專利名稱：用于測量材料厚度的裝置的制作方法
技術領域：
本文公開的主題涉及使用超聲換能器來測量材料厚度，并且在一個實施例中，涉及用于在高溫環(huán)境中使用的包括柔性電路的壓電感測裝置。
背景技術：
若干行業(yè)(例如，油氣、精煉、化學、發(fā)電)需要通過管道輸送流體(例如，液體或氣體)?？蓪⒎瞧茐男詼y試系統(tǒng)安置在這些管道的外表面上以監(jiān)測管道的腐蝕/侵蝕，包括管道壁內部的腐蝕/侵蝕。這些系統(tǒng)通常在一段時間內實施為人工檢查的一部分，其中，經過一段時間監(jiān)測管道壁厚度和厚度的變化。在一些情況下，探針或其它非破壞性測試裝置永久地聯(lián)接至管道的外表面，以連續(xù)地監(jiān)測該位置的腐蝕/侵蝕以確定管道腐蝕/侵蝕速率并判斷該管道位置是否需要預防性的維護以防止管道失效。用于監(jiān)測管道的腐蝕/侵蝕的非破壞性測試系統(tǒng)的一個示例是超聲測試系統(tǒng)。在進行管道的超聲測試時，超聲脈沖從聯(lián)接至管道的外表面的探針發(fā)出并穿過管道壁。當超聲脈沖傳入并穿過管道壁時，稱為回波(echo)的各種脈沖反射由于脈沖與管道的外表面、管道壁內的內部結構和管道壁的后壁相互作用而反射回探針。回波信號可顯示在屏幕上，其中回波振幅呈現(xiàn)為豎直跡線且渡越時間(time of flight)或距離呈現(xiàn)為水平跡線。通過跟蹤超聲脈沖的發(fā)送與回波的接收之間的時間差，可確定管道的各種特性，包括管道壁厚度。如果管道壁在超聲測試系統(tǒng)的位置處的厚度經過一段時間后減小(例如，如將顯示為后壁回波的渡越時間的減少)，則這可為腐蝕/侵蝕的指示。各種因素影響設備的配置且特別是用于這些非破壞性測試系統(tǒng)中的材料。例如，諸如一些應用中的操作溫度的操作條件可超過諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)(例如，P(VDF-TrFE))或聚四氟乙烯(PTFE))的共聚物的材料的溫度閾值。包括與制造期間的某些加工步驟有關的溫度的加工條件也是限制性的。諸如精度和對小缺陷及材料厚度的小變化的敏感度的性能因素是排除特定材料及其組合的使用的其它因素。然而，雖然可使用某些材料配置來實現(xiàn)提高的性能，但這些配置常常引起限制所得裝置在包括高溫應用(例如，通常在遠高于120°C下操作的核發(fā)電環(huán)境)的某些應用中的適用性的物理特性(例如，高度輪廓)。以上論述僅為一般背景信息而提供，而并不意圖用于幫助確定要求保護的主題的范圍
發(fā)明內容
描述了一種用于測量諸如運送流體的管道、管和其它導管的對象的材料厚度的壓電感測裝置。該壓電感測裝置包括安裝至柔性電路的壓電元件，該柔性電路帶有圍繞純聚酰亞胺C階(C-stage)芯部的玻璃增強聚酰亞胺C階覆層。可在實踐該壓電感測裝置的一些公開實施例時實現(xiàn)的一優(yōu)點是，該裝置可在高于120°C且在一些情況下高達300°C的高溫應用中使用。在一個實施例中，公開了一種壓電感測裝置。該壓電感測裝置包括多個壓電元件和柔性電路，柔性電路包括:在第一銅層與第二銅層之間的純聚酰亞胺C階芯部，第一銅層在純聚酰亞胺C階芯部的第一側上，第二銅層在與第一側相對的第二側純聚酰亞胺C階芯部上；在第一銅層上形成的第一玻璃增強聚酰亞胺C階覆層；以及在第二銅層上形成的第二玻璃增強聚酰亞胺C階覆層。其中，多個壓電元件在多個窗口中被安裝至柔性電路，該多個窗口形成于第一玻璃增強聚酰亞胺C階覆層中以接收多個壓電元件。在另一實施例中，壓電感測裝置包括多個陶瓷壓電換能器和柔性電路，柔性電路包括:在第一多個導體與第二多個導體之間的純聚酰胺C階芯部，第一多個導體在純聚酰亞胺C階芯部的第一側上，第二多個導體在與第一側相對的第二側純聚酰亞胺C階芯部上；在第一多個導體上形成的第一玻璃增強聚酰亞胺C階覆層；以及在第二多個導體上形成的第二玻璃增強聚酰亞胺C階覆層。