(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟質回路材料を含む基材と、
該基材に配設されたはんだ層と、
該はんだ層を介して前記基材に結合され、セラミックを含み、前記はんだ層を覆う圧電素子と、
前記圧電素子の３つの表面上に配置された導電体を備え、前記圧電素子の３つの表面のうちの少なくとも１つの領域を覆う巻き付けタブと、
を備えた圧電センサ装置であって、
前記基材、前記はんだ層、及び前記圧電素子は、３ｍｍを超えない外形高さを有する成層構造として構成され、
前記基材は、１２０℃を超える動作温度に適合する材料を含み、
前記基材の内部に接地プレーンを備える、
対象物の厚さを測定するための圧電センサ装置。
【請求項２】
前記基材及び前記セラミックは、前記はんだ層を加工するのに用いられるリフロー温度に適合する、請求項１に記載の圧電センサ装置。
【請求項３】
前記セラミックはNavy Type II材料を含んでいる、請求項１に記載の圧電センサ装置。
【請求項４】
前記基材はポリアミド系フィルムを含んでいる、請求項１に記載の圧電センサ装置。
【請求項５】
軟質回路材料を含む基材と、
該基材に配設されたはんだ層と、
該はんだ層を介して前記基材に結合され、セラミックを含み、前記はんだ層を覆う圧電素子と、
を備えた圧電センサ装置であって、
前記基材、前記はんだ層、及び前記圧電素子は、３ｍｍを超えない外形高さを有する成層構造として構成され、
前記基材は、１２０℃を超える動作温度に適合する材料を含み、
前記基材は、Ｔ字形幾何学的形状を有する電極を備えた区域を含んでおり、前記圧電素子は、前記はんだ層により前記区域に固定され、
前記基材の内部に接地プレーンを備える、
対象物の厚さを測定するための圧電センサ装置。
【請求項６】
前記圧電素子の少なくとも一部の周りに配設された巻き付けタブをさらに含んでいる請求項５に記載の圧電センサ装置。
【請求項７】
前記圧電素子に配設された金めっきをさらに含んでいる請求項５に記載の圧電センサ装置。
【請求項８】
前記基材の前面に配設された１又は複数のケーブル接続をさらに含んでおり、前記圧電素子は前記基材の背面に配設され、前記１又は複数のケーブル接続は、前記圧電素子、及び前記１又は複数のケーブル接続に固定された１又は複数のケーブルに対する入出力を導通させるように構成されている、請求項５に記載の圧電センサ装置。
【請求項９】
前記基材に組み入れられて、前記圧電素子及び前記基材の自由端に結合される導体をさらに含んでいる請求項５に記載の圧電センサ装置。
【請求項１０】
前記自由端において前記導体に結合されて、前記圧電素子に対する入出力をやり取りするコネクタをさらに含んでいる請求項９に記載の圧電センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に開示される主題は、超音波トランスデューサを用いて材料厚みを測定することに関し、一実施形態では、軟質回路材料及び圧電セラミックを含む圧電センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
幾つかの産業（例えば石油及びガス、精製、化学、発電）は、管（パイプ）を通した流体（例えば液体又はガス）の輸送を必要とする。管壁内面の腐蝕／浸蝕を含めた管の腐蝕／浸蝕を監視するために、非破壊試験システムをこれらの管の外面に載置することができる。これらのシステムは通常、経時的な手動検査の一部として具現化されており、この検査では管壁の厚み及び厚みの変化を時間にわたって監視する。幾つかの例では、プローブ又は他の非破壊試験装置が管の外面に常置結合されて、当該位置での腐蝕／浸蝕を連続監視して管の腐蝕／浸蝕速度を決定すると共に、この管位置が管破損を防ぐための予防保守を必要としているか否かを決定する。
【０００３】
管の腐蝕／浸蝕を監視するのに用いられる非破壊試験システムの一例が、超音波試験システムである。管の超音波試験を行なうときには、超音波パルスが管の外面に結合されたプローブから放出されて、管壁を通過する。超音波パルスが管壁に入射して管壁を通過するのに伴い、パルスが管の外面、管壁の内部構造、及び管壁の裏面壁と相互作用するため、エコーと呼ばれる様々なパルス反射がプローブに帰投反射する。エコー信号は、エコー振幅を縦トレース及び飛行時間又は距離を横トレースとして表わすことにより画面に表示され得る。超音波パルスの送信とエコーの受信との間の時間差を追跡することにより、管壁厚みを含めた管の様々な特性を決定することができる。超音波試験システムの位置での管壁の厚みが経時的に減少している場合（例えば裏面壁エコーの飛行時間の減少として示される）には、この減少を腐蝕／浸蝕の指標とすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
