專利名稱：能進(jìn)行超聲波精確測量具有超聲波傳感器的連接件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種機(jī)械上的連接零部件，特別是一種具有在低、高溫、水、水溶液、化學(xué)品、及高能輻射中仍能保持其穩(wěn)定性的超聲波傳感器裝置的技術(shù)。能通過超聲波測量儀對(duì)組裝時(shí)連接零部件的預(yù)緊力，對(duì)拉力、扭力進(jìn)行精確的測量。本實(shí)用新型超聲波傳感器具有分層結(jié)構(gòu)，它的功能層、電極層和壓電層通過物理和化學(xué)鈍化層來固定或嵌入，通過緊湊的層結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步減少化學(xué)活性面。利用這些鈍化層來抑制由高溫或高能輻射所激發(fā)的擴(kuò)散、氧化、脫氧，減少以及腐蝕等化學(xué)降解過程。通過在緊湊的物理化學(xué)防護(hù)層中進(jìn)一步的固定和嵌入使得超聲波傳感器裝置表面化學(xué)活性的減少得以實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
目前，利用超聲波檢測技術(shù)對(duì)組裝時(shí)的機(jī)械連接零部件進(jìn)行檢測，如對(duì)螺釘或螺栓在組裝時(shí)的預(yù)緊力、張力的檢測。在檢測中，在連接零部件的端面上設(shè)置超聲波傳感器， 一般的超聲波傳感器缺點(diǎn)在于超過200°C時(shí)，它的功能層就會(huì)擴(kuò)散、氧化、脫氧減少以及腐蝕，后果是完全失去壓電功能，無法進(jìn)行正常的檢測工作；另一個(gè)缺點(diǎn)是水和液體浸入后， 會(huì)導(dǎo)致電極層和壓電層的功能消失。在目前的超聲波傳感器中使用了聚偏氟乙烯膜材料， 其缺點(diǎn)是不耐高溫，溫度超過約70°C時(shí)就開始老化，在極端情況下甚至可能溶解，并且在表面觀察不到，因此利用這樣受損的超聲波傳感器進(jìn)行檢測，會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，所發(fā)生的誤差率達(dá)到40%，甚至無法進(jìn)行超聲波測量。此外，在機(jī)械連接零部件的測量面使用耦合凝膠的耦合超聲波傳感器進(jìn)行測量時(shí)并不適合，因?yàn)樵谔筋^定位時(shí)，微小的差異會(huì)導(dǎo)致超聲波耦合預(yù)備時(shí)間的差別，無法實(shí)現(xiàn)所需測量的精確度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種具有超聲波傳感器的連接件，其傳感器在1500°C以上高溫時(shí)，仍能夠長期保持穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)耐水、化學(xué)品的浸蝕和高能輻射，并保持其工作穩(wěn)定性。本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下它包括連接件，其特征在于在連接件的一端面或兩端面上設(shè)置超聲波傳感器原件，其結(jié)構(gòu)是，逐層分別嵌鍍壓電層，鈍化層和電極層， 即最內(nèi)層設(shè)置第一鈍化層，在第一鈍化層上面中部設(shè)置壓電層，在壓電層上面及壓電層外周的第一鈍化層上面設(shè)置第二鈍化層，第二鈍化層的上面中部設(shè)置環(huán)狀第一電極層，在環(huán)狀第一電極層內(nèi)設(shè)置第二電極層，在環(huán)狀第一電極層和第二電極層上面及外周的第二鈍化層上面設(shè)置第三鈍化層，在第三鈍化層的上面設(shè)置機(jī)械防護(hù)層。本實(shí)用新型所述的這些嵌鍍層，可以由各種不同的材料構(gòu)成以滿足各種用途。通過不同的材質(zhì)構(gòu)造使得它們具有抗潮濕和腐蝕性介質(zhì)等特性。上述的連接件可以是螺釘、螺栓、螺柱、空心釘、鉚釘、銷釘、法蘭、拉桿、發(fā)動(dòng)機(jī)零件或飛機(jī)零件等。[0008]上述的壓電層表面設(shè)置傾斜角度以適宜發(fā)射和接受縱向以及線性橫向偏振超聲波。本實(shí)用新型的積極效果是連接件上的超聲波傳感器裝置在高于500°C以上高溫時(shí)，仍能夠長期保持穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)耐水、化學(xué)品的浸蝕和高能輻射，并保持其工作穩(wěn)定性。 檢測結(jié)果更精確。在設(shè)備維護(hù)期間能隨時(shí)對(duì)任何連接件進(jìn)行檢測，檢測方便。