其中，多個壓電元件在多個窗口中被安裝至柔性電路，該多個窗口形成于第一玻璃增強聚酰亞胺C階覆層中以接收多個陶瓷壓電換能器，并且其中，窗口露出接地電極和熱電極，多個陶瓷壓電換能器被焊接至接地電極和熱電極。本發(fā)明的該簡要描述僅僅意圖提供文中根據(jù)一個或更多說明性實施例所公開的主題的簡要概述，而并不用作解釋權利要求或者限定或限制本發(fā)明的范圍的指導，本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求限定。提供該簡要描述，以采用以下在詳細描述中進一步描述的簡化形式來介紹說明性的概念選擇。該簡要描述并不意圖標識要求保護的主題的關鍵特征或必需特征，也不意圖用于幫助確定要求保護的主題的范圍。要求保護的主題并不限于解決在背景技術中指出的任何或全部缺點的實施方案。


為了能夠理解本發(fā)明的特征，可參考某些實施例做出本發(fā)明的詳細描述，這些實施例的一部分在附圖中示出。然而，應注意到，附圖僅示出本發(fā)明的某些實施例且因此不應視為其范圍的限制，因為本發(fā)明的范圍涵蓋其它等效實施例。附圖未必按比例繪制，重點一般放在示出本發(fā)明的某些實施例的特征上。在附圖中，全部各視圖中相似的標號用于表示相似的部分。因此，為了進一步理解本發(fā)明，可參考結合附圖閱讀的以下詳細描述，在附圖中:
圖1是測量系統(tǒng)的一示例性實施例的示意 圖2是壓電感測裝置的一示例性實施例的分解組裝 圖3是圖2的壓電感測裝置的側視截面組裝 圖4是壓電感測裝置的另一示例性實施例的正視 圖5是圖4的壓電感測裝置的側視截面 圖6是壓電感測裝置的又一示例性實施例的正視 圖7是圖6的壓電感測裝置的側視截面圖； 圖8是壓電感測裝置的又一示例性實施例的正視 圖9是圖8的壓電感測裝置的側視截面 圖10是壓電感測裝置例如圖2至圖5的壓電感測裝置的一實施方案的示意圖；以及 圖11是壓電感測裝置例如圖2、圖3和圖6至圖9的壓電感測裝置的另一實施方案的
示意圖。附圖標記:
10測量系統(tǒng)
12換能器陣列
14儀器
16連接件
18感測元件
20壓電元件
22基底
24超聲測試單元
26共用基底
100壓電感測裝置
102基底
104壓電元件
106陶瓷主體
108電極
110接地部
112包繞接片(wrap tab)
114柔性電路材料
116第一層
118第二層
120接收區(qū)域
122電極
124接地電極
126熱電極
128電極幾何結構
130隔離間隙
132形狀幾何結構
134T形幾何結構
136焊接層
138分層結構
200壓電感測裝置
202基底
204壓電元件
214柔性電路材料220接收區(qū)域
222電極
224接地電極
226熱電極
236焊接層
240前側
242背側
244電纜連接件
246電纜連接墊
248應變消除部
250接地墊
252熱墊
254過孔(via)
256接地面
300壓電感測裝置
302基底
304壓電元件
314柔性電路材料
320接收區(qū)域
322電極
324接地電極
326熱電極
336焊接層
358共用基底
360導體
362熱導體
364接地導體
366自由端
368連接器
400壓電感測裝置
402基底
404壓電元件
414柔性電路材料
424接地電極
426熱電極
436焊接層
440前側
442背側
470測量系統(tǒng)472換能器陣列
474儀器
476連接件
478電纜
480連接端子
482表面
484對象
486耦合劑
488外部結構
490保護層
492緊固機構
500壓電感測裝置
502基底
504壓電元件
524接地電極
526熱電極
536焊接層
558共用基底
566自由端
568連接器
570測量系統(tǒng)
572換能器陣列
574儀器
576連接件
586耦合劑
590保護層
592緊固機構
594單根電纜
596匹配連接器
600壓電感測裝置
603第一焊接層(接地)
604壓電元件
605第二焊接層(熱)
606接收區(qū)域608窗口
610雙面包銅芯部
612背側接地導體
614背側鍍層
616背側覆層 618接地電極
620芯部
622前側接地導體