様々な因子が装置の構成に影響し、特にこれらの非破壊試験システムに用いられる材料に影響する。例えば幾つかの応用での動作温度のような動作条件が、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）の共重合体（例えばＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））のような材料の限界温度を超える場合がある。また、製造時の幾つかの加工ステップに関連する温度を含めた加工条件が限定因子となる。さらに、微小欠陥及び材料厚みの微小変化に対する精度及び感度のような性能因子が、特定の材料及びこれらの材料の組み合わせの利用を除外する他の因子となる。しかしながら、各材料の何らかの構成を用いて性能の改善を達成し得ても、これらの構成はしばしば、得られる装置の応用可能性を限定する物理的特性（例えば高さ外形）を結果として生ずる。
【０００５】
従って、性能及び物理的特徴が改善されているばかりでなく、高温の動作温度及び高温の工程温度に対応するように構成されている超音波試験及び材料厚み測定に適した装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、圧電センサ装置が、基材と、基材に配設されたはんだ層と、はんだ層を介して基材に結合された圧電素子とを含んでおり、圧電素子はセラミックを含んでいる。この圧電センサ装置の一例では、基材、はんだ層、及び圧電素子は、３ｍｍを超えない外形高さを有する成層構造として構成される。この圧電センサ装置の一例では、基材は１２０℃を超える動作温度と両立する材料を含んでいる。
【０００７】
もう一つの実施形態では、目標物の材料厚みを測定する測定システムが提供される。この測定システムは、Ｔ字形幾何学的形状の電極を備えた区域を有する軟質回路材料を含む基材を含んでいる。この測定システムはまた、電極に配設されたはんだ層と、はんだ層に配設された圧電素子とを含んでいる。圧電素子は、第一の電極と、第二の電極と、第一の電極及び第二の電極の各々に結合された巻き付けタブ（wrap tab）とを有するセラミック本体を含んでいる。この測定システムはさらに、圧電素子に対する入出力を導通させる接続を含んでいる。この測定システムの一例では、軟質回路材料、はんだ層、及び圧電素子は、３ｍｍを超えない外形高さを有する成層構造として構成される。
【０００８】
さらにもう一つの実施形態では、目標物の材料厚みを監視する装置が提供される。この装置は、目標物に固定されたトランスデューサ・アレイと、トランスデューサ・アレイに結合された機器とを含んでいる。この装置の一例では、トランスデューサ・アレイは圧電センサ装置を含んでいる。この装置の一例では、圧電センサ装置は、軟質回路材料と、はんだ層と、はんだ層を介して軟質回路材料に結合されたセラミック本体とを有する成層構造を含んでいる。この装置の一例では、成層構造は、３ｍｍを超えない外形高さを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の各特徴が理解され得るような態様で、一部が添付図面に示されている幾つかの実施形態を参照して本発明の詳細な説明を掲げる。但し、図面は本発明の幾つかの実施形態のみを示し、従って、本発明の範囲は他の同等に実効的な実施形態を包含するため図面は発明の範囲を限定しないものと考えられることを特記しておく。図面は必ずしも縮尺通りではなく、一般的には、本発明の幾つかの実施形態の特徴を説明することに重点を置いている。従って、本発明のさらに十分な理解のために、以下の詳細な説明を図面と共に読んで参照することができる。
【図１】測定システムの実施形態の一例の概略図である。
【図２】圧電センサ装置の実施形態の一例の展開組立図である。
【図３】図２の圧電センサ装置の側面断面組立図である。
【図４】圧電センサ装置のもう一つの実施形態の例の前面図である。
【図５】図４の圧電センサ装置の側面断面図である。