圖1是本實(shí)用新型的超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖2是超聲波傳感器可以嵌鍍在另一端面的示意圖。圖3是第一電極層和第二電極層平面設(shè)置示意圖。圖4是本實(shí)用新型連接超聲波檢測設(shè)備示意圖。圖5、圖6、圖7、圖8、圖9是幾種不同形狀連接件設(shè)置超聲波傳感器裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
見圖1、2、3，具體實(shí)施例1結(jié)構(gòu)如下本實(shí)用新型的連接零部件為帶連接螺紋1的螺柱10，在組裝時(shí)，它擰入一個(gè)部件的螺孔或螺母。在螺柱10的一個(gè)端面2或兩個(gè)端面2、 12上(見圖2)設(shè)置超聲波傳感器裝置11，超聲波傳感器裝置11的結(jié)構(gòu)是在螺柱10的端面上，即最內(nèi)層嵌鍍第一鈍化層9，第一鈍化層9采用材料二氧化硅、氮氧化硅、氧化鋁、碳化硅或碳氮化硅，在第一鈍化層化層9上面的中部嵌鍍壓電層3，壓電層3采用氧化鋅、硅、鋇鈦、鈮酸鋰或鎵磷酸鹽；在壓電層3上面及壓電層外周的第一鈍化層上面設(shè)置第二鈍化層 8，第二鈍化層8采用二氧化硅、氮氧化硅、氧化鋁、碳化硅或碳氮化硅；在第二鈍化層8的上面中部設(shè)置電極層，電極層設(shè)有兩個(gè)相互隔離的電極，本實(shí)施例的兩二個(gè)電極設(shè)有環(huán)狀第一電極4，在環(huán)狀第一電極4內(nèi)設(shè)置第二電極5，電極層材料可選用以下一種材料鈦、氮化鈦、氮化鈦硅、鈦氮化鋁、碳化硅或碳氮化硅。還可采用兩個(gè)平行的電極。在環(huán)狀第一電極 4和第二電極5上面及外周的第二鈍化層8上面設(shè)置第三鈍化層7，第三鈍化層7采用二氧化硅、氮氧化硅、氧化鋁、碳化硅或碳氮化硅材料；在第三鈍化層的上面設(shè)置機(jī)械防護(hù)層6 ； 機(jī)械防護(hù)層6選用氮化鈦、氮化鈦硅、鈦氮化鋁、氮化硅、、氮化鋁或碳化硅(根據(jù)需要來選用不同的材料)。超聲波傳感器的分層結(jié)構(gòu)具有高度的附著力(大于50牛頓每平方毫米)，可以避免發(fā)生連接錯(cuò)誤，可以更為精確的測量信號(hào)的傳播時(shí)間，從而更精確的測定連接件的拉力、 扭力、及預(yù)緊力。超聲波換傳感器各層結(jié)構(gòu)的嵌鍍可以采用P ν D工藝(物理氣相沉積)、C V D工藝(化學(xué)氣相沉積)、熱噴涂、PAC V D工藝(等離子輔助化學(xué)氣相沉積)、電化學(xué)沉積工藝、有機(jī)或無機(jī)的自組織結(jié)構(gòu)形成的涂層工藝來建造結(jié)構(gòu)層。根據(jù)所選的用于制造壓電層的壓電性能材料，在溫度達(dá)到它居里溫度之前可以產(chǎn)生有效的超聲波信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)精確的超聲波測量。見圖5、圖6、圖7、圖8、圖9，各圖所示連接件分別為外六角螺帽螺栓、圓帽內(nèi)多角扳孔螺栓、螺釘、空心螺栓和內(nèi)多角扳孔螺釘。圖中只表示部分連接件形狀，還有鉚釘、銷釘、法蘭、閥門、拉桿、墊片、軸承零件，引擎零件、飛機(jī)零件、發(fā)動(dòng)機(jī)零件等未在圖中表達(dá)。在各圖中表達(dá)的各種連接件，其一端面設(shè)置超聲波傳感器11。見圖2，在圖2中的連接件，其兩端面設(shè)置超聲波傳感器11。上述連接件的材料最好選用高合金鋼、特種鋼、鈦、鈦合金、鋁和鋁合金、鎳合金、 黃銅、非磁性鋼等。見圖4，將本實(shí)用新型具有超聲波傳感器裝置的連接件連接超聲波檢測設(shè)備13， 連接方式是超聲波檢測設(shè)備13的信號(hào)傳輸線14觸點(diǎn)接觸超聲波傳感器11，另一信號(hào)傳輸線15觸點(diǎn)接觸螺柱10。通過超聲波檢測設(shè)備13和超聲波傳感器向螺柱10發(fā)出的超聲波脈沖和反射的超聲波脈沖回波，并由超聲波檢測設(shè)備13測量出預(yù)緊力、扭力和拉力。