624前側鍍層(接地)
626前側覆層
630過孔(接地)
632背側熱導體
638熱電極
640前側
642背側
650隔尚間隙
660柔性電路。
具體實施例方式現(xiàn)參考附圖，圖1中示出帶有改進的靈敏度和構造的測量系統(tǒng)10的一示例性實施例，其構造有益于測量系統(tǒng)10在大于例如120°c的操作溫度和在由其它測量系統(tǒng)接近受限制的區(qū)域內的實施。測量系統(tǒng)10可包括換能器陣列12和儀器14，儀器14經由連接件16可操作地聯(lián)接至換能器陣列12。換能器陣列12可包括一個或更多感測元件18，每一個感測元件18具有聯(lián)接至基底22的壓電元件20。換能器陣列12可設置在諸如管道、管和相關導管的對象上，對象可經由其中輸送的流體而經受腐蝕和侵蝕。換能器陣列12的設置容許由壓電元件20產生的超聲信號碰撞到對象的材料上。這些超聲信號例如由材料的表面反射，其中反射的信號由壓電元件20探測。在一個實施例中，儀器14可包括產生波形脈沖(一般，“輸入”)的超聲測試單元24，波形脈沖經由連接件16施加至壓電元件20。波形脈沖導致壓電元件20的機械變化(例如，尺寸變化)。該變化可導致穿過對象的材料傳播的聲波。相反，當從檢查下的材料反射的聲波接觸壓電兀件20的表面時,壓電兀件20產生電壓差。該電壓差作為接收信號(一般，“輸出”)由超聲測試單元24或其它信號處理電子設備探測。超聲測試單元24可包括可用于確定由壓電元件20產生的波形脈沖的振幅、時點和發(fā)送次序的各種控制裝置。波形脈沖一般在約5MHz至約20MHz的頻率范圍內。通過跟蹤波形脈沖的發(fā)送與接收信號的接收之間的差異并測量反射波的振幅，可確定材料的各種特性。在一個示例中，可使用渡越時間分析來確定對象的材料厚度和厚度的任何對應變化，換能器和相關領域中的技術人員將會認識到渡越時間分析的題材。在一個實施例中，感測元件18是分開布置的且構造為單獨的感測單元。連接件16便于這些單獨單元與超聲測試單元24之間的通信，并且在一種構造中，連接件16具有多根電纜(未示出)。這些電纜聯(lián)接至感測元件18中的每一個。示例性電纜可包括同軸電纜和光纖，以及如文中設想的可將輸入傳導至壓電元件20及從壓電元件20傳導輸出(例如，波形脈沖和所接收的信號)的單股和多股銅和/或相關材料。在另一實施例中，感測元件18布置在共用基底上，該共用基底在本示例中大體用標號26標出。該布置通過壓電元件20中的一個或更多設置在共用基底26上來限定。感測元件18的壓電元件20可沿例如材料帶彼此間隔開，且如以下在一個或更多實施例中所論述的，該材料可包括可與對象的形狀相符的柔性電路材料。在一個示例中，導體并入到柔性電路材料中，各導體終止于壓電元件20和共用基底26的端部。連接件16可包括一個或更多連接器(未示出)，其聯(lián)接至導體且其可并入或以其它方式附連到自由端上。該連接器可聯(lián)接至匹配連接器或者諸如從超聲測試單元24延伸的一束同軸電纜的其它裝置。該組合可在壓電兀件20與儀器14之間傳送輸入和輸出。換能器陣列12中的感測元件18的數(shù)量可變化，且在一種構造中該數(shù)量可從一到二十變化。在一個特定示例中，該數(shù)量為十四。該數(shù)量的備選選擇可基于檢查下的對象的尺寸、感測元件18在對象上的優(yōu)選間距以及所探測到的缺陷的類型中的任何一個或組合。當結合共用基底26來實施時，壓電元件20的大致中心之間的間距可為從約IOmm至約100mm。此外，在感測元件18布置為個別化單元的實施方案中，每一個可獨立于換能器陣列12的感測元件18中的其它感測元件而位于對象上。因此，可按需對感測元件18中的每一個優(yōu)化壓電元件20中相鄰的壓電元件之間的間距和壓電元件20相對于對象的特征(例如，邊緣)的位置。雖然將換能器陣列12描繪為線性陣列(例如，其中感測元件18形成帶有一列或更多列的單行)，但也可預想其它配置。在一個實施例中，換能器陣列12可包括一行或多行和一列或多列感測元件18。在另一實施例中，感測元件18以不同于行和列的陣列的形態(tài)配置。