一種新型電磁屏蔽壓電夾層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型電磁屏蔽壓電夾層，包括柔性電路板、壓電傳感器和SMA接口，其中，壓電傳感器粘貼在柔性電路板的一側(cè)，所述的SMA接頭固定連接在柔性電路板的另一側(cè)，其固定連接位置的背面鋪設(shè)絕緣膜。本發(fā)明技術(shù)方案的新型電磁屏蔽壓電夾層提高了壓電夾層的抗高頻電磁干擾的能力，減弱了相鄰壓電夾層內(nèi)信號(hào)的串?dāng)_，增加了信號(hào)的信噪比，提高了可靠性和一致性，增強(qiáng)了壓電傳感器與結(jié)構(gòu)的耦合效率，保證了壓電傳感器的激勵(lì)性能和傳感器性能，促進(jìn)了壓電夾層在航天結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的廣泛應(yīng)用。
【專利說明】一種新型電磁屏蔽壓電夾層【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓電夾層，尤其涉及一種新型電磁屏蔽壓電夾層，屬于壓電傳感器封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，應(yīng)用于航天結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]航天結(jié)構(gòu)在軌運(yùn)行時(shí)需要承受溫度交變，粒子輻射等環(huán)境載荷的作用，且隨著太空污染的日益嚴(yán)重，航天結(jié)構(gòu)易受到空間碎片的撞擊，結(jié)構(gòu)安全受到嚴(yán)重威脅。為了監(jiān)測(cè)航天結(jié)構(gòu)的完整性和安全性，延長(zhǎng)使用壽命，降低維護(hù)成本，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了航天領(lǐng)域越來越多的研究和關(guān)注。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)就是指利用結(jié)構(gòu)布置的傳感器陣列定期采集結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)，提取損傷特征值，從而對(duì)工程結(jié)構(gòu)實(shí)施損傷檢測(cè)和識(shí)別。由于基于壓電陶瓷原件和彈性波的健康監(jiān)測(cè)方法對(duì)于脫層，裂紋等小損傷較為敏感，該方法在航空領(lǐng)域已有大量的研究與應(yīng)用。同時(shí)為了保證壓電傳感器的電氣特性和性能一致性，常根據(jù)“智能壓電夾層”思想，利用柔性電路板技術(shù)，將傳感器預(yù)置于柔性電路板中，既保留了壓電傳感器的電氣特性，又便于安裝。
[0004]在航天結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要具有小型化，低功耗，集成度高等特點(diǎn)，同時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)必須具有很高的信噪比和一致性?；趬弘妸A層原件的健康監(jiān)測(cè)方法在航天領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中存在以下問題:
(I)航天器在軌運(yùn)行時(shí)受到的電磁輻射，宇宙射線的照射以及航天器內(nèi)電氣設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生的電磁干擾，都將使壓電夾層在高頻輻射的環(huán)境中進(jìn)行工作，使得采集到的信號(hào)頻譜混亂，信噪比較低，信號(hào)的可靠性、一致性都較差，增大了提取損傷特征值的難度。
.[0005](2)為了增強(qiáng)壓電傳感器與結(jié)構(gòu)的耦合效率并保證壓電傳感器的激勵(lì)性能和傳感性能，常使用單面雙極壓電陶瓷原件。然而由于壓電傳感器的電極只是一層很薄的導(dǎo)電材料，與電壓片的連接強(qiáng)度很低，航天結(jié)構(gòu)的發(fā)射過程中產(chǎn)生的巨大持續(xù)的振動(dòng)以及在軌運(yùn)行時(shí)空間碎片的撞擊，都易造成電極脫落，導(dǎo)致壓電夾層失效。
