CN103217210A - 一种压电式噪声传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压电式噪声传感器，属于航天传感器技术领域。传感器包括前盖、膜片、声敏感组件、振动补偿组件、壳体、锁紧螺栓、后盖、插座和安装法兰；所述的后盖采用过盈配合或焊接的方式与壳体连接；所述的插座通过过盈配合或焊接的方式与后盖连接；所述的安装法兰通过螺纹或焊接的方式与壳体连接。本发明的传感器工作时无需外部供电，内部无电子元器件，使用温度范围广，不受电子元器件限制；传感器结构采用耐高温材料制作，内部电气连接采用点焊，可在高温环境下工作。

Description

一种压电式噪声传感器

技术领域

本发明涉及一种压电式噪声传感器，属于航天传感器技术领域。

背景技术

飞行器在飞行过程中因发动机工作、级间分离以及空气动力等激励引起结构的振动，强烈而持续的振动会产生较大的噪声。为了确定弹上噪声环境，以便提供飞行器结构设计的依据和仪器设备试验的条件，必须对弹上噪声环境进行测量，测量结果也是进行故障分析的重要依据。噪声的本质是振动，在某些难以直接进行振动测量的场合，通过噪声测量可以反映目标的振动状态。

飞行器表面在飞行过程中与空气相互作用会产生较大的噪声，但因空气摩擦、结构振动等原因，该噪声参数的测量往往面临高温振动环境；在飞行器发动机附近尾流噪声的测量也面临大冲击振动和高温的恶劣环境；另外，飞行器在飞行过程高度的变化会造成气压的变化，对常规的噪声传感器特别是电容式传感器影响较大。常规的噪声传感器不能满足飞行器噪声测量需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种压电式噪声传感器，该传感器是一种耐高温、抗损坏能力强的压电式噪声传感器，可适用不同高度，用于测量高声强噪声和极低的压力脉动。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种压电式噪声传感器，该传感器包括前盖、膜片、声敏感组件、振动补偿组件、壳体、锁紧螺栓、后盖、插座和安装法兰；

所述的后盖采用过盈配合或焊接的方式与壳体连接；

所述的插座通过过盈配合或焊接的方式与后盖连接；

所述的安装法兰通过螺纹或焊接的方式与壳体连接；

所述的前盖通过螺纹固定在壳体上；

所述的膜片采用焊接的方式与壳体连接；

所述的膜片在前盖的内侧面外，膜片与前盖的内侧面之间有间隙；

所述的声敏感组件包括硬芯、压电片、电极片、声底座和声学力顺杆；硬芯、压电片、电极片、声底座、声学力顺杆顺序同轴安装并通过声学力顺杆内的螺纹锁紧；声学力顺杆的螺纹端面不得凸出于硬芯上表面；压电片通过电极片连接；声敏感组件的正极通过金属线引出，金属线上套绝缘塑料管，金属线与电极片之间用电阻接触点焊法连接；

所述的声敏感组件通过声底座固定在壳体内腔，声敏感组件通过硬芯顶在膜片上；

振动补偿组件包括振动力顺杆、螺母、调整片、上垫片、惯性质量、电极片、压电片、下垫片、接线柱、绝缘套和力底座；

调整片、上垫片、惯性质量、电极片、压电片、下垫片和力底座用振动力顺杆顺序同轴串在一起，用螺母锁紧；振动力顺杆和力底座凹坑处灌环氧胶固定；接线柱通过绝缘套固定在力底座上；接线柱凸出部分用机械方法夹扁固定，并在绝缘套上涂环氧胶固定；

振动补偿组件固定在壳体内腔，与声敏感组件同轴并通过锁紧螺栓与声敏感组件的声底座锁定；振动补偿组件与声敏感组件在电路上并联；

电极片和接线柱之间采用金属线连接，电极片、接线柱和金属线三者之间用电阻接触点焊法连接；金属线外套绝缘塑料管。

前盖采用环氧酚醛层压玻璃布板制作，前盖的尺寸以标准的声压级校正器的口径为准，为1/8英寸、1/4英寸、1/2英寸或1英寸，端面上均布19个

的孔；

所述的膜片采用不锈钢带，材料无磁性，厚度为0.1mm～0.5mm，膜片与壳体采用激光或脉冲氩弧焊焊接；

插座采用同轴小插座；

安装法兰采用机械浮地结构，采用环氧层压玻璃布非金属材料或是采用金属材料的法兰盘，在安装孔上加绝缘套；

接线柱与力底座之间绝缘电阻大于500MΩ；

绝缘塑料管为聚四氟乙烯管SFG-1。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、本发明是一种耐高温的噪声传感器，该传感器采用压电原理，工作时无需外部供电，内部无电子元器件，使用温度范围广，不受电子元器件限制；传感器结构采用耐高温材料制作，内部电气连接采用点焊，可在高温环境下工作；