例如，換能器陣列12的一種形態(tài)可包括第一行感測元件18和第二行感測元件18，其中第二行與第一行以垂直關系定位，從而形成“T”形?，F(xiàn)在關注感測元件18的構造，可參考圖2和圖3。這里描繪了可部署為圖1的感測元件18中的一個或更多的壓電感測裝置100的一示例性實施例。在一個實施例中，壓電感測裝置100可包括基底102和帶有陶瓷主體106的壓電元件104。陶瓷主體106可配置有電極108、接地部110和包繞接片112，包繞接片112由沉積在陶瓷主體106上的鍍金材料或相當?shù)膶щ姴牧蠘嫵伞；?02可包括柔性電路材料114，其在該示例中被示出帶有第一層116和第二層118，并且?guī)в信渲贸山邮諌弘娫?04的接收區(qū)域120。接收區(qū)域120可具有用于連接至例如電極108和接地部110的電極122。電極122可包括第一或接地電極124和第二或熱電極126。電極122可與由電極122之間的隔離間隙130限定的電極幾何結構128和/或應用于電極122中的一個或兩個的形狀幾何結構132相符。在一個示例中，形狀幾何結構132包括用于熱電極126的T形幾何結構134。在一個實施例中，壓電感測裝置100還可包括焊接層136，其包括諸如錫、鉛、銀、鉍和銦中的一種或多種材料。焊接層136在組裝期間沉積且用于將壓電元件104聯(lián)接至基底102的接收區(qū)域120。當組裝好時，基底102、壓電元件104和焊接層136的組合被布置為帶有輪廓高度P的分層結構138。壓電感測裝置100的實施例可配置成使得輪廓高度P不超過約7mm，并且在一個示例中，該輪廓高度為從約0.25mm至約1mm。這些值小于常規(guī)裝置，這容許在用常規(guī)結構的測量裝置通常無法接近的位置使用壓電感測裝置100。用于在陶瓷主體106中使用的材料針對它們的性質來選擇，包括例如與組裝期間的加工條件的兼容性，加工條件例如使焊接層136回流所需的回流溫度。這些回流溫度通常超過200°C，并且在一個示例性過程中，回流溫度為約220°C。其它要考慮的性質包括但不限于材料的介電常數(shù)，其中，為陶瓷主體106選擇的材料應該具有表現(xiàn)出良好的電阻抗匹配同時減小壓電元件104的總體尺寸的介電常數(shù)。這些尺寸包括例如圖2的矩形形狀的約3mm乘以約5_的尺寸，不過長度和寬度可分別變化從約2_到約8_。在其它示例中，壓電元件104的形狀可包括正方形、圓形和/或橢圓形。參考上述輪廓高度P，進一步設想壓電元件104形成有從約0.1mm至約Imm的總體厚度。在一個實施例中，可能希望使用諸如Navy Type II材料的壓電陶瓷和相關陶瓷(例如，鋯鈦酸鉛壓電體)，不過同樣設想且可使用具有類似性質和組成的其它材料。出于構成陶瓷主體106(以及一般地壓電元件104)的目的，在一個示例中，可將Navy Type II材料塊切成具有0.6_左右的厚度的板。這些板可經由精磨操作來完成，使得所得板的厚度為約0.2_。線性研磨、拋光和背側研磨都是可接受的精磨操作。板隨后可被切成帶有約9_寬度的條帶，并且可形成、極化和測試電極。可使用諸如濺鍍的鍍層操作來沉積金(Au)鍍層，并且可將完工的板切塊以形成單獨的壓電元件(例如，壓電元件104)。在一個示例中，單塊Navy Type II材料可產生大約2880個壓電元件104。將意識到，可使用在本公開的范圍和精神內認識到的某些沉積、蝕刻、濺鍍以及相關的加工技術和工藝來形成電極122。柔性電路材料114的層(例如，第一層116和第二層118)可包括諸如聚酰亞胺基薄膜的材料，以及包括聚酯(PET)、聚酰亞胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚醚酰亞胺(PEI)中的一個或更多的其它材料和薄膜。這些層可構造在一起而形成與文中論述的加工條件、操作溫度和物理特性(例如，輪廓高度P)兼容的層壓件。在這些層中可包括諸如電導體(如金屬箔)的導體，或者在其它示例中，可例如通過使用電鍍及相關的鍍層和沉積技術而將導體并入到這些層中。