【図６】圧電センサ装置のさらにもう一つの実施形態の例の前面図である。
【図７】図６の圧電センサ装置の側面断面図である。
【図８】図２〜図５の圧電センサ装置のような圧電センサ装置の具現化形態の概略図である。
【図９】図２、図３、図６及び図７の圧電センサ装置のような圧電センサ装置のもう一つの具現化形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照すると、図１には感度を高めて構成を改善した測定システム１０の実施形態の一例が示されており、この構成は、例えば１２０℃よりも高い動作温度において、他の測定システムでは接近が限定されているような区域での測定システム１０の具現化に有利である。測定システム１０は、トランスデューサ・アレイ１２と、接続１６を介してトランスデューサ・アレイ１２に結合されて動作する機器１４とを含み得る。トランスデューサ・アレイ１２は、基材２２に結合されている圧電素子２０を各々有する１又は複数のセンサ素子１８を含み得る。
【００１１】
トランスデューサ・アレイ１２は、内部を輸送される流体によって腐蝕及び浸蝕を生じ得る管（パイプ）、チューブ、及び関連するコンジットのような目標物に配設され得る。トランスデューサ・アレイ１２の配設は、圧電素子２０によって発生される超音波信号が目標物の材料に入射することを可能にする。これらの超音波信号は材料の表面等によって反射されて、反射信号が圧電素子２０によって検出される。
【００１２】
一実施形態では、機器１４は、接続１６を介して圧電素子２０に印加される波形パルス（一般に「入力」）を発生する超音波試験ユニット２４を含み得る。波形パルスは、圧電素子２０に機械的な変化（例えば寸法変化）を生じ得る。この変化が音波を生ずることができ、音波は目標物の材料を透過する。反対に、圧電素子２０は、被検材料から反射した音波が圧電素子２０の表面に接触するときに電圧差を発生する。この電圧差が、超音波試験ユニット２４又は他の信号処理電子回路によって受波信号（一般に「出力」）として検出される。
【００１３】
超音波試験ユニット２４は、圧電素子２０によって発生される波形パルスの振幅、タイミング及び送信系列を決定するのに有用な様々な制御手段を含み得る。波形パルスは一般的には、周波数レンジが約５ＭＨｚ〜約２０ＭＨｚにある。波形パルスの送信と受波信号の受信との間の差を追跡して反射波の振幅を測定することにより、材料の様々な特性を決定することができる。一例では、目標物の材料の厚み及びあらゆる対応する厚みの変化を飛行時間型解析を用いて決定することができ、この方法の主題についてはトランスデューサ及び関連分野の技術者には認められよう。
【００１４】
一実施形態では、センサ素子１８は別々に配置されて、個別のセンサ・ユニットとして構築される。これら個別のユニットと超音波試験ユニット２４との間の通信は接続１６によって容易になり、一構成では、接続１６は複数のケーブル（図示されていない）を有する。これらのケーブルはセンサ素子１８の各々に結合される。例示的なケーブルとしては、同軸ケーブル及び光ファイバがあり、また単一及び複数の銅線、並びに／又は本書で思量されるように圧電素子２０に対する入出力（例えば波形パルス及び受波信号）を導通させ得る関連する材料を含み得る。
【００１５】
もう一つの実施形態では、センサ素子１８は、ここの例では参照番号２６に全体的に示す共通の基材に配置される。この配置は、共通基材２６に配設される圧電素子２０の１又は複数によって画定される。センサ素子１８の圧電素子２０は、例えば材料片に沿って互いから隔設されることができ、以下の１又は複数の実施形態において議論されるように、この材料は目標物の形状に適合し得る軟質回路材料を含み得る。一例では、軟質回路材料に導体が組み入れられ、各々の導体が圧電素子２０及び共通基材２６の端部において終端する。接続１６は１又は複数のコネクタ（図示されていない）を含むことができ、これらのコネクタは導体に結合されて、自由端に組み入れられてもよいし他の場合には自由端に装着されてもよい。コネクタは、対を成すコネクタ、又は超音波試験ユニット２４から延在する同軸ケーブル束のような他の装置に結合され得る。この組み合わせによって、圧電素子２０と機器１４との間で入出力をやり取りすることができる。
【００１６】
