本實(shí)用新型涉及一種用于管道無損檢測的單晶傳感器，特別涉及一種單晶傳感器封裝的保壓裝置，屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超聲導(dǎo)波檢測作為一種新興的無損檢測技術(shù)，已廣泛運(yùn)用于檢測管道、鐵軌、高速公路防撞護(hù)欄和鐵軌等結(jié)構(gòu)體中的缺陷。超聲導(dǎo)波運(yùn)用低頻超聲波對結(jié)構(gòu)體進(jìn)行檢測，其衰減較小，因此可實(shí)現(xiàn)長距離檢測；超聲導(dǎo)波在結(jié)構(gòu)體中的振動遍及結(jié)構(gòu)體的整個截面，因此可對結(jié)構(gòu)體進(jìn)行全面檢測。

超聲導(dǎo)波的激勵和接收在超聲導(dǎo)波檢測中尤為重要，能否激勵出期望的導(dǎo)波模態(tài)直接關(guān)系到檢測的可靠性。在試驗(yàn)室環(huán)境下可以運(yùn)用壓電晶片直接粘結(jié)在管道上進(jìn)行缺陷檢測，但此方法不適用于工程檢測，因?yàn)閴弘娋辰Y(jié)在管道上以后無法取下，不能重復(fù)利用。因此，實(shí)際檢測時需要對壓電晶片進(jìn)行封裝，制作成傳感器。

現(xiàn)有的超聲波傳感器封裝方法為將壓電元件固定在傳感器外殼內(nèi)，然后將環(huán)氧樹脂膠水和軟木粉或金屬粉末混合后灌入外殼內(nèi)。由于環(huán)氧樹脂膠水在固化過程中會產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，這必將使壓電元件內(nèi)部產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力，降低了傳感器的靈敏度。

中國實(shí)用新型專利CN201107299Y公開了一種高性能管道超聲導(dǎo)波檢測傳感器，該專利公開了超聲導(dǎo)波弛豫鐵電單晶傳感器的主要結(jié)構(gòu)，其背襯層運(yùn)用灌裝的方式進(jìn)行封裝，一定程度上降低了傳感器靈敏度。

中國實(shí)用新型專利CN101325824A公開說明書公開了一種超聲波傳感器的制造方法，該方法運(yùn)用焊接的方法用導(dǎo)線把壓電片的電極引到導(dǎo)電體上，焊接時必然伴隨著對壓電片進(jìn)行一定程度加熱，這會導(dǎo)致壓電片一定程度的退極化，降低了壓低片的壓電常數(shù)，進(jìn)而降低傳感器的靈敏度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種操作簡單，對人員技術(shù)要求較低，成本低，成品率高的超聲導(dǎo)波弛豫鐵電單晶傳感器封裝的保壓裝置。

本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種超聲導(dǎo)波弛豫鐵電單晶傳感器封裝的保壓裝置，包括頂緊螺栓、殼體、上壓塊、下壓塊和導(dǎo)向彈性支撐機(jī)構(gòu)，所述殼體呈矩形，包括連接成一體的上邊、下邊和兩個側(cè)邊，所述頂緊螺栓下端垂直擰入殼體的上邊后抵靠在上壓塊上端面上，上壓塊下端面抵靠在下壓塊的上側(cè)，下壓塊四角通過導(dǎo)向彈性支撐機(jī)構(gòu)支撐在殼體的下邊上；所述導(dǎo)向彈性支撐機(jī)構(gòu)包括分別設(shè)置在下壓塊四角的導(dǎo)向孔、導(dǎo)向螺釘和彈簧；導(dǎo)向螺釘上端的光桿與下壓塊對應(yīng)的導(dǎo)向孔間隙配合，導(dǎo)向螺釘下端擰入下邊中，彈簧套在導(dǎo)向螺釘中部上，且位于下壓塊和下邊之間。

本實(shí)用新型的目的還可以通過以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，其中所述導(dǎo)向螺釘上端的光桿垂直方向上刻有刻度；所述上壓塊呈T形，所述T形的上橫邊上側(cè)設(shè)有與頂緊螺栓下端端頭間隙配合的上壓塊沉孔。所述T形的垂直邊的寬度與傳感器寬度相同。

進(jìn)一步的，其中所述下壓塊上側(cè)設(shè)有放置傳感器的下壓塊沉孔。

本實(shí)用新型采用頂緊螺栓和導(dǎo)向彈性支撐機(jī)構(gòu)夾持粘接體的型式，通過上、下壓塊對封裝的進(jìn)行對壓，并可通過導(dǎo)向螺釘上端光桿上的刻度設(shè)定保壓力，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，提高了弛豫鐵電單晶傳感器的封裝質(zhì)量，降低了壓電晶片在封裝時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，提高了弛豫鐵電單晶傳感器的靈敏度，提高了成品率，降低了的弛豫鐵電單晶傳感器的制造成本。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說明進(jìn)行圖示和解釋，這些實(shí)施例，是參照附圖僅作為例子給出的。

附圖說明:

