[发明专利]用于测量材料厚度的装置和系统

说明书

技术领域

本文公开的主旨涉及使用超声换能器测量材料厚度，并且在一个实施例中涉及包括柔性电路材料和压电陶瓷的压电感测装置。

背景技术

若干工业(例如，油气、精炼、化学、发电)要求通过管道输送流体(例如，液体或气体)。无损检测系统可以放置在这些管道的外表面上来监测这些管道的腐蚀/侵蚀，包括管道壁内部上的腐蚀/侵蚀。这些系统通常实现为随时间推移的人工检查的一部分，其中随时间监测管道壁厚度和厚度的变化。在一些情况下，探头或其他无损检测装置永久地耦合于管道的外表面来连续地监测在该位置的腐蚀/侵蚀以确定管道腐蚀/侵蚀速率并且确定该管道位置是否需要预防性维护来防止管道故障。

用于监测管道的腐蚀/侵蚀的无损检测系统的一个示例是超声检测系统。当实行管道的超声检测时，超声脉冲从耦合于该管道的外表面的探头发射并且通过该管道壁。当该超声脉冲传递进入并且通过该管道壁时，因为该脉冲与该管道的外表面、该管道壁内的内部结构并且与该管道壁的后壁相互作用，各种脉冲反射(叫做回声)反射回到该探头。这些回声信号可以在屏幕上显示，其中回声振幅表现为垂直轨迹并且飞行时间或距离作为水平轨迹。通过跟踪该超声脉冲的传送和这些回声的接收之间的时间差，可以确定该管道的各种特性，包括管道壁厚度。如果在超声检测系统的位置处的管道壁的厚度随时间减小(例如，将示为后壁回声的飞行时间的减少)，这可以是腐蚀/侵蚀的指示。

各种因素影响装置的配置和特别地用于在这些无损检测系统中使用的材料。在一些应用中，例如操作温度等操作条件例如可超过例如聚偏二氟乙烯(PVDF)的共聚物(例如，P(VDF-TrFE))等材料的温度阈值。与制造期间某些处理步骤有关的包括温度的处理条件也是限制性的。例如准确度和对小缺陷和材料厚度的小变化的灵敏度等性能因素是排除特定材料和其组合的使用的其他因素。然而，尽管提高的性能可以使用材料的某些配置实现，这些配置常常导致限制所得装置的可应用性的物理特性(例如，高度轮廓)。

因此提供适合材料厚度的超声检测和测量的装置，其具有提高的性能和物理特征但也配置成用于高操作温度和高工艺温度，这将是有利的。

发明内容

在一个实施例中压电感测装置包括基底、设置在该基底上的焊料层和通过该焊料层耦合于该基底的压电元件，该压电元件包括陶瓷。在该压电感测装置的一个示例中，该基底、该焊料层和该压电元件设置为分层结构，其具有不超过3mm的轮廓高度。在该压电感测装置的一个示例中，该基底包括与超过120℃的操作温度相容的材料。

在另一个实施例中用于测量目标的材料厚度的测量系统。该测量系统包括基底，其包括柔性电路材料，其中一区域具有采用t形几何结构的电极。该测量系统还包括设置在该电极上的焊料层和设置在该焊料层上的压电元件。该压电元件包括具有第一电极、第二电极和耦合于该第一电极和该第二电极中的每个的包绕片(wrap tab)的陶瓷体。该测量系统进一步包括用于向和从该压电元件传导输入和输出的连接。在该测量系统的一个示例中，该柔性电路材料、该焊料层和该压电元件设置为分层结构，其具有不超过3mm的轮廓高度。

在再另一个实施例中用于监测目标的材料厚度的设备。该设备包括固定到该目标的换能器阵列和耦合于该换能器阵列的仪器。在该设备的一个示例中，该换能器阵列包括压电感测装置。在该设备的一个示例中，该压电感测装置包括分层结构，其具有柔性电路材料、焊料层和通过该焊料层耦合于该柔性电路材料的陶瓷体。在该设备的一个示例中，该分层结构具有不超过3mm的轮廓高度。

附图说明

因此可以理解本发明的特征所采用的方式、本发明的详细说明可通过参考某些实施例(其中一些在附图中图示)来获得。然而，要注意图仅图示本发明的某些实施例并且因此不认为限制它的范围，因为本发明的范围涵盖其他同等有效的实施例。图不必按比例绘制，重点一般放在图示发明的某些实施例的特征上。从而，对于本发明的进一步理解，可以参考连同图阅读的下列详细说明，图中：

图1是测量系统的示范性实施例的示意图。

图2是压电感测装置的示范性实施例的分解组件视图。

图3是图2的压电感测装置的侧横截面组装视图。

图4是压电感测装置的另一个示范性实施例的正视图。

图5是图4的压电感测装置的侧横截面视图。

图6是压电感测装置的再另一个示范性实施例的正视图。

图7是图6的压电感测装置的侧横截面视图。