[发明专利]具有超声波换能器的紧固件及制造工艺和用途

说明书

本发明创造提供了一种具有超声波换能器的紧固件及制造工艺和用途，所述具有超声波换能器的紧固件包括紧固件，在紧固件的一端或两端上设有超声波换能器原件，其结构由内到外依次设置压电层、保护层和电极层，所述设有超声波换能器原件的紧固件端面为凹槽结构，所述凹槽侧面倾斜，所述压电层和所述保护层位于凹槽内。本发明创造可以有效地将压电层与外界腐蚀环境隔离，大幅度延长了换能器紧固件的使用寿命，提高了其检测精度。

技术领域

本发明创造属于连接部件领域，尤其是涉及一种具有超声波换能器的紧固件及制造工艺和用途。

背景技术

目前，通过在外螺纹紧固件上制备换能器，利用换能器激发的超声波信号来测量外螺纹紧固件预紧力的技术具有较好的应用前景。

在最初技术中，换能器通过粘贴或焊接的方式与紧固件表面结合。这种结合方式下，换能器易受外界环境的影响，尤其是高温、高湿以及高腐蚀环境下，最终导致换能器功能失效，无法使用，极大地限制了其使用范围。

为了克服上述缺点，现有技术采用真空离子镀的方式在紧固件端部沉积钝化层，以达到保护压电层的目的。此种方式需要沉积多层钝化层，加工工艺复杂，效率低，成本高。

如图1、2所示，现有技术采用在紧固件端部4’加工一凹槽，将换能器存储于凹槽内，并通过在压电层1’表面沉积一层保护层2’的方式来提高换能器的使用寿命，保护层2’的上方沉积电极层3’。虽然采用凹槽的方式在一定程度上可以减轻换能器受外界环境的影响，但由于批量加工精度及一致性的影响，以及换能器各膜层沉积质量的影响，现有凹槽的结构设计很难完全避免腐蚀介质通过凹槽侧壁缝隙5’渗入到压电层上，从而造成压电层的损坏，最终影响换能器的正常工作。

此外，还有现有技术采用在换能器表面涂覆绝缘层的方式隔断周围环境有害物质对换能器结构污染和预防其它损害，此方式亦存在诸多问题，如对绝缘层涂覆工艺及涂覆质量要求较高，绝缘层的存在会影响负载承受件的使用，绝缘层存在脱落风险等等。

针对以上问题，本发明改进了换能器紧固件端部凹槽结构，通过对紧固件端部凹槽结构的设计，使压电层靠近凹槽的边缘完全被保护层及电极化层遮蔽，不仅易于制造，成本较低，而且完全避免了现有结构存在缝隙的可能性，可减轻甚至消除因外界环境而造成压电层的腐蚀破坏，大大提升换能器结构的稳定性及检测可靠性。通过在紧固件表面加工本发明所述结构的凹槽，可以有效地将压电层保护起来，成功地解决了压电层易受外界腐蚀介质侵蚀的问题，具有较强的实用性和可行性。

此外，用户还可以根据换能器紧固件的使用环境和其它特殊功能需求，选择使用不同功能的保护层及电极层，利用此凹槽结构，亦可充分利用保护层及电极层的特殊功能，提升换能器紧固件的工作环境温度、抗氧化性、抗酸碱性、抗辐射性等等。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种具有超声波换能器的紧固件及制造工艺和用途，以利用高效、低成本的手段解决现有换能器紧固件凹槽的结构设计不能避免腐蚀介质通过凹槽侧壁缝隙渗入至压电层，导致压电层易受外界腐蚀介质侵蚀，从而造成压电层的损坏，最终影响换能器的正常工作的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种具有超声波换能器的紧固件，包括紧固件，在紧固件的一端或两端上设有超声波换能器原件，其结构由内到外依次设置压电层、保护层和电极层，设有超声波换能器原件的紧固件端面为凹槽结构，凹槽侧面倾斜，压电层和保护层位于凹槽内，压电层、保护层和电极层所形成的层结构总高度可以大于、小于或等于凹槽总高度。

进一步的，凹槽由内到外设置第一凹槽部和第二凹槽部，第一凹槽部侧面与水平面之间的角度等于、大于或小于第二凹槽部侧面与水平面之间的角度。

进一步的，压电层厚度小于第一凹槽部高度，保护层完全覆盖压电层，保护层与压电层的厚度之和大于第一凹槽部高度。