圖1 是本實(shí)用新型保壓裝置的主視圖；

圖2 是圖1的A-A剖視圖；

圖3是導(dǎo)向螺釘上端的光桿垂直方向上刻有刻度的放大示意圖；

圖4是匹配層和壓電晶片組件與背襯層粘接后的立體圖；

圖5是匹配層和壓電晶片組件、背襯層與外殼和同軸連接器的裝配過程的立體圖；

圖6是弛豫鐵電單晶傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，所舉實(shí)施例僅用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。

如圖1～圖3所示，本實(shí)施例的超聲導(dǎo)波弛豫鐵電單晶傳感器封裝的保壓裝置1包括頂緊螺栓11、殼體12、上壓塊13、下壓塊14和導(dǎo)向彈性支撐機(jī)構(gòu)15，殼體12呈矩形，包括連接成一體的上邊121、下邊122和兩個側(cè)邊123，頂緊螺栓下11端垂直擰入殼體12的上邊121后抵靠在上壓塊13上端面上，上壓塊13下端面抵靠在下壓塊14的上側(cè)，下壓塊14四角通過導(dǎo)向彈性支撐機(jī)構(gòu)15支撐在殼體的下邊122上。下壓塊14上側(cè)設(shè)有放置傳感器的下壓塊沉孔141。

上壓塊13呈T形，所述T形的上橫邊131上側(cè)設(shè)有與頂緊螺栓11下端端頭間隙配合的上壓塊沉孔133，T形的垂直邊132的寬度與傳感器寬度相同。本實(shí)施例的下壓塊14的下部垂直邊132的寬度為4mm，使得保壓時被保壓部件受力均勻。

導(dǎo)向彈性支撐機(jī)構(gòu)15包括分別設(shè)置在下壓塊14四角的導(dǎo)向孔141、導(dǎo)向螺釘151和彈簧152，導(dǎo)向螺釘151上端的光桿151-1與下壓塊14對應(yīng)的導(dǎo)向孔141間隙配合構(gòu)成簡易的導(dǎo)套導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向螺釘151下端擰入下邊122中，彈簧152套在導(dǎo)向螺釘151中部上，且位于下壓塊14和下邊122之間。導(dǎo)向螺釘151上端的光桿151-1垂直方向上刻有刻度151-2，可以根據(jù)彈簧152的壓縮量來計量彈簧152的受力。本實(shí)施例彈簧152的K值為0.5N/mm，設(shè)置10N保壓力時彈簧152的壓縮量為5mm。

如圖4～圖6所示，采用本實(shí)用新型對封裝的弛豫鐵電單晶傳感器的保壓過程如下：

1）粘結(jié)匹配層21和壓電晶片22

將聲阻抗接近碳鋼管的不銹鋼片作為匹配層21放置在工作臺上，用環(huán)氧樹脂膠均勻涂覆在匹配層21上，將壓電晶片22的負(fù)極面與匹配層21粘結(jié)。壓電晶片22采用長度伸縮型弛豫鐵電單晶片，本實(shí)施例的壓電晶片22尺寸為25mm×4mm×1mm，壓電晶片22的正負(fù)電極面鍍銀，負(fù)極通過壓電晶片224的側(cè)面經(jīng)過兩次彎折引到壓電晶片22的正面，引出的負(fù)極長度為3mm，正極面的實(shí)際長度為20mm，正負(fù)極之間的間距為2mm。

2）對匹配層21和壓電晶片22組件加壓并保壓

將粘結(jié)后的匹配層21和壓電晶片22組件的中心對準(zhǔn)保壓裝置1的下壓塊沉孔141中心后放入到下壓塊沉孔141中；旋轉(zhuǎn)頂緊螺栓11，使頂緊螺栓11推動上壓塊13壓緊匹配層21和壓電晶片22組件，下壓塊14壓住彈簧152下沉，直至導(dǎo)向螺釘151上端的光桿151-1的刻度指示上壓塊13和下壓塊14對匹配層21和壓電晶片22組件已有10N的壓力，在此壓力下常溫保壓12小時。

3）制備背襯層23

將環(huán)氧樹脂膠、碳化硅和聚硫橡膠混合后澆灌到模具中制成長方體形的背襯層23，本實(shí)施例的背襯層外形為長方體形，其平尺寸為25mm×4mm×5mm。背襯層高度方向與水平方向相鄰的兩個面的中心向上分別開槽，槽的寬度為2mm，深度為0.2mm，用于嵌入電極銅箔。

4）正極銅箔24和負(fù)極銅箔25定位在壓電晶片22上并與背襯層21粘接

將經(jīng)過步驟2）加壓和保壓的匹配層21和壓電晶片22組件水平放置在工作臺上，使壓電晶片22具有正負(fù)極的一面朝上；將垂直于匹配層21和壓電晶片22組件縱向的正極銅箔24放置在壓電晶片22的縱向中心，其中，正極銅箔24與壓電晶片22正極面的重疊長度為3mm；接著將垂直于匹配層21和壓電晶片22組件的負(fù)極銅箔25橫向放置在壓電晶片22橫向一側(cè)中心，負(fù)極銅箔25與壓電晶片22負(fù)極面的重疊長度為3mm；然后將環(huán)氧樹脂膠均勻涂覆在背襯層23的下面后將背襯層23粘結(jié)到壓電晶片22上，此時正極銅箔24及負(fù)極銅箔25壓在背襯層23和壓電晶片22之間。