[0006](3)為了保證監(jiān)測(cè)的精度和范圍，作為驅(qū)動(dòng)器和傳感器所使用的壓電傳感器數(shù)量龐大，相鄰壓電夾層之間距離較小，當(dāng)幅值較大的高頻交變電流在驅(qū)動(dòng)器的線路上傳播時(shí)，易對(duì)附近傳感路線產(chǎn)生串?dāng)_，改變傳感信號(hào)的幅值，增加損傷特征值提取的難度。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)問題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有壓電夾層在航天結(jié)構(gòu)高頻輻射的環(huán)境中工作時(shí)易受到電磁干擾，可靠性不高的缺陷，提供一種能夠應(yīng)用于航天結(jié)構(gòu)的壓電夾層，其可增強(qiáng)壓電夾層的抗電磁干擾能力，提高壓電夾層在航天結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的可靠性。
[0009]技術(shù)方案 為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的新型電磁屏蔽壓電夾層包括柔性電路板、壓電傳感器和SMA接口，其中，壓電傳感器粘貼在柔性電路板的一側(cè)，所述的SMA接頭固定連接在柔性電路板的另一側(cè)，其固定連接位置的背面鋪設(shè)絕緣膜。
[0010]更進(jìn)一步地，所述的柔性電路板由導(dǎo)線、絕緣層和電磁屏蔽層組成，所述的壓電傳感器的電極與柔性電路板的焊盤連接，并通過導(dǎo)線與SMA接口連接。
[0011]更進(jìn)一步地，所述的電磁屏蔽層為銅膜，設(shè)置于所述的絕緣層之間。
[0012]更進(jìn)一步地，所述的電磁屏蔽層與壓電傳感器對(duì)應(yīng)的位置開設(shè)有壓電傳感器位置觀察區(qū)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的新型電磁屏蔽壓電夾層的結(jié)構(gòu)，其制作過程如下:
首先，根據(jù)壓電傳感器的形狀和電極位置在柔性電路板上預(yù)留一個(gè)壓電傳感器位置觀察區(qū)和焊盤區(qū)域，在柔性電路板的另一端，預(yù)留通用SMA接頭管腳的焊盤區(qū)域，將柔性電路板的其余位置全部進(jìn)行鋪銅操作，并將鋪銅層與電路地線連接。
[0014]然后，將柔性電路板的上管腳的焊盤與SMA接頭進(jìn)行焊接方式的導(dǎo)通，并對(duì)焊接后的位置鋪設(shè)絕緣膜。使用高強(qiáng)度膠將SMA接頭的四周與柔性電路板膠接加固。再將壓電傳感器放置到柔性電路板相應(yīng)位置，通過焊接方式將電極和柔性電路板導(dǎo)通。
[0015]最后，將壓電傳感器、柔性電路板以及SMA接頭實(shí)現(xiàn)電路連接之后，將壓電傳感器周圍以及柔性電路板需要與結(jié)構(gòu)表面接觸的區(qū)域均勻覆膠，將壓電夾層整體膠接到結(jié)構(gòu)表面。
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案的抗高頻電磁干擾壓電夾層通過對(duì)柔性電路板的鋪銅操作，使得壓電夾層中信號(hào)線周圍環(huán)繞一層地線，從而顯著提高信號(hào)的抗高頻電磁干擾的能力。壓電夾層在結(jié)構(gòu)表面整體膠接的方式不僅提高了其整體強(qiáng)度，還提高了壓電傳感器電極與電路之間的連接強(qiáng)度，提高了壓電夾層中各部分電氣連接的可靠性。
[0017]有益效果
本發(fā)明技術(shù)方案的新型電磁屏蔽壓電夾層提高了壓電夾層的抗高頻電磁干擾的能力，減弱了相鄰壓電夾層內(nèi)信號(hào)的串?dāng)_，增加了信號(hào)的信噪比，提高了可靠性和一致性，增強(qiáng)了壓電傳感器與結(jié)構(gòu)的耦合效率，保證了壓電傳感器的激勵(lì)性能和傳感器性能，在航天結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，不易導(dǎo)致壓電傳感器失效或者電極脫落，很好地解決了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的壓電夾層在航天結(jié)構(gòu)使用過程中易受高頻電磁干擾，易脫落或失效的問題，其制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，可以促進(jìn)壓電夾層在航天結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的廣泛應(yīng)用。
[0018]說明書附圖
圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的新型電磁屏蔽壓電夾層的主視圖；
圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的新型電磁屏蔽壓電夾層的俯視圖；
