CN104391320A - 一种mems全向振动传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MEMS全向振动传感器，包括传感器壳体、印刷电路板、MEMS级三轴电容式加速度计、MEMS级三轴磁阻传感器和三维加速度传感器，所述传感器壳体是球形的，且由灌封材料组成，所述MEMS级三轴电容式加速度计安装于传感器壳体的重心位置处，用于三维全向测振，所述MEMS级三轴电容式加速度计、MEMS级三轴磁阻传感器和三维加速度传感器安装于印刷电路板上；采用灌封和制模工艺，将所述印刷电路板直接浇铸在传感器壳体的重心平面内。本发明的传感器壳体与土壤粒子同步震动，所述印刷电路板和灌封材料的选择保证了传感器壳内密度均匀、各向同性，实现了爆破震动信号的全向接收。

Description

一种MEMS全向振动传感器
技术领域
本发明涉及地下浅层分布式震源定位的传感器领域，尤其涉及一种MEMS全向振动传感器。
背景技术
地下浅层分布式震源定位技术是在地下震源近场监测区域内，将大量传感器节点埋设在地下不同深度，通过自组织和多跳方式构成的无线网络，协作地感知、监测、采集、处理以及传输震源产生的震动信号，并通过分析各个节点收集到的震动信息的特征，以实现震源的定位。
与地震、煤矿深层开采、石油勘探等大区域、大当量、大深度震动监测相比较，地下浅层分布式震源定位具有以下特点：1)分布的范围相对较小，属于小区域监测14；2)地下震动的深度较浅，一般不超过100m，属于地下浅层震动；3)传输介质的密度更加不均匀，往往包括浮土、岩石、沙石、密实土壤等多种类型；4)对震动位置的定位精度要求更高，往往在lm以内。地下震源定位技术属于近场震源定位技术，即在震源的近区进行定位。该技术可以有效地解决工程爆破定向拆除、地下毁伤、兵器试验场炮弹炸点定位等各种震源定位问题。是目前地下空间定位问题中研究的一个热点。
地下浅层分布式震源定位目前主要借鉴地震定位方法，利用地震检波器拾取震动信号，通过地震动初至波到达时间，采用TDOA算法(timedifference of arrival)实现定位。但由于震源近场存在明显的频散现象，即不同频率成分的波形传播速度不同，群波速不是恒定值，采用TDOA定位时误差较大。震源近场与远场相比，不存在明显的多径干扰，因此利用各节点获取的P波的矢量方向进行DOA(direct of angle)交叉定位，是实现高精度震源定位的最优方法。但其瓶颈问题是目前还没有适合变埋于地下、有效获取爆破震动信号矢量信息的震动传感器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何克服现有的没有适合变埋于地下、有效获取爆破振动信号矢量信息的震动传感器等的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种MEMS全向振动传感器，包括传感器壳体、印刷电路板、MEMS级三轴电容式加速度计、MEMS级三轴磁阻传感器和三维加速度传感器，所述传感器壳体是球形的，且由灌封材料组成，所述MEMS级三轴电容式加速度计安装于传感器壳体的重心位置处，用于三维全向测振，所述MEMS级三轴电容式加速度计、MEMS级三轴磁阻传感器和三维加速度传感器安装于印刷电路板上；采用灌封和制模工艺，将所述印刷电路板直接浇铸在传感器壳体的重心平面内。
进一步地，所述传感器壳体的直径为3～5cm。
进一步地，所述印刷电路板选用覆铜箔环氧玻纤布层压板印刷电路板，所述印刷电路板的厚度为1～5mm。
具体地，所述灌封材料选自石蜡、聚氨酯泡沫塑料、环氧树脂和聚四氟乙烯中的一种或多种的组合。
进一步地，所述MEMS级三轴电容式加速度计和MEMS级三轴磁阻传感器构成姿态测试模块，用于探测所述全向振动传感器三轴偏离以磁北、大地水平面和重力方向组成的大地坐标系的夹角。
进一步地，所述MEMS级三轴磁阻传感器用于探测全向振动传感器X轴偏离磁北的方位角；所述MEMS级三轴电容式加速度计用于探测全向振动传感器Y轴、Z轴偏离大地水平面和重力方向的滚转角和俯仰角。
本发明的MEMS全向振动传感器，具有如下有益效果：
1、本发明的传感器壳体与土壤粒子同步震动，所述印刷电路板和灌封材料的选择保证了传感器壳内密度均匀、各向同性，实现了爆破震动信号的全向接收。
2、本发明中将印刷电路板直接浇铸在传感器壳体的重心平面内，降低了传感器结构的复杂度和体积，提高了谐振频率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明MEMS全向振动传感器的结构示意图。
图中：1-MEMS级三轴磁阻传感器，2-MEMS级三轴电容式加速度计，3-印刷电路板，4-三维加速度传感器，5-传感器壳体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1所示，本发明提供了一种MEMS全向振动传感器，包括传感器壳体5、印刷电路板3、MEMS级三轴电容式加速度计2、MEMS级三轴磁阻传感器1和三维加速度传感器4，所述传感器壳体5是球形的，且由灌封材料组成，所述MEMS级三轴电容式加速度计2安装于传感器壳体5的重心位置处，用于三维全向测振，所述MEMS级三轴电容式加速度计2、MEMS级三轴磁阻传感器1和三维加速度传感器4安装于印刷电路板3上；采用灌封和制模工艺，将所述印刷电路板3直接浇铸在传感器壳体5的重心平面内。