本實(shí)用新型提供的具有超聲波傳感器裝置的連接件能廣泛適用于航空航天、能源、風(fēng)能、機(jī)械、汽車、內(nèi)燃機(jī)和變速器等產(chǎn)品領(lǐng)域。例如適用于工作溫度極高的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室外部的連接件，溫度可達(dá)500°C ；并且由溫度的反復(fù)升降帶來的循環(huán)應(yīng)力；同樣適用于核電廠工作溫度較高的設(shè)備上，以及其他領(lǐng)域的工作溫度升降溫差大的設(shè)備上。如在低溫應(yīng)用領(lǐng)域的衛(wèi)星技術(shù)、飛機(jī)和導(dǎo)彈技術(shù)、低溫恒溫器應(yīng)用、或高溫應(yīng)用領(lǐng)域，如燃?xì)鉁u輪機(jī)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、燃燒室區(qū)或超聲波傳導(dǎo)器裝置的工作溫度要求在-270° C 至 1500° C。本實(shí)用新型中提出的超聲波傳感器本身可以經(jīng)受頻繁的溫度循環(huán)，這些溫度循環(huán)的特點(diǎn)是很短的升溫時(shí)間，只有幾分鐘，持續(xù)的高溫負(fù)荷，冷卻緩慢。超聲波傳感器在經(jīng)受這些溫度循環(huán)后仍能完全保持有效的工作，在分層結(jié)構(gòu)之內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)可影響超聲波信號(hào)傳播時(shí)間的部分溶解現(xiàn)象。超聲波傳感器的分層結(jié)構(gòu)具有高度的附著力(大于50牛頓每平方毫米)，可以避免發(fā)生連接錯(cuò)誤，可以更為精確的測量信號(hào)的傳播時(shí)間，從而更精確的測定連接件的拉力、扭力及預(yù)緊力。
權(quán)利要求1.一種能進(jìn)行超聲波精確測量具有超聲波傳感器的連接件，它包括連接件，其特征在于在連接件的一端面或兩端面上設(shè)置超聲波傳感器原件，其結(jié)構(gòu)是，逐層分別嵌鍍壓電層，鈍化層和電極層，即最內(nèi)層設(shè)置第一鈍化層，在第一鈍化層上面中部設(shè)置壓電層，在壓電層上面及壓電層外周的第一鈍化層上面設(shè)置第二鈍化層，第二鈍化層的上面中部設(shè)置環(huán)狀第一電極層，在環(huán)狀第一電極層內(nèi)設(shè)置第二電極層，在環(huán)狀第一電極層和第二電極層上面及外周的第二鈍化層上面設(shè)置第三鈍化層，在第三鈍化層的上面設(shè)置機(jī)械防護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能進(jìn)行超聲波精確測量具有超聲波傳感器的連接件，其特征是連接件是螺釘、螺栓、螺柱、空心釘、鉚釘、銷釘、法蘭、拉桿、發(fā)動(dòng)機(jī)零件或飛機(jī)零件。
專利摘要一種能進(jìn)行超聲波精確測量具有超聲波傳感器的連接件，它包括連接零部件，其特征是在連接零部件外端面上設(shè)置超聲波傳感器原件，即在連接零部件外端面上，即最內(nèi)層設(shè)置第一鈍化層，在第一鈍化層上面中部設(shè)置壓電層，在壓電層上面及壓電層外周的第一鈍化層上面設(shè)置第二鈍化層，第二鈍化層的上面中部設(shè)置電極層，電極層有兩個(gè)相互隔離的電極，在電極層上面及外周的第二鈍化層上面設(shè)置第三鈍化層，在第三鈍化層的上面設(shè)置機(jī)械防護(hù)層。本實(shí)用新型的積極效果是連接件上的傳感器元件在500℃以上高溫時(shí)，仍能夠長期保持穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)耐水、化學(xué)品的浸蝕和高能輻射，并保持其工作穩(wěn)定性。檢測結(jié)果準(zhǔn)確。在設(shè)備維護(hù)期間能隨時(shí)對(duì)任何連接件進(jìn)行檢測，檢測方便。
文檔編號(hào)G01L1/25GK202216785SQ20112035504
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者陳威 申請人:陳威