快速采集样片表面声表面波信号的双探头压电传感器。本发明通过将双探头压电传感器的前探头设计为可上下移动式，避免声表面波传播过程中由于经过探头而产生的噪音及误差。技术方案如下：

一种用于采集声表面波信号的可移动双探头压电传感器，包括金属外壳、前压电探头、后压电探头。其特征在于，在金属外壳的底部开设有两个平行的通孔，前压电探头和后压电探头的劈尖从平行通孔伸出，在金属外壳的顶部开设有与两个平行通孔相对应的小孔，两个压电探头的上部分别与一个管柱固定连接，与压电探头相连的导线从管柱导出金属外壳，后压电探头的周围填充有绝缘材料，前压电探头置于金属外壳内部未填充绝缘材料的局部空腔内，局部空腔的存在使得前压电探头可以上下移动。

附图说明

图1单探头采集声表面波信号用于声表面波波速计算时的示意图

图2用于采集声表面波信号的可移动双探头压电传感器的结构示意图

图3用于采集声表面波信号的可移动双探头压电传感器的底面结构示意图

具体实施方式

本发明提供了一种可供声表面波无损检测设备使用的手持型采集样片表面的表面波信号的前探头可移动式的双探头压电传感器。该装置通过将压电薄膜(pvdf膜)放置在压电探头的尖端，从而将压力信号转换成电信号，从而采集样片表面的声表面波信号。该装置对以往的压电探头做了双探头，可移动的设计。由于获取声表面波的波速时，需要在两个不同位置采集信号，如图1所示，并根据公式(1)计算出声表面波的相速度，x1和x2即为采集信号的两个位置，φ2(f)和φ1(f)分别为在x1和x2处采集到的信号的频谱，对x1和x2处采集到的信号做快速傅里叶变化即可得到两信号的频谱。

双探头的设计可以使得压电传感器脱离精密移动平台，将x2-x1的值做为固定值来计算，且由于不需要手动调节距离，可保证两个位置不由调节而产生的位置不平行等因素带来的误差。前探头可上下移动的设计，可保证后面一个探头在采集声表面波信号时，声表面波信号不会因为过前探头时受到前探头的影响从而产生误差和噪声。

本发明的声表面波压电传感器的具体结构如图2所示，包括压电探测器的主体和压点探头，绝缘腔等部分，尺寸为40mm×18mm×26mm。如图2所示，整个压电传感器的外壳为金属外壳1，采用黄铜材料，金属外壳1的壁厚为5mm，金属外壳内填充有绝缘填充材料形成绝缘腔2，填充的绝缘材料为聚四氟乙烯材料，注意在压电传感器的探头一面，金属外壳1为中部镂空四周包含一圈的薄层外壳，中间均为绝缘腔2，即压电探头伸出处周围包裹的均为绝缘腔2，如图3所示。压电探头3,4的材料为金属紫铜，探头处为楔形状伸出压电探测器的外围，压电探头3,4的尺寸均为：高度h为8mm，截面s为8mm×8mm。在探测器的内部做柱状金属管5,6，柱状金属管5,6的材料为紫铜，柱状金属管5,6的尺寸相同，均为：高度h为4mm，截面s’为2mm×2mm。在金属管5,6中间通以导线7，8与探头处连接以传递信号，导线7，8的一端分别固定在压电探头3,4上，另一端接入示波器，在金属外壳1和绝缘腔的相应位置处均留有小孔9,10，使的导线7,8可以穿出。图2中左侧探头3的固定由绝缘腔的结构所实现，将放置该探头区域的绝缘腔体按左侧探头的形状挖空，将左侧探头固定的嵌入到绝缘腔中。图2中右侧探头4为不固定的可上下移动的探头，其移动也是由绝缘腔体的结构所实现，将放置右侧探头区域的绝缘腔体按照探头的截面形状即长方形面s，以及柱状金属管的截面的形状即长方形面s’挖出长方体空腔以做为探头上下滑动的滑道，空腔的高度设计成一个探头高度h/2，则可以通过提拉右侧探头的导线将右侧探头隐藏于探测器中。

本发明的技术方案如下：

(1)将可移动探头放置到最低处，将两个压电薄膜放置在探头上，加压电探测器放在待测样片表面；

(2)利用可移动端的压电探头采集样片表面处的声表面波信号，用示波器对采集到的信号进行观察并记录；

(3)通过提拉可移动端压电探头所对应的导线，将可移动端的压电探头向上提拉至缩入压电探测器内，用固定端的压电探头对声表面波信号对样片表面处的声表面波信号进行采集，同样利用示波器对采集到的信号进行观察并记录。

(4)对两次采集到的信号做相应的频域变化，并利用公式(1)计算获得声表面波的波速，公式(1)中的x2-x1即为压电探测器中两探头间的距离l(12mm)。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种用于采集声表面波信号的可移动双探头压电传感器，包括金属外壳、前压电探头、后压电探头，在金属外壳的底部开设有两个平行的通孔，前压电探头和后压电探头的劈尖从平行通孔伸出，在金属外壳的顶部开设有与两个平行通孔相对应的小孔，两个压电探头的上部分别与一个管柱固定连接，与压电探头相连的导线从管柱导出金属外壳，后压电探头的周围填充有绝缘材料，前压电探头置于金属外壳内部未填充绝缘材料的局部空腔内，局部空腔的存在使得前压电探头可以上下移动。

技术研发人员：肖夏;戚海洋;秦慧全
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.02.28
技术公布日：2019.06.25