一種隨鉆聲波換能器的封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隨鉆聲波換能器的封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨鉆聲波換能器是隨鉆聲波測井儀器的最重要元件，儀器工作時，由儀器內(nèi)置的發(fā)射換能器產(chǎn)生聲波，隨后被同一儀器中的接收換能器接收，通過接收到的各種模式波的波速和衰減等聲學(xué)信息來評價井壁介質(zhì)性質(zhì)。由于隨鉆儀器中間有過泥漿的水眼，聲波換能器安裝在鉆鋌外壁，很難如電纜聲波測井儀那樣浸在油中密封，所以，隨鉆聲波換能器一般采用單獨(dú)封裝，現(xiàn)有技術(shù)中的隨鉆聲波換能器的外表由高溫環(huán)氧樹脂密封，高溫導(dǎo)線引出，該隨鉆聲波換能器的缺點是環(huán)氧樹脂密封層容易留存氣泡，高溫高壓條件下導(dǎo)致?lián)Q能器絕緣降低或破壞，還有就是高溫導(dǎo)線的聚四氟乙烯外皮與環(huán)氧樹脂不能很好粘合，高溫高壓下泥漿可能會沿著導(dǎo)線外皮進(jìn)入換能器內(nèi)部，破壞換能器的絕緣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種隨鉆聲波換能器的封裝方法，該封裝方法中的封裝材料采用注塑的方式進(jìn)行封裝，保證在封裝過程中不會損壞其內(nèi)的壓電陶瓷晶體。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種隨鉆聲波換能器的封裝方法，所述隨鉆聲波換能器包括橡膠層、外殼以及封裝在所述外殼內(nèi)的壓電陶瓷晶體和電連接器，所述封裝方法包括如下步驟:1)將所述壓電陶瓷晶體的電極與電連接器通過引線連接，并置于模具中；
2)制備封裝材料，所述封裝材料與所述壓電陶瓷晶體的熱膨脹系數(shù)誤差不超過IX10 6/0c;
3)將所述封裝材料加熱至熔點后填充在所述模具內(nèi)，待所述封裝材料冷卻固化后形成所述外殼，并使所述封裝材料與所述壓電陶瓷晶體和連接器封裝為一體；4)將所述外殼上外敷橡膠層。
[0005]較佳地，所述電連接器為承壓插針，所述承壓插針的插針座在所述步驟3)中由所述封裝材料注塑而成。
[0006]較佳地，所述電連接器為承壓插針，所述承壓插針的插針座為金屬材質(zhì)，所述承壓插針的插針座在所述步驟3)中與所述封裝材料注塑成一體。
[0007]較佳地，所述封裝材料包含50-100重量份的耐高溫高分子材料和0-50重量份的玻璃纖維。
[0008]較佳地，所述耐高溫高分子材料包括聚醚醚酮、聚四氟乙烯或聚酰亞胺。
[0009]較佳地，所述引線與所述壓電陶瓷晶體的電極采用銀焊連接。
[0010]較佳地，所述壓電陶瓷晶體呈圓筒狀，其由多個截面呈弧狀的壓電陶瓷體首尾相連而成，所述壓電陶瓷體的內(nèi)表面和外表面各設(shè)有電極槽，且所述電極槽排布在所述壓電陶瓷體的兩端，所述電極槽內(nèi)嵌設(shè)有金屬電極。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]1、本發(fā)明的封裝材料采用注塑的形式進(jìn)行封裝，封裝過程中壓力均勻，不會對其內(nèi)的壓電陶瓷晶體造成損壞。
[0013]2、如果熱膨脹系數(shù)差別較大，高溫條件下會導(dǎo)致?lián)Q能器外殼開裂，故在本發(fā)明封裝材料中添加玻璃纖維，用于補(bǔ)強(qiáng)及調(diào)整封裝材料的熱膨脹系數(shù)，使其與壓電陶瓷晶體的熱膨脹系數(shù)一致(壓電陶瓷晶體熱膨脹系數(shù)一般為4.8 X 10 V0C )。