トランスデューサ・アレイ１２でのセンサ素子１８の数は様々であってよく、一構成では数は１〜２０にわたり得る。一つの特定的な例では、数は１４である。数の代替的な選択は、被検目標物の寸法、目標物でのセンサ素子１８の好ましい間隔、及び検出される欠陥の形式の任意の一つ又は組み合わせに基づき得る。共通基材２６と共に具現化されるときに、圧電素子２０の近似的な中心間の間隔は約１０ｍｍ〜約１００ｍｍにわたり得る。また、センサ素子１８が個別型ユニットとして構成されているような具現化形態では、各々のセンサ素子１８が、トランスデューサ・アレイ１２のセンサ素子１８の他のものと独立に目標物に位置し得る。すると、隣り合った圧電素子２０の間の間隔、及び目標物の各特徴（例えば端辺）に対する圧電素子２０の位置は、所望に応じてセンサ素子１８の各々について最適化され得る。
【００１７】
トランスデューサ・アレイ１２はリニア・アレイ（例えばセンサ素子１８が単一の横列及び１又は複数の縦列を形成する）として示されているが、他の構成も思量される。一実施形態では、トランスデューサ・アレイ１２は、１又は複数の横列及び１又は複数の縦列を成すセンサ素子１８を含み得る。もう一つの実施形態では、センサ素子１８は、横列及び縦列のアレイとは異なる編成で構成される。例として述べると、トランスデューサ・アレイ１２の一つの編成は、センサ素子１８の第一の列とセンサ素子１８の第二の列とを含むことができ、第二の列は第一の列に対して垂直な関係に配置され、従って「Ｔ」字形を形成する。
【００１８】
ここでセンサ素子１８の構成に着目して図２及び図３を参照する。同図には、図１のセンサ素子１８の１又は複数として配置され得る圧電センサ装置１００の実施形態の一例が示されている。一実施形態では、圧電センサ装置１００は、基材１０２と、セラミック本体１０６を備えた圧電素子１０４とを含み得る。セラミック本体１０６は、当該セラミック本体１０６に付着される金めっき又は同等の伝導性材料で構築される電極１０８と接地１１０と巻き付けタブ１１２とを備えて構成され得る。基材１０２は、この例では第一の層１１６及び第二の層１１８を備えて図示されている軟質回路材料１１４を含むことができ、さらに圧電素子１０４を受け入れるように構成されている受け入れ域１２０を備えている。受け入れ域１２０は、例えば電極１０８及び接地１１０に接続する電極１２２を有し得る。電極１２２は、第一の電極又は接地電極１２４と、第二の電極又は高温電極１２６とを含み得る。電極１２２は、電極１２２と電極１２２との間の隔離用間隙１３０、及び／又は電極１２２の一方又は両方に適用される形状幾何的構成１３２によって画定される電極幾何学的形状１２８に適合し得る。一例では、形状幾何的構成１３２は高温電極１２６についてはＴ字形幾何学的形状１３４を含んでいる。
【００１９】
一実施形態では、圧電センサ装置１００はまた、スズ、鉛、銀、ビスマス、及びインジウムのような１又は複数の材料を含むはんだ層１３６を含み得る。はんだ層１３６は組み立て時に付着されて、基材１０２の受け入れ域１２０に圧電素子１０４を結合するために用いられる。組み立て時には、基材１０２、圧電素子１０４、及びはんだ層１３６の組み合わせが外形高さＰの成層構造１３８として構成される。圧電センサ装置１００の各実施形態は、外形高さＰが約７ｍｍを超えないように構成されることができ、一例では外形高さが約０．２５ｍｍ〜約１ｍｍとなるように構成されることができる。これらの値は従来の装置よりも小さく、従来構成の測定装置では一般に接近可能でなかった箇所での圧電センサ装置１００の利用を可能にする。
【００２０】
セラミック本体１０６に用いられる材料は、例えばはんだ層１３６のリフローに要求されるリフロー温度のような組み立て時の加工条件との両立性を含めた材料の特性について選択される。これらのリフロー温度は典型的には、２００℃を上回り、工程の一例ではリフロー温度は約２２０℃である。考慮すべき他の特性として、限定しないが材料の誘電率があり、セラミック本体１０６に選択される材料は、圧電素子１０４の全体寸法を最小にしつつ良好な電気インピーダンス整合を与える誘電率を有すべきである。これらの寸法は、例えば約３ｍｍ×約５ｍｍの図２の矩形の寸法を含むが、長さ及び幅はそれぞれ約２ｍｍ〜約８ｍｍにわたり得る。他の例では、圧電素子１０４の形状は、方形、円、及び／又は長円を含み得る。上で議論した外形高さＰに関して述べると、圧電素子１０４は、全厚が約０．１ｍｍ〜約１ｍｍとなるように形成されることがさらに思量される。
【００２１】
