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絕緣膜。本發(fā)明技術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)信號的串擾，增加了信號的信噪比，提高了可靠性和一致性，增強了壓電傳感器與結(jié)構的耦合效率，保證了壓電傳感器的激勵性能和傳感器性能，促進了壓電夾層在航天結(jié)構健康監(jiān)測中的廣泛應用。
【專利說明】一種新型電磁屏蔽壓電夾層【技術領域】
[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【技術領域】，應用于航天結(jié)構健康監(jiān)測領域。
[0002]
【背景技術】
[0003]航天結(jié)構在軌運行時需要承受溫度交變，粒子輻射等環(huán)境載荷的作用，且隨著太空污染的日益嚴重，航天結(jié)構易受到空間碎片的撞擊，結(jié)構安全受到嚴重威脅。為了監(jiān)測航天結(jié)構的完整性和安全性，延長使用壽命，降低維護成本，結(jié)構健康監(jiān)測技術得到了航天領域越來越多的研究和關注。結(jié)構健康監(jiān)測技術就是指利用結(jié)構布置的傳感器陣列定期采集結(jié)構動力響應數(shù)據(jù)，提取損傷特征值，從而對工程結(jié)構實施損傷檢測和識別。由于基于壓電陶瓷原件和彈性波的健康監(jiān)測方法對于脫層，裂紋等小損傷較為敏感，該方法在航空領域已有大量的研究與應用。同時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，將傳感器預置于柔性電路板中，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)構中，結(jié)構的在線監(jiān)測系統(tǒng)需要具有小型化，低功耗，集成度高等特點，同時監(jiān)測信號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)測方法在航天領域的實際應用中存在以下問題:
(I)航天器在軌運行時受到的電磁輻射，宇宙射線的照射以及航天器內(nèi)電氣設備的運行產(chǎn)生的電磁干擾，都將使壓電夾層在高頻輻射的環(huán)境中進行工作，使得采集到的信號頻譜混亂，信噪比較低，信號的可靠性、一致性都較差，增大了提取損傷特征值的難度。
.[0005](2)為了增強壓電傳感器與結(jié)構的耦合效率并保證壓電傳感器的激勵性能和傳感性能，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電材料，與電壓片的連接強度很低，航天結(jié)構的發(fā)射過程中產(chǎn)生的巨大持續(xù)的振動以及在軌運行時空間碎片的撞擊，都易造成電極脫落，導致壓電夾層失效。
[0006](3)為了保證監(jiān)測的精度和范圍，作為驅(qū)動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，當幅值較大的高頻交變電流在驅(qū)動器的線路上傳播時，易對附近傳感路線產(chǎn)生串擾，改變傳感信號的幅值，增加損傷特征值提取的難度。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]技術問題
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有壓電夾層在航天結(jié)構高頻輻射的環(huán)境中工作時易受到電磁干擾，可靠性不高的缺陷，提供一種能夠應用于航天結(jié)構的壓電夾層，其可增強壓電夾層的抗電磁干擾能力，提高壓電夾層在航天結(jié)構中應用的可靠性。
[0009]技術方案 為了解決上述的技術問題，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絕緣膜。
[0010]更進一步地，所述的柔性電路板由導線、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，并通過導線與SMA接口連接。
[0011]更進一步地，所述的電磁屏蔽層為銅膜，設置于所述的絕緣層之間。
[0012]更進一步地，所述的電磁屏蔽層與壓電傳感器對應的位置開設有壓電傳感器位置觀察區(qū)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明技術方案的新型電磁屏蔽壓電夾層的結(jié)構，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留一個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接頭進行焊接方式的導通，并對焊接后的位置鋪設絕緣膜。使用高強度膠將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位置，通過焊接方式將電極和柔性電路板導通。
[0015]最后，將壓電傳感器、柔性電路板以及SMA接頭實現(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)構表面。
[0016]本發(fā)明技術方案的抗高頻電磁干擾壓電夾層通過對柔性電路板的鋪銅操作，使得壓電夾層中信號線周圍環(huán)繞一層地線，從而顯著提高信號的抗高頻電磁干擾的能力。壓電夾層在結(jié)構表面整體膠接的方式不僅提高了其整體強度，還提高了壓電傳感器電極與電路之間的連接強度，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)信號的串擾，增加了信號的信噪比，提高了可靠性和一致性，增強了壓電傳感器與結(jié)構的耦合效率，保證了壓電傳感器的激勵性能和傳感器性能，在航天結(jié)構的應用中，不易導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)構的壓電夾層在航天結(jié)構使用過程中易受高頻電磁干擾，易脫落或失效的問題，其制造工藝簡單，成本低，可以促進壓電夾層在航天結(jié)構健康監(jiān)測中的廣泛應用。
[0018]說明書附圖
圖1是本發(fā)明一個實施例的新型電磁屏蔽壓電夾層的主視圖；
圖2是本發(fā)明一個實施例的新型電磁屏蔽壓電夾層的俯視圖；
圖3 (a)是本發(fā)明一個實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用于板類結(jié)構健康監(jiān)測的主視圖；
圖5是新型電磁屏蔽壓電夾層應用于板類結(jié)構健康監(jiān)測的俯視圖；
圖6是新型電磁屏蔽壓電夾層應用于板類結(jié)構健康監(jiān)測時壓電傳感器部分的細節(jié)圖。
【具體實施方式】[0019]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行進一步描述。
[0020]如圖1、圖2所示，本實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6與結(jié)構表面導通。
[0021]如圖3所示，所述的柔性電路板I由導線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，并通過導線5與SMA接口 3連接。所述的電磁屏蔽層8為銅膜，設置于所述的兩個絕緣層7之間。所述的電磁屏蔽層8與壓電傳感器2對應的位置開設有壓電傳感器位置觀察區(qū)，以便于對壓電傳感器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器。
[0023]如圖4、圖5所示，為本實施例的新型電磁屏蔽壓電夾層應用于板類結(jié)構健康監(jiān)測時的正視圖和俯視圖；如圖6所示，為本實施例的新型電磁屏蔽壓電夾層應用于板類結(jié)構健康監(jiān)測時壓電傳感器部分的細節(jié)圖。在具體應用時，壓電夾層的下表面整體使用膠粘劑11粘貼到結(jié)構表面，整體附膠的方式不僅加強了柔性電路板I和壓電傳感器2的連接強度，還增加了整個壓電夾層的強度，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絕緣膜(4)。
2.如權利要求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，并通過導線(5)與SMA接口(3)連接。
3.如權利要求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)對應的位置開設有壓電傳感器位置觀察區(qū)。
【文檔編號】G01D5/12GK103438910SQ201310352831
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權日:2013年8月14日
【發(fā)明者】王曉宇, 裘進浩, 張超, 王國棟, 孫維 申請人:南京航空航天大學