[发明专利]一种用于空心类紧固件超声传感器加工中的绝缘遮蔽结构

说明书

本发明创造提供了一种用于空心类紧固件超声传感器加工中的绝缘遮蔽结构，包括紧固件基体、压电层、绝缘保护层、金属电极层，压电层、绝缘保护层、金属电极层依次设置在紧固件基体端面上，所述紧固件基体中间设有中心孔，金属电极层在中心孔的外侧依次设有内绝缘环和外绝缘环，内绝缘环和外绝缘环与中心孔同轴。本发明创造所述的一种应用于空心类紧固件超声传感器加工中的绝缘遮蔽结构，增强了传感器双电极结构的稳定性、保证了闭合回路的形成，有利于超声传感器顺利完成电信号和机械信号之间的转换，大大提高了在空心销轴类紧固件上制备超声传感器的合格率。

技术领域

本发明创造属于空心销传感器领域，尤其是涉及一种用于空心类紧固件超声传感器加工中的绝缘遮蔽结构。

背景技术

根据圆轴扭转时截面上剪切应力的分布规律可知，截面上各点处的剪切应力大小与该点到轴心的距离成正比，故轴心处的剪切应力为零，可以简单认为接近轴心处的材料没有充分发挥作用。把轴设计为空心销轴，可以充分利用材料，减轻零部件质量。大量的实验结果表明，壁厚设计合理的空心销轴可以在载荷相同的条件下保持和实心轴相当的力学性能和服役寿命。在一些对质量要求比较严格的机械设备上，采用空心销轴的设计已经非常普遍。

智能螺栓的超声传感器目前已发展了两代：第一代采用贴片式超声传感器，将其粘贴在螺栓的头部或尾端；第二代通过物理气相沉积的方式在螺栓头部或尾端原位生长永久型超声传感器，从而解决贴片式超声传感器稳定性差，胶黏剂老化等问题。目前，通过物理气相沉积在紧固件上制备超声传感器，再利用相应测量仪器完成信号采集处理从而检测紧固件预紧力的技术成为了研究热点，具有广阔的应用前景。

永久型超声传感器一般包含压电层，绝缘层和金属层三层结构，在现有的加工方式下，在压电层和绝缘层制备完成后，需要根据紧固件的规格和头型在加工端面粘附一定尺寸的绝缘遮蔽环模具，物理性遮挡金属层的沉积并最终形成由表面中心圆金属层和零件剩余部分作为电极的完整闭合回路。但空心圆柱体的销轴，在制备金属层的过程中无法避免金属在内壁沉积成膜，最终整个零件串联导通，不能构成双电极结构、无法形成闭合回路、电信号不能激发产生机械信号，导致预紧力无法测量；尝试改变沉积方式——工装不旋转，试样垂直正对靶材静止沉积，保持加工端面和靶材表面平行，但内壁仍难以避免金属层的沉积与附着，零件各部分电阻值差异明显，无法完成预紧力的测量。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种用于空心类紧固件超声传感器加工中的绝缘遮蔽结构，以解决传统单绝遮蔽环传感器应用在空心销类紧固件两电极短路问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种用于空心类紧固件超声传感器加工中的绝缘遮蔽结构，包括紧固件基体、压电层、绝缘保护层、金属电极层，压电层、绝缘保护层、金属电极层依次设置在紧固件基体端面上，所述紧固件基体中间设有中心孔，金属电极层在中心孔的外侧依次设有内绝缘环和外绝缘环，内绝缘环和外绝缘环与中心孔同轴。

进一步的，所示外绝缘环内壁与内绝缘环外壁之间的距离至少为1.5mm，便于探头安装和信号采集测量。

进一步的，所述外绝缘环和内绝缘环的宽度均为1-3mm。外绝缘环和内绝缘环设置的宽度能够便于外绝缘环和内绝缘环的贴附和去除，并且使外绝缘环和内绝缘环能够易于保持环形结构。

进一步的，所述紧固件基体为螺栓，内绝缘环的内环直径至少为中心孔的孔径，能够保证紧固件基体的中心孔内壁与中心电极绝缘。外绝缘环的内环直径不超过螺栓的螺纹小径，能够保证超声波的有效传输。

进一步的，所述内绝缘环和外绝缘环与空心销的同轴度最大为0.1mm。同轴度能够保证电极结构和信号的稳定性。

进一步的，所述金属电极层厚度至少为2μm。金属电极层厚度保证电极导电性，起到一定的保护传感器整体结构的作用。

一种用于空心类紧固件超声传感器加工中的绝缘遮蔽结构的加工方法，包括如下步骤：