一実施形態では、Navy Type II材料及び関連するセラミックス（例えばチタン酸ジルコン鉛圧電性物質）のような圧電セラミックスを用いることが望ましい場合もあるが、類似の特性及び組成を有する他の材料も同様に思量され利用され得る。セラミック本体１０６（一般的には圧電素子１０４）を構築する目的のために、一例では、Navy Type II材料塊をダイス加工して０．６ｍｍ程度の厚みを有するプレートにする。これらのプレートは、結果として得られるプレートの厚みが約０．２ｍｍとなるように仕上げ研削作業によって仕上げ加工され得る。線状研削（linear grinding）、ラップ仕上げ、及び裏面研削は全て許容可能な仕上げ研削作業である。この後に、プレートを切断して幅が約９ｍｍの材料片とし、電極を形成し、極性を調整して、試験することができる。スパッタリングのようなめっき作業を用いて金（Ａｕ）めっきを付着させ、仕上がったプレートをダイス加工して個別の圧電素子（例えば圧電素子１０４）を形成することができる。一例では、単一のNavy Type II材料の単一の塊から約２８８０個の圧電素子１０４が得られる。尚、電極１２２は幾つかの付着、エッチング、スパッタリング、並びに本開示の範囲及び主旨の範囲内で認められる関連する加工手法及び工程を用いて形成され得ることを認められよう。
【００２２】
軟質回路材料１１４の各層（例えば第一の層１１６及び第二の層１１８）は、ポリアミド系フィルムのような材料、並びにポリエステル（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、及びポリエーテルイミド（ＰＥＩ）の１又は複数を含む他の材料及びフィルムを含み得る。各層は共に構築されて、本書で議論する加工条件、動作温度、及び物理的特性（例えば外形高さＰ）と両立する成層体を形成することができる。金属箔等の導電体のような導体を層に含めてもよいし、又は他の例では、電気めっき並びに関連するめっき手法及び付着手法等を用いることにより導体を層に組み入れることもできる。これらの導体は電極１２２まで延在し、また基材１０２の周辺の各辺及び各区域まで延在し得る。この構成は圧電素子１０４との間でパルス及び電気信号を導通させるのに有用であり、構成の一例については共通基材（例えば図１の共通基材２６）に関連して上で議論した。
【００２３】
次に図４〜図７を参照すると、圧電センサ装置２００（図４及び図５）並びに圧電センサ装置３００（図６及び図７）の実施形態の例が掲げられている。以下の議論の目的のために、図２〜図７の間で１００番ずつ増加している以外では類似している参照番号（例えば参照番号１００は図４及び図５では２００となり、２００は図６及び図７では３００となる）を用いて類似の構成要素を示す。圧電センサ装置２００及び３００は、上で図１に関連して議論されたトランスデューサ・アレイ１２の構成の１又は複数における具現化に有用である。
【００２４】
例えば図４及び図５に示す圧電センサ装置２００は、センサ素子１８の各々が個別のユニットとして構成されているトランスデューサ・アレイ１２（図１）の構成に関連して用いるのに適している。一実施形態では、圧電センサ装置２００は、基材２０２と圧電素子２０４とを含み得る。基材２０２は受け入れ域２２０を備えた軟質回路材料２１４を含むことができ、受け入れ域２２０に圧電素子２０４が配置される。受け入れ域２２０は、接地電極２２４及び高温電極２２６を含む電極２２２を有し得る。はんだ層２３６が、当技術分野では認められるスクリーン印刷手法を用いて電極２２２の１又は複数に配設され得る。
【００２５】
軟質回路材料２１４は前面２４０及び背面２４２を含むことができ、背面２４２に電極２２２が位置する。圧電センサ装置２００はまた、ケーブル接続パッド２４６及び歪み逃げ２４８を備えた１又は複数のケーブル接続２４４を含み得る。ケーブル接続パッド２４６は、接地パッド２５０及び高温パッド２５２を含むことができ、各々が１又は複数のビア２５４を介して接地電極２２４及び高温電極２２６にそれぞれ結合される。ビア２５４は軟質回路材料２１４を通って延在し、これにより前面２４０のケーブル接続パッド２４６を背面２４２の電極２２２に結合する。一例では、接地プレーン２５６も軟質回路材料２１４に組み入れられる。接地プレーン２５６は、接地電極２２４及び接地パッド２５０に結合される。
【００２６】