5）對匹配層21和壓電晶片22組件與背襯層23的粘接體加壓并保壓

先將粘結(jié)后的匹配層21和壓電晶片22組件與背襯層23的粘接體中心對準(zhǔn)保壓裝置1的下壓塊沉孔141中心，再放入到下壓塊沉孔141中；旋轉(zhuǎn)頂緊螺栓11，使頂緊螺栓11推動上壓塊13壓緊匹配層21和壓電晶片22組件與背襯層23的粘接體，下壓塊14壓住彈簧152下沉，直至導(dǎo)向螺釘151上端的光桿151-1的刻度指示上壓塊13和下壓塊14對匹配層21和壓電晶片22組件與背襯層23的粘接體已有10N的壓力，在此壓力下常溫下保壓12小時；

6）裝配外殼26

先將正極導(dǎo)線27一端和負(fù)極導(dǎo)線28一端分別與對應(yīng)的正極銅箔24上端和負(fù)極銅箔25上端焊連，然后將正極導(dǎo)線27和負(fù)極導(dǎo)線28從外殼26上部的圓孔261中引出。用環(huán)氧樹脂膠均勻涂涂覆在背襯層23上部，然后將匹配層21和壓電晶片22組件與背襯層23的粘接體套進(jìn)外殼26內(nèi)，使得外殼26與粘接體粘接成一體。將絕緣漆均勻涂覆于正極銅箔24和負(fù)極銅箔25的外表面及其與正極導(dǎo)線27一端和負(fù)極導(dǎo)線28焊接點(diǎn)，靜置30分鐘至絕緣漆凝固。絕緣漆可以防止正極銅箔24和負(fù)極銅箔25同時與外殼26接通而發(fā)生短路。焊接溫度為240℃，焊錫絲選用0.5mm無鉛焊錫絲。

7）對匹配層21和壓電晶片22組件、背襯層23和外殼26的粘接體加壓并保壓

將粘結(jié)后的匹配層21和壓電晶片22組件與背襯層23、外殼26的粘接體中心對準(zhǔn)保壓裝置1的下壓塊沉孔141中心后放入到下壓塊沉孔141中；旋轉(zhuǎn)頂緊螺栓11，使頂緊螺栓11推動上壓塊13壓緊匹配層21和壓電晶片22組件與背襯層23、外殼26的粘接體，下壓塊14壓住彈簧152下沉，直至導(dǎo)向螺釘151上端的光桿151的刻度指示上壓塊13和下壓塊14對匹配層21和壓電晶片22組件與背襯層23、外殼26的粘接體已有10N的壓力，在此壓力下常溫下保壓12小時。

8）裝配同軸連接器29

先將正極導(dǎo)線27另一端與同軸連接器29中的中間針腳焊連，再將負(fù)極導(dǎo)線28另一端與同軸連接器29的邊緣針腳焊連，用環(huán)氧樹脂膠均勻涂覆在同軸連接器28的外表面，然后將同軸連接器29裝配到外殼26上部的圓孔261中，使同軸連接器29上端面與外殼26上端面保持平齊。

9）對匹配層21和壓電晶片22組件、背襯層23和裝有同軸連接器29的外殼26粘接體加壓并保壓

將粘結(jié)后的匹配層21和壓電晶片22組件、背襯層23和裝有同軸連接器29的外殼26粘接體的中心對準(zhǔn)保壓裝置1的下壓塊沉孔141中心后放入到下壓塊沉孔141中；旋轉(zhuǎn)頂緊螺栓11，使頂緊螺栓11推動上壓塊13壓緊匹配層21和壓電晶片22組件、背襯層23和裝有同軸連接器29的外殼26的粘接體，下壓塊14壓住彈簧152下沉，直至導(dǎo)向螺釘151上端的光桿151-1的刻度指示上壓塊13和下壓塊14對匹配層和壓電晶片22組件與背襯層23、裝有同軸連接器29的外殼26的粘接體已有10N的壓力，在此壓力下常溫下保壓12小時。

10）粘結(jié)擋片30

選用有機(jī)玻璃板作為擋片30，將環(huán)氧樹脂膠均勻涂覆在擋片30一側(cè)面上，然后在匹配層21和壓電晶片22組件、背襯層23和裝有同軸連接器29的外殼26的粘接體的縱向兩端端面各粘接一片擋片30；將匹配層21和壓電晶片22組件、背襯層和裝有同軸連接器29的外殼26的粘接體在常溫下靜置12小時，使環(huán)氧樹脂膠完全固化，完成超聲導(dǎo)波弛豫鐵電單晶傳感器的封裝。擋片起到固定背襯層23、壓電晶片22和匹配層21的作用，并保護(hù)壓電晶片22免受外界機(jī)械力損壞或者化學(xué)腐蝕。本實(shí)施例擋片30的尺寸為4mm×1mm×6mm。

除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍內(nèi)。