[发明专利]一种结构加强的超声传感器

说明书

本发明涉及一种用于结构健康监测结构加强的超声传感器，该传感器包括一个双面压电陶瓷元件和封装壳体。封装壳体，所述封装壳体的一侧向内凹陷，形成一块具有上部边缘的内凹部，所述内凹部中设置有支撑部，所述封装壳体的侧壁或底部设置有开口；所述双面压电陶瓷元件安装在内凹部中，并由支撑部支撑，所述双面压电陶瓷元件朝外的一面低于内凹部的上部边缘，多根导线连接双面压电陶瓷元件的电极，并通过开口延伸到所述封装壳体的外部。可以选的，结构加强的超声传感器还包括连接有多根导线的PCB板，PCB板安装在内凹部中，并由支撑部支撑；双面压电陶瓷元件安装于PCB板上，并与PCB板连接，双面压电陶瓷元件朝外的一面低于内凹部的上部边缘。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种结构加强的超声传感器。

背景技术

压电传感器可以通过将机械应力转换成电荷来测量压力、力、加速度或应变，它也可以通过将电荷转换成机械波来产生声音。在结构健康监测(SHM)的应用中，压电传感器可用于生成和接收超声波波形以探测结构损伤。压电传感器的主要部件是一个双面压电陶瓷元件，压电陶瓷元件的一面永久地粘合到目标结构上以发送和接收超声波信号。用于结构健康监测的压电传感器通常较薄、较硬且非常脆弱。当传感器安装到目标结构上时，如果被测结构是导体，传感器电极极其容易和被测结构发生短路，这会降低传感器的性能。当多个传感器安装到是导体的目标结构上时，这些传感器可能会发生相互短路。因此，在将压电传感器结合到目标结构上时，要非常小心。一种方法是将压电传感器安装到柔性电路上，并采用环氧树脂将柔性电路与结构粘合在一起。相比将压电传感器裸露在外，这种方法能够为压电传感器提供更好的保护，但当柔性电路弯曲在压电圆盘区域上时，压电传感器仍可能在安装过程中受到损坏，也仍然很容易与目标结构发生电短路。安装这种柔性电路压电传感器还需要大量人力并使用入真空袋和气泵等特殊工具。安装完成后，即便在柔性电路的保护下，压电传感器仍然容易受到外部冲击和应变影响。因此，市场急需易于安装、耐外部冲击且操作性更强的机械强化压电传感器来应用于结构健康监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于结构健康监测的结构加强的超声传感器，用以解决现有的压电传感器容易损坏和安装不便的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种结构加强的超声传感器，所述结构加强的超声传感器包括至少一个双面压电陶瓷元件，所述双面压电陶瓷元件连接有多根导线；所述结构加强的超声传感器还包括：

封装壳体，所述封装壳体的一侧向内凹陷，形成一块具有侧壁的内凹部，所述内凹部中设置有支撑部，所述封装壳体的侧壁或底部设置有开口；

所述双面压电陶瓷元件安装在内凹部中，并由支撑部支撑，所述双面压电陶瓷元件朝外的一面低于内凹部的上部边缘，多根导线通过开口延伸到所述封装壳体的外部。

优选地，所述结构加强的超声传感器还包括连接有多根导线的PCB板，所述PCB板安装在内凹部中，并由支撑部支撑；所述双面压电陶瓷元件安装于所述PCB板上，并与所述PCB板连接，所述双面压电陶瓷元件朝外的一面低于内凹部的上部边缘，多根导线通过开口延伸到所述封装壳体的外部。

优选地，所述封装壳体具有围绕所述开口的延伸臂管或保护层。

优选地，多根导线分别具有一个保护层。

优选地，所述双面压电陶瓷元件与所述封装壳体之间的间隙使用胶水、环氧树脂或防水材料密封。

优选地，多根导线与所述封装壳体之间的间隙使用胶水、环氧树脂或防水材料密封。

优选地，所述双面压电陶瓷元件的形状为圆形、环形、三角形、矩形或多边形。

优选地，所述封装壳体的形状为圆形、环形、三角形、矩形或多边形。