2、本发明是一种抗损坏能力强的噪声传感器，该传感器采用机电结构，内部无易损坏的零件和结构，可抗20000g的大冲击。该传感器可工作在力学环境恶劣的噪声测量场合；

3、本发明是一种使用范围广的噪声传感器，该传感器对高度变化、磁等环境变化不敏感，适用于不同工作环境，使用范围广；

4、本发明是一种带振动补偿的噪声传感器，压电式噪声传感器具有振动灵敏度，在振动环境下会影响噪声测量精度；本发明带有振动补偿组件，能消去因振动带来的误差，提高测量精度；

5、本发明采用浮地的法兰盘安装，特别适用于飞行器表面噪声测量，该传感器根据飞行器应用的特点，采取传感器同被测点安装处机械上浮的形式，以防地回路干扰；该传感器采用法兰盘安装，敏感端面与被测点表面平齐，不会带来额外的噪声畸变，适用于飞行器表面噪声测量。

附图说明

图1为本发明传感器结构主视图；

图2为本发明的传感器结构左视图；

图3为本发明声敏感组件结构示意图；

图4为本发明振动补偿组件结构示意图；

图5为本发明电信号输出结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例

一种压电式噪声传感器，如图1和图2所示，该传感器包括前盖1、膜片2、声敏感组件3、振动补偿组件4、壳体5、锁紧螺栓6、后盖7、插座8和安装法兰9；

传感器内部电气连接均采用点焊方式；

所述的后盖7采用过盈配合或焊接的方式与壳体5连接；

所述的插座8通过过盈配合或焊接的方式与后盖7连接；

所述的安装法兰9通过螺纹或焊接的方式与壳体5连接；

所述的前盖1通过螺纹固定在壳体5上；

所述的膜片2采用焊接的方式与壳体5连接；

所述的膜片2在前盖1的内侧面外，膜片2与前盖1的内侧面之间有间隙；

如图3所示，所述的声敏感组件3包括硬芯25、压电片26、电极片27、声底座28和声学力顺杆29；硬芯25、压电片26、电极片27、声底座28、声学力顺杆29顺序同轴安装并通过声学力顺杆29内的螺纹锁紧；声学力顺杆29的螺纹端面不得凸出于硬芯25上表面；压电片26通过电极片27连接，电极片27之间用电阻接触点焊法连接，电极片27不得扭曲折叠；声敏感组件3的正极通过金属线30（如镍线N6）引出，金属线30上套绝缘塑料管31，金属线30与电极片27之间用电阻接触点焊法连接；

所述的声敏感组件3采用压电堆结构，其形式可采用周边压缩或中心柱压缩结构，声敏感组件3通过声底座28螺纹固定在壳体5内腔，声敏感组件3通过硬芯25顶在膜片2上；

声敏感组件3特性测试合适后，在声学力顺杆29螺钉头同声底座28结合处点环氧胶；

声敏感组件3工作频率范围（即传感器的工作频率范围）上限取（1/5～1/3）f，工作下限取决于后续变换电路；

如图4所示，振动补偿组件4包括振动力顺杆10、螺母11、调整片12、上垫片13、惯性质量14、电极片15、压电片16、下垫片17、接线柱18、绝缘套19和力底座20；

调整片12、上垫片13、惯性质量14、电极片15、压电片16、下垫片17和力底座20用振动力顺杆10顺序同轴串在一起，用螺母11锁紧；振动力顺杆10和力底座20凹坑处灌环氧胶24固定；接线柱18通过绝缘套19固定在力底座20上，应保证接线柱18与力底座20之间绝缘电阻大于500MΩ；接线柱18凸出部分用机械方法夹扁固定，并在绝缘套19上涂环氧24胶固定；

振动补偿组件4是一个压电加速度计，采用螺纹固定在壳体5内腔，与声敏感组件3同轴并通过锁紧螺栓6与声敏感组件3的声底座28锁定，感受相同振动；振动补偿组件4与声敏感组件3在电路上并联，振动补偿组件4电荷灵敏度与声敏感组件3的等效振动灵敏度大小相同，方向相反；

电极片15和接线柱18之间采用金属线22（如镍线N6）连接，电极片15、接线柱18和金属线22三者之间用电阻接触点焊法连接，电极片15不得扭曲折叠；金属线22外套绝缘塑料管23（如聚四氟乙烯管SFG-1）；

振动补偿组件4测试合格后，在惯性质量14凹坑处灌环氧胶24固定；

如图5所示，电信号输出结构由后盖7和插座8组成；插座8采用过盈配合或焊接的方式与后盖7连接，采用过盈配合时应在插座8周围涂适量的导电环氧胶；

所述的前盖1采用环氧酚醛层压玻璃布板制作，前盖1的尺寸以标准的声压级校正器的口径为准，可取1/8英寸、1/4英寸、1/2英寸或1英寸，端面上均布19个

的孔；

所述的膜片2采用不锈钢带，材料无磁性，且经退火处理呈软状态；膜片2根据量程选择合适厚度，厚度多在0.1mm～0.5mm；且经退火处理呈软状态者，要求表面光滑、无斑点、折叠、巢孔，阴线并作平整处理。加工时，注意保护好表面，不得有压坑、压痕等压伤缺陷，边缘保持锐边直角。膜片2与壳体5采用激光或脉冲氩弧焊焊接，要求溶深均匀，焊缝应平整、无烧痕、气孔、砂眼、开焊、漏焊、烧通等缺陷，焊后膜片2应平整无压伤痕迹；