圖3 (a)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的新型電磁屏蔽壓電夾層的剖視圖，(b)是(a)A-A向示意圖；
圖4是新型電磁屏蔽壓電夾層應(yīng)用于板類結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的主視圖；
圖5是新型電磁屏蔽壓電夾層應(yīng)用于板類結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的俯視圖；
圖6是新型電磁屏蔽壓電夾層應(yīng)用于板類結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)時(shí)壓電傳感器部分的細(xì)節(jié)圖。
【具體實(shí)施方式】[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0020]如圖1、圖2所示，本實(shí)施例的新型電磁屏蔽壓電夾層包括柔性電路板1、壓電傳感器2和SMA接口 3，其中，壓電傳感器2粘貼在柔性電路板I的一側(cè)，所述的SMA接口 3固定連接在柔性電路板I的另一側(cè)，其固定連接位置的背面鋪設(shè)絕緣膜4，絕緣膜4用于防止柔性電路板與SMA接口 3的焊點(diǎn)6與結(jié)構(gòu)表面導(dǎo)通。
[0021]如圖3所示，所述的柔性電路板I由導(dǎo)線5、絕緣層7和電磁屏蔽層8組成，所述的壓電傳感器2的電極與柔性電路板I的焊盤10連接，并通過導(dǎo)線5與SMA接口 3連接。所述的電磁屏蔽層8為銅膜，設(shè)置于所述的兩個(gè)絕緣層7之間。所述的電磁屏蔽層8與壓電傳感器2對(duì)應(yīng)的位置開設(shè)有壓電傳感器位置觀察區(qū)，以便于對(duì)壓電傳感器2狀態(tài)的觀察。
[0022]如圖3所示，可以看出壓電夾層從上到下分為四層:第一層為柔性電路板絕緣層7，主要用于保護(hù)電路；第二層為電路層，其中壓電傳感器2的電極與柔性電路板的焊盤10直接采用焊接或?qū)щ娔z9連接。第三層為電磁屏蔽層，該層主要用于防止電路受到電磁輻射的干擾，電磁屏蔽層選用銅膜。第四層為壓電傳感器2，這部分可根據(jù)需要作為傳感器或激勵(lì)器。
[0023]如圖4、圖5所示，為本實(shí)施例的新型電磁屏蔽壓電夾層應(yīng)用于板類結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)時(shí)的正視圖和俯視圖；如圖6所示，為本實(shí)施例的新型電磁屏蔽壓電夾層應(yīng)用于板類結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)時(shí)壓電傳感器部分的細(xì)節(jié)圖。在具體應(yīng)用時(shí)，壓電夾層的下表面整體使用膠粘劑11粘貼到結(jié)構(gòu)表面，整體附膠的方式不僅加強(qiáng)了柔性電路板I和壓電傳感器2的連接強(qiáng)度，還增加了整個(gè)壓電夾層的強(qiáng)度，使其不易在航天器發(fā)射過程中以及受到空間碎片的撞擊后脫落或者失效。
【權(quán)利要求】
1.一種新型電磁屏蔽壓電夾層，包括柔性電路板(I)、壓電傳感器(2 )和SMA接口( 3 )，其中，壓電傳感器(2)粘貼在柔性電路板(I)的一側(cè)，其特征在于，所述的SMA接頭(3)固定連接在柔性電路板(I)的另一側(cè)，其固定連接位置的背面鋪設(shè)絕緣膜(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的新型電磁屏蔽壓電夾層，其特征在于，所述的柔性電路板(I)由導(dǎo)線(5)、絕緣層(7)和電磁屏蔽層(8)組成，所述的壓電傳感器(2)的電極與柔性電路板Cl)的焊盤(10)連接，并通過導(dǎo)線(5)與SMA接口(3)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的新型電磁屏蔽壓電夾層，其特征在于，所述的電磁屏蔽層(8)與壓電傳感器(2)對(duì)應(yīng)的位置開設(shè)有壓電傳感器位置觀察區(qū)。
【文檔編號(hào)】G01D5/12GK103438910SQ201310352831
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】王曉宇, 裘進(jìn)浩, 張超, 王國(guó)棟, 孫維 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)