這些導體可延伸至電極122以及基底102的外周邊緣和區(qū)域。該配置可用于自壓電元件104傳導脈沖和電信號以及將脈沖和電信號傳導到壓電元件104，壓電元件104的一示例在上文結合共用基底(例如，圖1的共用基底26)論述。下面參考圖4至圖9，提供了壓電感測裝置200 (圖4和圖5)、300 (圖6和圖7)和600(圖8和圖9)的示例性實施例。出于以下接著的論述的目的，除了標號以100的倍數(shù)增加(例如，圖4和圖5中的200，圖6和圖7中的300，圖8和圖9中的600)以外，使用相似的標號來表示圖2至圖9之間相似的構件。壓電感測裝置200、300和600可用于在上文結合圖1論述的換能器陣列12的配置中的一個或更多中實施。圖4和圖5中描繪的壓電感測裝置200例如適用于結合換能器陣列12的配置(圖1)使用，其中，感測元件18中的每一個布置為單獨的單元。在一個實施例中，壓電感測裝置200可包括基底202和壓電元件204?；?02可包括帶有接收區(qū)域220的柔性電路材料214，壓電元件204定位在接收區(qū)域220內。接收區(qū)域220可具有包括接地電極224和熱電極226的電極222。焊接層236可使用本領域中認識到的絲網印刷技術設置在電極222中的一個或更多上。柔性電路材料214可包括電極222位于其上的前側240和背側242。壓電感測裝置200還可包括帶有電纜連接墊246和應變消除部248的一根或多根電纜連接件244。電纜連接墊246可包括接地墊250和熱墊252，各自經由一個或更多過孔254分別聯(lián)接至接地電極224和熱電極226。過孔254延伸穿過柔性電路材料214，從而將前側240上的電纜連接墊246聯(lián)接至背側242上的電極222。在一個示例中，接地面256也并入柔性電路材料214中。接地面256聯(lián)接至接地電極224和接地墊250。
如圖6和圖7中描繪的壓電感測裝置300可在換能器陣列12(圖1)利用共用基底(例如，共用基底26(圖1))時實施。在一個實施例中，壓電感測裝置300可包括基底302和壓電元件304?；?02可包括帶有配置成用于在其上接收壓電元件304的一個或更多接收區(qū)域320的柔性電路材料314。接收區(qū)域320可具有包括接地電極324和熱電極326的電極322。還包括用于將壓電元件304固定至電極322的焊接層336。壓電感測裝置300可包括多個導體360并入其中的共用基底358。導體360可包括熱導體362和接地導體364，各自被示出為從共用基底358的自由端366延伸。諸如聯(lián)接至各導體360的多針連接器的連接器368設置在自由端366上。連接器368同樣配置成聯(lián)接至如可與文中設想的儀器(例如，儀器14(圖1))相關聯(lián)的匹配連接器(未示出)。如圖8和圖9中描繪的壓電感測裝置600也可在換能器陣列12(圖1)利用共用基底(例如，共用基底26(圖1))時實施。壓電感測裝置600可具有第一側(或背側)642和第二側(或前側)640。在一個實施例中，壓電感測裝置600可包括基底602和安裝在基底602的背側642上的多個壓電元件604。壓電元件604可為陶瓷壓電換能器(PZT)?；?02可包括柔性電路660，在背側642上有配置成用于將壓電元件604安裝在其上的多個接收區(qū)域606。柔性電路660可包括多個導體690。導體690可包括從柔性電路660的自由端或第一端696延伸的接地導體612、622、632和熱導體632。諸如聯(lián)接至各導體690的多針連接器的連接器698可設置在自由端696上。連接器698同樣配置成聯(lián)接至如可與文中設想的儀器(例如，儀器14(圖1))相關聯(lián)的匹配連接器(未示出)。壓電感測裝置600的柔性電路660可包括多個不同層。在圖9所示的一個實施例中，柔性電路660具有雙面包銅芯部610，其包括在背側642上的第一銅層與前側640上的第二銅層之間的純聚酰亞胺C階芯部620。作為C階材料，芯部620被充分固化且因此相對不可溶解和不可熔化。