CN1016570B - 含交织挠性敏感元件的压电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种包括至少一对各自的电极并联连接的大长度的挠性敏感元件的压电传感器，通过使敏感元件交叉设置形成互连，其中每一个敏感元件的两个电极交替地与至少一个其它敏感元件的两个电极电气接触。传感器可通过将至少一对敏感元件以反向的两个螺旋形交错卷绕在一支承物上形成。所选择的组合方法由于电极间有多个电接触点，因而既提供了良好的机械强度。又简化了电气连接。

Description

本发明涉及一种包括一对或多对大长度的敏感元件的改进的压电传感器。

这种传感器特别可以用作一种水听器，用于不同的海上作业，以及，例如用于海洋地震勘探以接收来自浸没的下层土的地震波，它们由一海上地震源发射，通过地面下的地质的不连续而反射。

敏感元件由一块具有压电性能的基片和置于该基片两侧的两个电极组成。

基片也可呈由合成塑料制的、经处理而具有压电性能的条状或挠性带的形状。合成塑料通常采用诸如PVDF（氟化聚乙二烯）、聚乙烯、PTFE（聚四氟乙烯）等。

挠性的敏感元件通常都采用设置在一平的支承物上或以螺旋形卷绕在一柱形芯体上的呈条状或带状的元件。它们一般是两两结合，以便增强组件的灵敏度。通过将它们置于支承物的两边而使极性相反，并使它们电气连接，使由支承物挠曲和加速度所引起的寄生电压得以补偿。

通过使用挠性带，可以构成相当长的连续的水听器，它们提供波数过滤。特别是用在由船舶牵引的地震浮筒内，它们可以滤除某些寄生噪声，便于接收由牵引源发射的地震波经浸没的下层土的断裂而反射的信号。

在一种已知的结构里，压电接收器是这样形成的：先通过将带有两个电极的第一敏感带螺旋形地绕在一绝缘柱形芯体上，接着将一绝缘挠性带通过卷绕叠加到第一敏感带上。然后再在上面，沿着与第一敏感带相反的方向，螺旋形地卷绕上第二敏感带。分别与两个敏感带的电极接触的环通过导线连接，从而形成一串联的互连。

在另一种已知的结构里，在两个交错的螺旋形绕组之间可以插入一可透过声波的薄导带。该导带覆盖下部绕组所有匝数的侧边缘，并在叠加绕组的上电极和下电极间提供良好的电接触，它有助于减小连接电阻和改善电的可靠性。

这些压电传感器在例如法国专利2，145，099或已公布的法国专利申请2，601，132或2，603，422有所描述。

本发明的目的是对压电传感器所包含的挠性敏感元件的结构加以改进，从而使改进后的压电传感器具有良好的机械强度和抗干扰性能，并同时简化了敏感元件的电气连接。

本发明提供了一种由敏感元件构成的改进的压电传感器，每个敏感元件包括一个由挠性材料制成且具有压电性能的基片和两个置于基片两则的薄电极。这种传感器可以简化制造过程和提高可靠性。

本发明的特征在于敏感元件是交错设置的，使其中每两个电极交替地与至少一个其它敏感元件的一个电极电气接触。

传感器可以例如包括至少两个交错设置的敏感元件，其中一个敏感元件的两个电极交替地与另一个敏感元件的两个电极电气接触。

在一个实施例中，传感器至少包括一条相互编结起来的敏感元件的编带，每条编带由至少一对以反向的螺旋形交错卷绕的敏感元件形成。该编带置于诸如基本上呈圆柱形的或扁平的中间芯体上。

敏感元件的交错设置具有许多优点：

1.每一对敏感元件中两个敏感元件起相同的作用，因为它们中每一个交替地位于另一个的上面和下面。它们各自对于施加的应力的响应是很相似的。在敏感元件配置成对并加以互连以对特别是由于加速度所造成的各向异性应力提供补偿的所有实施例里，要求权利保护的传感器都具有较好的抗干扰性能。