所述传感器壳体5的直径为3cm。
所述印刷电路板3选用覆铜箔环氧玻纤布层压板印刷电路板3，所述印刷电路板3的厚度为1mm。
所述灌封材料选自石蜡，所述MEMS级三轴电容式加速度计2和MEMS级三轴磁阻传感器1构成姿态测试模块，用于探测所述全向振动传感器三轴偏离以磁北、大地水平面和重力方向组成的大地坐标系的夹角。
所述MEMS级三轴磁阻传感器1用于探测全向振动传感器X轴偏离磁北的方位角；所述MEMS级三轴电容式加速度计2用于探测全向振动传感器Y轴、Z轴偏离大地水平面和重力方向的滚转角和俯仰角。
实施例二：
如图1所示，本发明提供了一种MEMS全向振动传感器，包括传感器壳体5、印刷电路板3、MEMS级三轴电容式加速度计2、MEMS级三轴磁阻传感器1和三维加速度传感器4，所述传感器壳体5是球形的，且由灌封材料组成，所述MEMS级三轴电容式加速度计2安装于传感器壳体5的重心位置处，用于三维全向测振，所述MEMS级三轴电容式加速度计2、MEMS级三轴磁阻传感器1和三维加速度传感器4安装于印刷电路板3上；采用灌封和制模工艺，将所述印刷电路板3直接浇铸在传感器壳体5的重心平面内。
所述传感器壳体5的直径为4cm。
所述印刷电路板3选用覆铜箔环氧玻纤布层压板印刷电路板3，所述印刷电路板3的厚度为3mm。
具体地，所述灌封材料选自聚氨酯泡沫塑料。所述MEMS级三轴电容式加速度计2和MEMS级三轴磁阻传感器1构成姿态测试模块，用于探测所述全向振动传感器三轴偏离以磁北、大地水平面和重力方向组成的大地坐标系的夹角。
所述MEMS级三轴磁阻传感器1用于探测全向振动传感器X轴偏离磁北的方位角；所述MEMS级三轴电容式加速度计2用于探测全向振动传感器Y轴、Z轴偏离大地水平面和重力方向的滚转角和俯仰角。
实施例三：
如图1所示，本发明提供了一种MEMS全向振动传感器，包括传感器壳体5、印刷电路板3、MEMS级三轴电容式加速度计2、MEMS级三轴磁阻传感器1和三维加速度传感器4，所述传感器壳体5是球形的，且由灌封材料组成，所述MEMS级三轴电容式加速度计2安装于传感器壳体5的重心位置处，用于三维全向测振，所述MEMS级三轴电容式加速度计2、MEMS级三轴磁阻传感器1和三维加速度传感器4安装于印刷电路板3上；采用灌封和制模工艺，将所述印刷电路板3直接浇铸在传感器壳体5的重心平面内。
所述传感器壳体5的直径为5cm。
所述印刷电路板3选用覆铜箔环氧玻纤布层压板印刷电路板3，所述印刷电路板3的厚度为5mm。
具体地，所述灌封材料选自环氧树脂和聚四氟乙烯塑料。所述MEMS级三轴电容式加速度计2和MEMS级三轴磁阻传感器1构成姿态测试模块，用于探测所述全向振动传感器三轴偏离以磁北、大地水平面和重力方向组成的大地坐标系的夹角。
所述MEMS级三轴磁阻传感器1用于探测全向振动传感器X轴偏离磁北的方位角；所述MEMS级三轴电容式加速度计2用于探测全向振动传感器Y轴、Z轴偏离大地水平面和重力方向的滚转角和俯仰角。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种MEMS全向振动传感器，其特征在于，包括传感器壳体、印刷电路板、MEMS级三轴电容式加速度计、MEMS级三轴磁阻传感器和三维加速度传感器，所述传感器壳体是球形的，且由灌封材料组成，
所述MEMS级三轴电容式加速度计安装于传感器壳体的重心位置处，用于三维全向测振，所述MEMS级三轴电容式加速度计、MEMS级三轴磁阻传感器和三维加速度传感器安装于印刷电路板上；
采用灌封和制模工艺，将所述印刷电路板直接浇铸在传感器壳体的重心平面内。
2.根据权利要求1所述的MEMS全向振动传感器，其特征在于，所述传感器壳体的直径为3～5cm。
3.根据权利要求2所述的MEMS全向振动传感器，其特征在于，所述印刷电路板选用覆铜箔环氧玻纤布层压板印刷电路板，所述印刷电路板的厚度为1～5mm。
4.根据权利要求3所述的MEMS全向振动传感器，其特征在于，所述灌封材料选自石蜡、聚氨酯泡沫塑料、环氧树脂和聚四氟乙烯中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求4所述的MEMS全向振动传感器，其特征在于，所述MEMS级三轴电容式加速度计和MEMS级三轴磁阻传感器构成姿态测试模块，用于探测所述全向振动传感器三轴偏离以磁北、大地水平面和重力方向组成的大地坐标系的夹角。
6.根据权利要求5所述的MEMS全向振动传感器，其特征在于，所述MEMS级三轴磁阻传感器用于探测全向振动传感器X轴偏离磁北的方位角。
7.根据权利要求5所述的MEMS全向振动传感器，其特征在于，所述MEMS级三轴电容式加速度计用于探测全向振动传感器Y轴、Z轴偏离大地水平面和重力方向的滚转角和俯仰角。
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CN106932082A (zh) * 2017-03-10 2017-07-07 天津大学 一种用于测量工程爆破的一体式振动传感器及其测量方法
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