[0014]3、本發(fā)明封裝材料中主材使用耐高溫高分子材料是因為其經(jīng)過添加劑調(diào)整，皮革化溫度可達(dá)到170°C，高于換能器技術(shù)指標(biāo)；其液化溫度在360°C左右，在復(fù)合材料中相對較低，注塑成型過程中避免將壓電陶瓷晶體退極化，因為壓電陶瓷晶體使用前是在高溫條件下極化的，同樣的在高溫條件下也會褪極化，所以壓電陶瓷晶體不易長時間置于超過其居里溫度的環(huán)境，本發(fā)明使用的晶體居里溫度可達(dá)380°C。
[0015]4、本發(fā)明中的隨鉆聲波換能器，換能器的外殼和承壓插針的插針座采用本發(fā)明中的封裝材料注塑而成，使隨鉆聲波換能器的外殼與承壓插針的插針座注塑成一體，有效避免泥漿沿著換能器引線滲入換能器內(nèi)部，增加兩者之間的密封效果。
[0016]5、本發(fā)明中金屬電極設(shè)置在壓電陶瓷體的兩端，可避免在極化過程中壓電陶瓷體被擊穿。
[0017]6、將引線與壓電陶瓷晶體的電極采用銀焊連接，可避免注塑成型過程中焊錫融化導(dǎo)致連接不可靠(銀熔點為960°C )。
[0018]7、在注塑成型的封裝材料的外表面壓制橡膠，增強(qiáng)隨鉆聲波換能器的防震性能，有利于換能器的安裝。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明隨鉆聲波換能器的剖視圖；
[0020]圖2為本發(fā)明隨鉆聲波換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明隨鉆聲波換能器中壓電陶瓷體的側(cè)視圖；
[0022]圖4為本發(fā)明隨鉆聲波換能器中壓電陶瓷體的俯視圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0024]如圖1和圖2所示，一種隨鉆聲波換能器，包括外殼I和覆蓋其上的橡膠層5，以及封裝在所述外殼I內(nèi)的壓電陶瓷晶體2和電連接器4，該隨鉆聲波換能器的封裝方法包括如下步驟:1)將所述壓電陶瓷晶體2的電極與電連接器4通過引線3連接，并置于模具中；2)制備封裝材料，所述封裝材料與所述壓電陶瓷晶體的熱膨脹系數(shù)相同；3)將所述封裝材料加熱至熔點后填充在所述模具內(nèi)，待所述封裝材料冷卻固化后形成所述外殼I，使所述封裝材料與所述壓電陶瓷晶體2和電連接器4封裝為一體；4)將所述外殼上外敷橡膠層5，增強(qiáng)所述隨鉆聲波換能器的防震性能，并有利于換能器安裝。
[0025]本發(fā)明一優(yōu)選實施方式為，電連接器4為承壓插針，承壓插針包括插針和插針座，該插針座的材質(zhì)為上述的封裝材料，在隨鉆聲波換能器的封裝方法中，先將插針與壓電陶瓷晶體2通過引線3連接，置于模具中；再添加封裝材料注塑，使承壓插針的插針座與隨鉆聲波換能器的外殼在上述封裝方法的步驟3)中由所述封裝材料注塑成一體。
[0026]本發(fā)明另一優(yōu)選實施方式為，電連接器4為承壓插針，承壓插針包括插針和插針座，該插針座的材質(zhì)為金屬材質(zhì)，在隨鉆聲波換能器的封裝方法中，將承壓插針與壓電陶瓷晶體2通過引線3連接，置于模具中；再添加封裝材料注塑，使承壓插針的插針座在上述封裝方法的步驟3)中與封裝材料粘結(jié)成一體。
[0027]如圖3和圖4所示，本發(fā)明中的壓電陶瓷晶體呈圓筒狀，其由多個截面呈弧狀的壓電陶瓷體6首尾相連而成，壓電陶瓷體6的截面為四分之一圓，壓電陶瓷晶體由四個該壓電陶瓷體6拼接而成，每個壓電陶瓷體6的內(nèi)表面和外表面各設(shè)有一個電極槽，且所述電極槽排布在所述壓電陶瓷體5的兩側(cè)，所述電極槽內(nèi)嵌設(shè)有金屬電極7，金屬電極7通過引線3與電連接器4連接。