在一個實施例中，芯部620可為0.005英寸(0.127_)厚。雙面包銅芯部610的銅層可用例如化學物質蝕刻，以在純聚酰亞胺C階芯部620的前側640和背側642上形成多個導體612、622、632。在一個實施例中，銅層640、642可為0.0007英寸(0.0178mm)厚。如圖9所示，蝕刻可在背側接地導體612與背側熱導體632之間提供隔離間隙650。延伸穿過純聚酰亞胺C階芯部620的多個鍍層過孔630可用于連接背側接地導體612和前側接地導體622。在圖9所示的壓電感測裝置600的一個實施例中，柔性電路660具有在導體612、622、632上形成的玻璃增強聚酰亞胺C階覆層616、626。在一個實施例中，玻璃增強物可為1080玻璃型的玻璃纖維織物。在加工(例如，層壓)前，作為B階預浸材料(例如，低流聚酰亞胺1080預浸材料)，背側覆層616和前側覆層626被部分固化并使得它們不完全熔融或溶解，而是在被加熱時軟化且在與某些液體接觸時鼓起。在加工后，覆層616、626完全固化成C階材料。窗口 608可形成于背側覆層616中，以形成配置成用于在其上接收壓電元件604并在各窗口中露出接地電極618和熱電極638的接收區(qū)域606。第一焊接層603將壓電元件604固定至接地電極618，且第二焊接層605將壓電元件604固定至熱電極638。給定玻璃增強聚酰亞胺C階覆層616、626的材料特性，如果不能使用蝕刻來去除玻璃增強聚酰亞胺C階材料，則可使用激光或其它切割技術來形成窗口 608。為了便于焊接，導體612、622、632可被鍍有鍍層614、624。在一個實施例中，鍍層可為0.0005英寸(0.0127mm)厚。在一個實施例中，在覆層616、626形成于導體612、622、632 上之前使用化鎳浸金(electrolysis nickel over immersion gold, ENIG)來鍛覆導體612、622、632。在另一實施例中，僅在覆層616、626形成于導體612、622、632上且形成窗口 606而露出導體612、622、632用于鍍覆之后，使用ENIG來鍍覆帶鍍層導體612、622、632。純聚酰亞胺C階芯部620和玻璃增強聚酰亞胺C階覆層616、626提供了將柔性電路660安裝在導管或其它周向裝置的彎曲表面上所需的靈活性和支撐。純聚酰亞胺C階芯部620和玻璃增強聚酰亞胺C階覆層616、626的使用還消除了可能降低壓電感測裝置600的額定溫度的雜質或其它添加物，并且允許壓電感測裝置600在通常在遠高于120°C操作的環(huán)境中和設備上操作(例如，核發(fā)電環(huán)境)。在一個實施例中，通過在純聚酰亞胺C階芯部620(其也可以片材提供)的前側640和背側642上提供玻璃增強聚酰亞胺B階片材并且在將各層暴露于將在層壓后形成柔性電路660的溫度的同時在兩個壓頭之間壓縮聚酰亞胺層，可在導體612、622、632上形成玻璃增強聚酰亞胺C階覆層616、626。所述聚酰亞胺層的使用可避免需要使用可具有比玻璃增強聚酰亞胺覆層616、626和純聚酰亞胺C階芯部620更低的額定溫度的環(huán)氧樹脂或其它粘合材料?，F(xiàn)在論述壓電感測裝置例如上述壓電感測裝置100、200、300和600的實施，現(xiàn)參考圖10和圖11。圖10和圖11分別示出壓電感測裝置400和500的示例性實施例，這些實施例配置成用于在測量系統(tǒng)例如上文描述且以下更詳細描述的測量系統(tǒng)中使用。也使用相似的標號來表示圖2至圖11之間相似的構件。然而，雖然本公開的壓電感測裝置的其中一些特征和概念可能未結合圖10和圖11描繪或論述，但可以設想，此類特征和概念適用于壓電感測裝置400和500及其實施例和衍生物。圖10中描繪了例如多個壓電感測裝置400，其每一個可包括基底402和壓電元件404。基底402可包括帶有接地電極424、熱電極426和用于將壓電元件404固定至基底402的焊接層436的柔性電路材料414。柔性電路材料414包括前側440和背側442。