図６及び図７に示すような圧電センサ装置３００は、トランスデューサ・アレイ１２（図１）が共通基材（例えば共通基材２６（図１））を用いるときに具現化され得る。一実施形態では、圧電センサ装置３００は基材３０２及び圧電素子３０４を含み得る。基材３０２は、圧電素子３０４を受け入れるように構成されている１又は複数の受け入れ域３２０を備えた軟質回路材料３１４を含み得る。受け入れ域３２０は、接地電極３２４及び高温電極３２６を含む電極３２２を有し得る。また、はんだ層３３６が、圧電素子３０４を電極３２２に固定させるために含められている。
【００２７】
圧電センサ装置３００は、複数の導体３６０を組み入れた共通基材３５８を含み得る。導体３６０は高温導体３６２及び接地導体３６４を含むことができ、各々が共通基材３５８の自由端３６６から延在するものとして図示されている。自由端３６６には、導体３６０の各々に結合される多重ピン・コネクタのようなコネクタ３６８が配設される。コネクタ３６８も同様に、本書で思量されている機器（例えば機器１４（図１））に付設され得るように、対を成すコネクタ（図示されていない）に結合するように構成される。
【００２８】
ここで、上述の圧電センサ装置１００、２００、及び３００のような圧電センサ装置の具現化形態について議論するために図８及び図９を参照する。図８及び図９は、圧電センサ装置４００及び５００の実施形態の例をそれぞれ示し、これらの実施形態は上述の測定システムのような測定システムに用いられるように構成され、以下でさらに詳細に説明される。ここでも類似の参照番号を用いて図２〜図９の間で類似の構成要素を表わす。但し、本開示の圧電センサ装置の特徴及び概念の幾つかについては図８及び図９に関連して図示又は議論されない場合があるが、かかる特徴及び概念は、圧電センサ装置４００及び５００にも、これらの装置の実施形態及び派生物にも適用可能であるものと思量される。
【００２９】
例えば図８には、複数の圧電センサ装置４００が示されており、圧電センサ装置４００の各々が基材４０２及び圧電素子４０４を含み得る。基材４０２は、接地電極４２４、高温電極４２６を備えた軟質回路材料４１４と、圧電素子４０４を基材４０２に固定するのに用いられるはんだ層４３６とを含み得る。軟質回路材料４１４は前面４４０及び背面４４２を含んでいる。一実施形態では、圧電センサ装置４００は測定システム４７０の一部として具現化され、測定システム４７０は、トランスデューサ・アレイ４７２と、機器４７４と、圧電素子４０４に結合されている１又は複数のケーブル４７８のような接続４７６とを含み得る。測定システム４７０はまた、ケーブル４７８をまとめて、一例では機器４７４及びトランスデューサ・アレイ４７２の圧電センサ装置４００に対する信号をやり取りする中央ハブとして動作する接続端子４８０を含み得る。
【００３０】
一実施形態では、圧電センサ装置４００は、基材４０２の背面４４２に配設された接着剤のような接触媒質（カプラント）４８６を用いて目標物４８４の表面４８２に固定される。表面４８２に対する圧電センサ装置４００の正しい作用及び結合をさらに確実にするために、保護層４９０及び締結機構４９２のような１又は複数の外側構造４８８を用いることができる。これらの外側構造４８８は圧電センサ装置４００の一部として組み込まれてもよいし、又は一実施形態では、外側構造４８８は圧電センサ装置４００とは別個の１又は複数の部品を含んでいてもよい。外側構造４８８の各部品の組み立ては、一般的には圧電センサ装置４００及び測定システム４７０の実装及び設置の時点で生じ得る。
【００３１】
接触媒質４８６は、図８に示すように基材４０２の表面に配設されることができ、また圧電素子４０４に配設され得る。施工時には、圧電素子４０４の性能の低下を回避するように注意を払うべきである。性能特性に加えて、接触媒質４８６として用いられる材料は基材４０２の材料特性及び目標物４８４の材料特性と適合することが望ましい場合がある。一例では、アクリル系接着剤のような接着剤を名目初期厚みが約１ｍｍである層として施工することができる。同様に許容可能な他の接着剤及び関連する材料としては、限定しないがシアノアクリレート類、エポキシ類、溶剤型接着剤、及び常温流れ接着剤、並びにこれらの組み合わせ及び誘導体がある。
【００３２】
保護層４９０を用いて、下層の構造、例えば圧電センサ装置４００に対する損傷を防ぐ。材料も同様に電気的絶縁特性を有することができ、このようにして外部環境からの保護を提供し、また生じ得る電弧、短絡、及び他の電気的に誘発される故障を防ぐ。保護層４９０として用いられる材料の例としては、シリコン、ナイロン、ネオプレン、高分子材料、及びこれらの組み合わせ及び誘導体がある。