[0028]本發(fā)明中的封裝材料包含50-100重量份的耐高溫高分子材料和0-50重量份的玻璃纖維，其中，耐高溫高分子材料包括但不限于聚醚醚酮、聚四氟乙烯或聚酰亞胺；其制備方法包括如下步驟:
[0029]I)在無水乙醇中加入偶聯(lián)劑NDZ-102，制成溶液備用；
[0030]2)將玻璃纖維置于高混機(jī)中，與上述的溶液混合均勻后干燥8小時；
[0031]3)將耐高溫高分子材料在溫度為120°C下，烘干8小時；將烘干后的耐高溫高分子材料與上述混合后的玻璃纖維在高混機(jī)中高混，生成的混合物為所述封裝材料。
[0032]在本發(fā)明的封裝過程中，保證換能器內(nèi)部無氣泡，并且壓電陶瓷晶體與封裝材料的熱膨脹系數(shù)誤差不超過1X10 6/°C，經(jīng)過在高溫高壓試驗井150°C、140MPa的測試，換能器無形變、無碎裂，電器性能與實驗前完全一致，達(dá)到了設(shè)計技術(shù)指標(biāo)。
[0033]雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種隨鉆聲波換能器的封裝方法，其特征在于，所述隨鉆聲波換能器包括橡膠層、夕卜殼以及封裝在所述外殼內(nèi)的壓電陶瓷晶體和電連接器，所述封裝方法包括如下步驟: 1)將所述壓電陶瓷晶體的電極與電連接器通過引線連接，并置于模具中； 2)制備封裝材料，所述封裝材料與所述壓電陶瓷晶體的熱膨脹系數(shù)誤差不超過1X10 V0C ； 3)將所述封裝材料加熱至熔點后填充在所述模具內(nèi)，待所述封裝材料冷卻固化后形成所述外殼，并使所述封裝材料與所述壓電陶瓷晶體和電連接器封裝成一體； 4)將所述外殼上外敷橡膠層。2.如權(quán)利要求1所述的封裝方法，其特征在于，所述電連接器為承壓插針，所述承壓插針的插針座在所述步驟3)中由所述封裝材料注塑而成。3.如權(quán)利要求1所述的封裝方法，其特征在于，所述電連接器為承壓插針，所述承壓插針的插針座為金屬材質(zhì)，所述承壓插針的插針座在所述步驟3)中與所述封裝材料注塑成一體。4.如權(quán)利要求1-3任一所述的封裝方法，其特征在于，所述封裝材料包含50-100重量份的耐高溫高分子材料和0-50重量份的玻璃纖維。5.如權(quán)利要求4任一所述的封裝方法，其特征在于，所述耐高溫高分子材料包括聚醚醚酮、聚四氟乙烯或聚酰亞胺。6.如權(quán)利要求1-3任一所述的封裝方法，其特征在于，所述引線與所述壓電陶瓷晶體的電極采用銀焊連接。7.如權(quán)利要求1-3任一所述的封裝方法，其特征在于，所述壓電陶瓷晶體呈圓筒狀，其由多個截面呈弧狀的壓電陶瓷體首尾相連而成，所述壓電陶瓷體的內(nèi)表面和外表面各設(shè)有電極槽，且所述電極槽排布在所述壓電陶瓷體的兩端，所述電極槽內(nèi)嵌設(shè)有金屬電極。
【專利摘要】一種隨鉆聲波換能器的封裝方法，所述隨鉆聲波換能器包括橡膠層、外殼以及封裝在所述外殼內(nèi)的壓電陶瓷晶體和電連接器，所述封裝方法包括如下步驟：1)將所述壓電陶瓷晶體的電極與電連接器通過引線連接，并置于模具中；2)制備封裝材料，所述封裝材料與所述壓電陶瓷晶體的熱膨脹系數(shù)相同；3)將所述封裝材料加熱至熔點后填充在所述模具內(nèi)，待所述封裝材料冷卻固化后形成所述外殼，使所述封裝材料與所述壓電陶瓷晶體和電連接器封裝為一體；4)將所述外殼上外敷橡膠層。該封裝方法保證在封裝過程中不會損壞其內(nèi)的壓電陶瓷晶體，在隨鉆聲波換能器的外殼上外敷橡膠防震，并有利于換能器安裝。
【IPC分類】B29C45/14
【公開號】CN105034249
【申請?zhí)枴緾N201510399228
【發(fā)明人】李輝, 羅瑜林, 陳洪海, 劉西恩
【申請人】中國海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月8日