2.由于敏感元件的交错设置使它们各自的电极间的接触区域大大增多：

-连接电阻减小，这有助于加宽通带，

-每一对敏感元件电气组合所需的电气连接总数减少，

-位于形成每一对敏感元件的电极的任一导电薄膜上的刻纹都没有显著的影响，这就有助于较易获得正确的传感器规格。

3.由于交错设置，确保了敏感元件的每个组合件的机械强度。此外，不必为了使它们连在一起而另外增加机械连接装置。

本发明的传感器的其它特性和优点将通过下面参照附图对以非限制性的例子的方式给出的实施例的描述而更为清楚。在附图中：

图1是一个敏感元件的剖视图，

图2示出了几个敏感元件交错设置的一般情况，

图3以剖面图表示第一敏感元件对应于第二敏感元件在它们相交处的相对排列，

图4以剖面图表示同一敏感元件对应于第三敏感元件在一邻近的相交处的相对排列，

图5是本发明的第一个实施例，其中示意性地示出了由一对卷绕在一支承物上的敏感元件组成的传感器，

图6是本发明的传感器的第二个实施例，图中示意性地示出了由多个交错设置的敏感元件组成的传感器，以及

图7是本发明传感器的第三个实施例，其中，多个敏感元件置于一个扁平的支承物上。

每一个敏感元件呈例如一个延伸的条（带）状，它包括（图1）一个由一种具有压电性能的材料制成的薄带，在薄带的两面上各置有一层导电薄膜2、3，形成电极。

在其最一般的形式里（图2），本发明的传感器包括几个敏感元件E₂、E₃、E₄等组成的第一列，它们与敏感元件E₁、E₅组成的第二列交错排列。第二列的元件例如E₁相继地穿过第一列的元件E₂、E₃、E₄等。它被设置成依次地通过E₂的下面、E₃的上面、E₄的下面等。在第一个交叉处，例如其第一个电极2是与E₂的第二个电极3接触（如图3那样重叠）。在下一个交叉处，是第二个电极3与敏感元件E₃的第一个电极2接触。E₁的电极2再在交叉处与E₄接触，依此类推，第一列E₂、E₃、E₄…的任一敏感元件依次地通过第二列敏感元件的上面和下面，并且其任一电极位置与第二列E₁、E₅等敏感元件的同样电极（2或3）接触，两列彼此分开一定距离。同一列的敏感元件可隔开任意间距，但总有可能将它们排列成规则的棋盘图形。不论敏感元件之间的间距如何，选用的交叉设置方法使组合件有一定的机械强度，并且由于电极间有多个接触点，还使形成交叉的不同的敏感元件并联。为了拾取敏感元件的组合件对应于应力所产生的电压并将它施加到一合适的前置放大器，两根导线L₁和L₂就足够了，这两根导线分别焊接到两个对置的电极上。这样形成的传感器可置于任意形状的支承物上。

在图5所示的实施例里，传感器可以通过将至少一对敏感元件卷绕在一支承物上而形成。同一对里的两个绕组E₁和E₂以相反的方向螺旋形卷绕。在每一交叉处，同一敏感元件交替地位于同一对的另一个敏感元件的上面和下面。如果传感器包括多个敏感元件（图6），则它们中每一个卷绕成螺旋形，并交替地置于它所顺序相交的敏感元件的上面和下面。这样也就提供了不同敏感元件的机械的和电气的互连。在支承物的一端，两根电线L₁和L₂就足以将敏感元件的并联组合连接到一个合适的前置放大器的输入端。

支承物可具有任意形状，可选择或多或少呈扁平形的实心或空心圆柱形支承物（图5）。也可使用一扁平的支承物（图7），其相对的两个平面通过圆弧部分连接在一起，它们的曲率半径必须足以 避免敏感元件的任何损坏和造成用作电极的导电薄膜的微小刻纹。

通过卷绕一对或多对敏感元件所形成的绕组的恒定相交使得有可能获得一种支承在其自身上的稳定结构。于是，在制造基片时，就不需要另加固定装置来使重迭的绕组定位。在其制成后，只要在传感器周围置一护套，通常就足以稳定绕在支承物上的绕匝。因而制造过程得以简化。

Claims (8)

1、一种由敏感元件构成的改进的压电传感器，每个敏感元件包括，由具有压电性能的挠性材料制成的基片和置于基片两侧的两个薄电极，其特征在于，所述敏感元件是交错设置的，所以其中每一个敏感元件的两个电极与至少一个其它敏感元件的一个电极交替地电气接触。

2、按照权利要求1所述的传感器，其特征在于，它包括至少两个交错设置的敏感元件，因而敏感元件之一的每一个电极与另一个敏感元件的两个电极交替地电气接触。

3、按照权利要求1所述的传感器，其特征在于，它包括敏感元件的至少一个编带，每一编带由以反向螺旋形交错卷绕的至少两个敏感元件形成。

4、按照权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述编带置于一基本上呈圆柱形的中间芯体上。

5、按照权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述编带是围绕一扁平的中间芯体设置的。

6、按照权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述编带是围绕一个包括具有圆弧形边缘的平板的支承物设置的。

7、按照权利要求1所述的传感器，其特征在于，它包括多个交错设置的敏感元件，每一个敏感元件的每一个电极等间隔地与另一敏感元件的同样的电极相接触。

8、按照权利要求7所述的传感器，其特征在于，它包括两个以交错的螺旋形绕组的形式设置的敏感元件，从而形成等间距的电极接触点。