所述的插座8采用体积小绝缘电阻高的同轴小插座；

所述的安装法兰9采用机械浮地结构；可采用绝缘性能好的非金属材料制作，如环氧层压玻璃布材料；也可采用金属材料的法兰盘33，在安装孔上加绝缘套32的方法实现浮地。

所述的传感器采用法兰盘9安装后，前盖1端面与被测量点表面平齐。

按上述实施方式制作的压电式噪声传感器主要用于飞行器表面外噪声参数的测量，使用温度范围为-40℃～200℃，可测量的最大声压级达170dB。本发明广泛应用于航天遥测领域，用于测量火箭表面气动噪声或其它恶劣环境下的噪声测量，圆满完成了多次任务。本发明结构坚固可靠，通过了20000g的爆炸冲击考核。

Claims (8)

1.一种压电式噪声传感器，其特征在于：该传感器包括前盖（1）、膜片（2）、声敏感组件（3）、振动补偿组件（4）、壳体（5）、锁紧螺栓（6）、后盖（7）、插座（8）和安装法兰（9）；

所述的后盖（7）采用过盈配合或焊接的方式与壳体（5）连接；

所述的插座（8）通过过盈配合或焊接的方式与后盖（7）连接；

所述的安装法兰（9）通过螺纹或焊接的方式与壳体（5）连接；

所述的前盖（1）通过螺纹固定在壳体（5）上；

所述的膜片（2）采用焊接的方式与壳体（5）连接；

所述的膜片（2）在前盖（1）的内侧面外，膜片（2）与前盖（1）的内侧面之间有间隙；

所述的声敏感组件（3）包括硬芯（25）、压电片（26）、电极片（27）、声底座（28）和声学力顺杆（29）；硬芯（25）、压电片（26）、电极片（27）、声底座（28）、声学力顺杆（29）顺序同轴安装并通过声学力顺杆（29）内的螺纹锁紧；声学力顺杆（29）的螺纹端面不得凸出于硬芯（25）上表面；压电片（26）通过电极片（27）连接；声敏感组件（3）的正极通过金属线引出，金属线上套绝缘塑料管，金属线与电极片（27）之间用电阻接触点焊法连接；

所述的声敏感组件（3）通过声底座（28）固定在壳体（5）内腔，声敏感组件（3）通过硬芯（25）顶在膜片（2）上；

振动补偿组件（4）包括振动力顺杆（10）、螺母（11）、调整片（12）、上垫片（13）、惯性质量（14）、电极片（15）、压电片（16）、下垫片（17）、接线柱（18）、绝缘套（19）和力底座（20）；

调整片（12）、上垫片（13）、惯性质量（14）、电极片（15）、压电片（16）、下垫片（17）和力底座（20）用振动力顺杆（10）顺序同轴串在一起，用螺母（11）锁紧；振动力顺杆（10）和力底座（20）凹坑处灌环氧胶固定；接线柱（18）通过绝缘套（19）固定在力底座（20）上；接线柱（18）凸出部分用机械方法夹扁固定，并在绝缘套（19）上涂环氧胶固定；

振动补偿组件（4）固定在壳体（5）内腔，与声敏感组件（3）同轴并通过锁紧螺栓（6）与声敏感组件（3）的声底座（28）锁定；振动补偿组件（4）与声敏感组件（3）在电路上并联；

电极片（15）和接线柱（18）之间采用金属线连接，电极片（15）、接线柱（18）和金属线三者之间用电阻接触点焊法连接；金属线外套绝缘塑料管。

2.根据权利要求1所述的一种压电式噪声传感器，其特征在于：前盖（1）采用环氧酚醛层压玻璃布板制作，前盖（1）的尺寸以标准的声压级校正器的口径为准，为1/8英寸、1/4英寸、1/2英寸或1英寸，端面上均布19个

的孔。

3.根据权利要求1所述的一种压电式噪声传感器，其特征在于：所述的膜片（2）采用不锈钢带，材料无磁性，厚度为0.1mm～0.5mm，膜片（2）与壳体（5）采用激光或脉冲氩弧焊焊接。

4.根据权利要求1所述的一种压电式噪声传感器，其特征在于：插座（8）采用同轴小插座。

5.根据权利要求1所述的一种压电式噪声传感器，其特征在于：安装法兰（9）采用机械浮地结构，采用环氧层压玻璃布材料。

6.根据权利要求1所述的一种压电式噪声传感器，其特征在于：安装法兰（9）采用机械浮地结构，采用金属材料的法兰盘，在安装孔上加绝缘套。

7.根据权利要求1所述的一种压电式噪声传感器，其特征在于：接线柱（18）与力底座（20）之间绝缘电阻大于500MΩ。

8.根据权利要求1所述的一种压电式噪声传感器，其特征在于：绝缘塑料管为聚四氟乙烯管SFG-1。

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