【００３３】
締結機構４９２は、図８に示す帯状構造の形態にあってよい。目標物４８４が管又は他の円周型装置であるときに、かかる構造は円周の周りに装着され得る。これらの構造は、管の周りの帯の径を縮小することにより圧電センサ装置４００に力を加える二次的な締結及び圧迫特徴を組み入れることができる。平坦な構成又は不規則な構成を有する目標物のような他の構成の目標物４８４のためには、締結機構４９２は、目標物４８４の特定の構成向けに設計された装置を備えて構成され得る。これらの装置は、圧電センサ装置４００に力を加え得る磁石及び磁化型手段を含み得る。
【００３４】
図９を参照すると、圧電センサ装置５００が基材５０２及び圧電素子５０４を含み得ることが分かる。基材５０２は接地電極５２４及び高温電極５２６を含むことができ、はんだ層５３６が本書で思量されるようにして含められている。基材５０２は、コネクタ５６８を配設した自由端５６６を備えた共通基材５５８として構成されている。圧電センサ装置５００は測定システム５７０の一部であり、測定システム５７０はトランスデューサ・アレイ５７２、機器５７４、及びトランスデューサ・アレイ５７２と機器５７４との間に結合された接続５７６を含み得る。圧電センサ装置５００を固定するために接触媒質５８６が用いられており、さらに保護層５９０及び締結機構５９２によって保護が提供されている。一実施形態では、接続５７６は、コネクタ５６８及び機器５７４に結合されている単一のケーブル５９４を含み得る。単一のケーブル５９４は、例えばコネクタ５６８と係合するように構成されている対を成すコネクタ５９６を含み得る。
【００３５】
この書面の記載は、最適な態様を含めて発明の実施形態を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３６】
１０：測定システム
１２：トランスデューサ・アレイ
１４：機器
１６：接続
１８：センサ素子
２０：圧電素子
２２：基材
２４：超音波試験ユニット
２６：共通基材
１００：圧電センサ装置
１０２：基材
１０４：圧電素子
１０６：セラミック本体
１０８：電極
１１０：接地
１１２：巻き付けタブ
１１４：軟質回路材料
１１６：第一の層
１１８：第二の層
１２０：受け入れ域
１２２：電極
１２４：接地電極
１２６：高温電極
１２８：電極幾何学的形状
１３０：隔離用間隙
１３２：形状幾何構成
１３４：Ｔ字形幾何学的形状
１３６：はんだ層
１３８：成層構造
２００：圧電センサ装置
２０２：基材
２０４：圧電素子
２１４：軟質回路材料
２２０：受け入れ域
２２２：電極
２２４：接地電極
２２６：高温電極
２３６：はんだ層
２４０：前面
２４２：背面
２４４：ケーブル接続
２４６：ケーブル接続パッド
２４８：歪み逃げ
２５０：接地パッド
２５２：高温パッド
２５４：ビア
２５６：接地プレーン
３００：圧電センサ装置
３０２：基材
３０４：圧電素子
３１４：軟質回路材料
３２０：受け入れ域
３２２：電極
３２４：接地電極
３２６：高温電極
３３６：はんだ層
３５８：共通基材
３６０：導体
３６２：高温導体
３６４：接地導体
３６６：自由端
３６８：コネクタ
４００：圧電センサ装置
４０２：基材
４０４：圧電素子
４１４：軟質回路材料
４２４：接地電極
４２６：高温電極
４３６：はんだ層
４４０：前面
４４２：背面
４７０：測定システム
４７２：トランスデューサ・アレイ
４７４：機器
４７６：接続
４７８：ケーブル
４８０：接続端子
４８２：表面
４８４：目標物
４８６：接触媒質
４８８：外側構造
４９０：保護層
４９２：締結機構
５００：圧電センサ装置
５０２：基材
５０４：圧電素子
５２４：接地電極
５２６：高温電極
５３６：はんだ層
５５８：共通基材
５６６：自由端
５６８：コネクタ
５７０：測定システム
５７２：トランスデューサ・アレイ
５７４：機器
５７６：接続
５８６：接触媒質
５９０：保護層
５９２：締結機構
５９４：単一のケーブル
５９６：対を成すコネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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