在一個實施例中，壓電感測裝置400實施為測量系統(tǒng)470的一部分，該測量系統(tǒng)470可包括換能器陣列472、儀器474和諸如聯(lián)接至壓電元件404的一根或多根電纜478的連接件476。測量系統(tǒng)470還可包括用以聚集電纜478的連接端子480，其在一個示例中充當用于自儀器474和換能器陣列472的壓電感測裝置400傳送信號及將信號傳送至其的中央集線器。在一個實施例中，壓電感測裝置400使用設置在基底402的背側442上的耦合劑486(例如粘合劑)固定至對象484的表面482。為了進一步確保正確的工作和壓電感測裝置400到表面482的聯(lián)接，可利用一個或更多外部結構488，例如保護層490和緊固機構492。這些外部結構488可作為壓電感測裝置400的一部分并入，或者在一個實施例中，夕卜部結構488包括與壓電感測裝置400分離的一個或更多零件。外部結構488的零件的組裝通常可發(fā)生在壓電感測裝置400和測量系統(tǒng)470的實施和安裝時。如圖10中所描繪的，耦合劑486可設置在基底402的表面上和壓電元件404上。在應用期間應當注意避免壓電元件404的性能的退化。除性能特性外，可能希望用作耦合劑486的材料與基底402和對象484的材料特性兼容。在一個示例中，諸如丙烯酸粘合劑的粘合劑可施加為帶有約Imm的名義初始厚度的一層。同樣可接受的其它粘合劑和相關材料包括但不限于氰基丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、溶劑基粘合劑和冷流粘合劑以及其組合和衍生物。保護層490用于防止對下層結構例如壓電感測裝置400的損壞。材料同樣可具有電絕緣性質，從而提供與外部環(huán)境的隔離并防止可能發(fā)生的發(fā)弧、短路和其它電誘發(fā)的故障。用作保護層490的示例性材料可包括硅、尼龍、氯丁橡膠、聚合材料及其組合物和衍生物。緊固機構492可處于圖10所示的帶狀結構的形式。當對象484為導管或其它周向裝置時，此類結構可附連在圓周周圍。這些結構可并入減小導管周圍的帶的直徑的次級緊固和擰緊特征，從而在壓電感測裝置400上施加力。對于對象484的其它配置，例如對于帶有平坦或不規(guī)則的構造的對象，緊固機構492可配置有針對對象484的具體配置所設計的裝置。這些裝置可包括可導致在壓電感測裝置400上施加力的磁體和磁化器具?，F(xiàn)參考圖11，見到壓電感測裝置500可包括基底502和壓電元件504。基底502可包括接地電極524和熱電極526，且如文中設想包括焊接層536?；?02布置為帶有自由端566的共用基底558，連接器568設置在該自由端566上。壓電感測裝置500是測量系統(tǒng)570的一部分，該測量系統(tǒng)570可包括換能器陣列572、儀器574和聯(lián)接在二者之間的連接件576。為了固定壓電感測裝置500，使用耦合劑586，且通過保護層590和緊固機構592提供進一步的保護。在一個實施例中，連接件576可包括聯(lián)接至連接器568和儀器574的單根電纜594。單根電纜594可包括例如配置成與連接器568匹配的匹配連接器596。該書面描述使用示例來公開本發(fā)明的實施例，包括最佳模式，并且還使本領域的任何技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權利要求的字面語言沒有區(qū)別的結構元件，或者如果它們包括與權利要求的字面語言有非實質性區(qū)別的等同結構元件，則此類其它示例意圖落在權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種壓電感測裝置，包括: 多個壓電兀件；和 柔性電路，其包括:在第一銅層與第二銅層之間的純聚酰亞胺C階芯部，所述第一銅層在所述純聚酰亞胺C階芯部的第一側上，所述第二銅層在與所述第一側相對的第二側純聚酰亞胺C階芯部上；在所述第一銅層上形成的第一玻璃增強聚酰亞胺C階覆層；以及在所述第二銅層上形成的第二玻璃增強聚酰亞胺C階覆層， 其中，所述多個壓電元件在多個窗口中安裝至所述柔性電路，所述多個窗口形成于所述第一玻璃增強聚酰亞胺C階覆層中以接收所述多個壓電元件。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓電感測裝置，其特征在于，所述多個壓電元件為陶瓷壓電換能器。
3.根據(jù)權利要求1所述的壓電感測裝置，其特征在于，所述第一銅層包括第一多個導體且所述第二銅層包括第二多個導體。
4.根據(jù)權利要求3所述的壓電感測裝置，其特征在于，還包括在所述第一多個導體上的第一鍍層。
5.根據(jù)權利要求4所述的壓電感測裝置，其特征在于，所述第一鍍層包括化鎳浸金。
6.根據(jù)權利要求4所述的壓電感測裝置，其特征在于，所述第一鍍層僅被施加在所述第一多個導體的由所述多個窗口露出的部分上。
7.根據(jù)權利要求1所述的壓電感測裝置，其特征在于，所述多個窗口露出接地電極和熱電極。`
8.根據(jù)權利要求7所述的壓電感測裝置，其特征在于，所述多個壓電元件被焊接至所述接地電極和所述熱電極。
9.根據(jù)權利要求3所述的壓電感測裝置，其特征在于，還包括多個鍍層過孔，其延伸穿過所述純聚酰亞胺C階芯部，以將所述第一多個導體中的一個或更多連接至所述第二多個導體中的一個或更多。
10.根據(jù)權利要求3所述的壓電感測裝置，其特征在于，還包括在所述柔性電路的第一端上的連接器，其中，所述連接器聯(lián)接至所述第一多個導體和所述第二多個導體。
11.根據(jù)權利要求1所述的壓電感測裝置，其特征在于，所述第一玻璃增強聚酰亞胺C階覆層和所述第二玻璃增強聚酰亞胺C階覆層包括玻璃纖維織物。
12.—種壓電感測裝置，包括: 多個陶瓷壓電換能器；以及 柔性電路，其包括:在第一多個導體與第二多個導體之間的純聚酰胺C階芯部，所述第一多個導體在所述純聚酰亞胺C階芯部的第一側上，所述第二多個導體在與所述第一側相對的第二側純聚酰亞胺C階芯部上；在所述第一多個導體上形成的第一玻璃增強聚酰亞胺C階覆層；以及在所述第二多個導體上形成的第二玻璃增強聚酰亞胺C階覆層， 其中，所述多個壓電元件在多個窗口中被安裝至所述柔性電路，所述多個窗口形成于所述第一玻璃增強聚酰亞胺C階覆層中以接收所述多個壓陶瓷壓電換能器，并且 其中，所述窗口露出接地電極和熱電極，所述多個陶瓷壓電換能器被焊接到所述接地電極和所述熱電極。
13.根據(jù)權利要求12所述的壓電感測裝置，其特征在于，還包括在所述第一多個導體上的第一鍍層。
14.根據(jù)權利要求13所述的壓電感測裝置，其特征在于，所述第一鍍層包括化鎳浸金。
15.根據(jù)權利要求13所述的壓電感測裝置，其特征在于，所述第一鍍層僅被施加在所述第一多個導體的由所述多個窗口露出的部分上。
16.根據(jù)權利要求12所述的壓電感測裝置，其特征在于，還包括多個鍍層過孔，其延伸穿過所述純聚酰亞胺C階芯部，以將所述第一多個導體中的一個或更多連接至所述第二多個導體中的一個或更多。
17.根據(jù)權利要求12所述的壓電感測裝置，其特征在于，還包括在所述柔性電路的第一端上的連接器，其中，所述連接器聯(lián)接至所述第一多個導體和所述第二多個導體。
18.根據(jù)權利要求12所述的壓電感測裝置，其特征在于，所述第一玻璃增強聚酰亞胺C階覆層和所述第二玻璃增強聚酰亞胺C階覆層包括玻璃纖維織物。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量材料厚度的裝置，描述了一種用于測量諸如運送流體的管道、管和其它導管的對象的材料厚度的壓電感測裝置。該壓電感測裝置包括安裝至柔性電路的壓電元件，該柔性電路帶有圍繞純聚酰亞胺C階芯部的玻璃增強聚酰亞胺C階覆層。
文檔編號G01B17/02GK103185555SQ201210577190
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權日2011年12月27日
發(fā)明者F.T.馬修斯, P.A.邁爾, M.H.克羅恩, N.J.史密斯, A.M.維加諾 申請人:通用電氣公司