CN104483012B - 一种全天候低频声波传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全天候低频声波传感器，其技术特点是：包括前腔、后腔管和前置放大器基座，在前腔内侧安装有主体，在主体上端安装一个敏感头，主体下端与后腔管安装在一起，后腔管下端与前置放大器基座安装在一起；在前腔的腔壁上部中间设有一个进声头，在主体上设有用于连通前腔和后腔管的均压管，在后腔管内设有信号输出极，在前置放大器基座内安装有前置放大器电路板，信号输出极通过一根信号线穿过前置放大器基座并连接到前置放大器电路板上。本发明设计合理，具有结构简单、灵敏度高、性能稳定性、易于使用等特点，而且对温度和湿度不敏感，可以耐高温高湿冲击，在环境多变、温湿度恶劣的环境能稳定工作，耐运输途中的冲击振动。

Description

一种全天候低频声波传感器

技术领域

本发明属于低频声波检测技术领域，尤其是一种全天候低频声波传感器。

背景技术

次声是频率在20Hz以下人耳听不到的声波。低频声波传感器是一种将100Hz 到0.0001Hz频率范围的低频声波信号转换为电信号的换能器件，主要针对地震、海啸、台风、泥石流、化工爆炸或者核爆炸所产生的声波检测，出现在声学领域中需要获取低频声波信号的应用中，经过多传感器组合可实现低频声的阵列检测。目前，在低频声检测中通常使用的低频声波传感器包括：波纹管膜盒型、微气压计型、动圈式、电磁波多普勒型、光纤式。低频声检测中对传感器的要求是环境适应性能好，灵敏度稳定，频率响应宽且平坦，长时间工作稳定性好，抗电磁干扰能力强，耐高温高湿，体积小重量轻，耐冲击和跌落等，而现有技术中典型的低频声波传感器不同时具备这些条件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、耐冲击、跌落与高温高湿环境的全天候低频声波传感器。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种全天候低频声波传感器，包括前腔(1)、后腔管(4)和前置放大器基座(10)，在前腔(1)内侧安装有主体(2)，在主体(2)上端安装一敏感头(3)，主体(2)下端与后腔管(4)安装在一起，后腔管(4)下端与前置放大器基座 (10)安装在一起；在前腔(1)的腔壁上部中间设有一个进声头(5)，在主体 (2)上设有用于连通前腔(1)和后腔管(4)的均压管(7)，在后腔管(4) 内设有信号输出极(8)，在前置放大器基座(10)内安装有前置放大器电路板(12)，信号输出极(8)通过一根信号线(11)穿过前置放大器基座(10)并连接到前置放大器电路板(12)上。

而且，所述前腔(1)、后腔管(4)和前置放大器基座(10)安装在隔热防振套(15)内，该隔热防振套(15)由耐高温不易老化的软性材料制成。

而且，所述前置放大器基座(10)的下部安装有保护盖(14)。

而且，在进声头(5)内设有防潮隔热透声垫(6)，在进声头(5)外安装有防尘盖(13)，该防尘罩(13)与前腔(1)的进声头5匹配，在进声头(5)与防尘罩 (13)之间留有气隙。

而且，所述信号输出极(8)上还有一个电荷放大器。

而且，所述的前置放大器基座(10)中心有一个带螺纹的孔，信号线(11) 穿过前置放大器基座中心孔后被密封螺母(16)锁紧并连接到前置放大器电路板(12)上。

而且，所述均压管(7)是一个孔径和长度可以调节的毛细钢管；所述敏感头(3)是一种高灵敏度的敏感元件，采用具有良好柔韧性和不易形变的非导磁金属材料做成。

而且，所述前腔(1)与主体(2)的安装方式为：前腔(1)内侧通过螺纹连接主体(2)，在前腔(1)与主体(2)之间设有密封O圈(9-1)。

而且，所述主体(2)与后腔管(4)的安装方式为：主体(2)外侧通过螺纹方式与后腔管(4)连接在一起，在主体(2)与后腔管(4)之间设有密封O 圈(9-2)。

而且，所述后腔管(4)与前置放大器基座(10)的安装方式为：后腔管(4) 通过螺纹方式与前置放大器基座(10)安装在一起，在后腔管(4)与前置放大器基座(10)之间设有密封O圈(9-3)。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明将前腔、后腔管、前置放大器基座等有机地结合在一起，保证了低频声波传感器的有效值灵敏度高达到3.5mv/Pa、35mv/Pa、350mv/Pa三档，频率响应范围0.0001Hz至100Hz，响应动态范围108dB，灵敏度高且灵敏度频响曲线平直，性能稳定性好，温度漂移1度引起的信号输出幅值改变量小于0.1％，抗电磁干扰能力强，直径78mm，重量轻1.2kg，其结构简单、体积小，易于使用。

2、本发明从进声头到前置放大器基座的所有部件均被耐老化的柔性隔热防振套保护，耐跌落和冲击，温度系数小；同时，前腔、主体、后腔、前置放大器之间采用密封进行密封，整体具有减振、隔热、密封、耐老化功能，传感器对温度和湿度不敏感，可以耐高温高湿强冲击。

3、本发明在前腔和后腔管之间设有均压管，可以保证了敏感头内外静压力的稳定，特别是保证了在校准时前后腔管静压力相等。

4、本发明在敏感器输出接有一个特殊设计的信号输出极，并在信号输出级上设有放大器，可以提高对0.001Hz以下频率声音的灵敏度。

5、本发明内部电路全屏蔽设置，抗电磁干扰能力强。

附图说明

图1是本发明的结构图；

图2a是前腔与进声头、防潮隔热透声垫的结构图；

图2b是图2a的俯视图；

图3a是主体结构图；

图3b是图3a的俯视图；

图4a是后腔管的结构图；

图4b是图4a的俯视图；

图5a是前置放大器基座的结构图；

图5b 是图5a的俯视图；

图6a是密封螺母的结构图；

图6b是图6a的俯视图；

图中各部件的含义为：

1-前腔，2-主体，3-敏感头，4-后腔管，5-进声头，6-防潮隔热透声垫， 7-均压管，8-信号输出极，9-1密封O圈，9-2密封O圈，9-3密封O圈，10- 前置放大器基座，11信号线，12-前置放大器电路板，13-防尘盖，14-保护盖， 15-隔热防振套，16-密封螺母。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。

一种全天候低频声波传感器，如图1所示，包括前腔1、后腔管4、前置放大器基座10和隔热防振套15，所述前腔1、后腔管4构成传感器腔。前腔1内侧通过螺纹连接有主体2，在前腔1与主体2之间设有密封O圈9-1以防止漏气。所述主体2是一个不锈钢的刚性件，在其中间上部安装敏感头3，为了增强稳定性，敏感头3安装好后被锁紧，并且涂上防松税胶，敏感头3是一种高灵敏度的敏感元件，用具有良好柔韧性和不易形变的非导磁金属材料做成；所述主体2 外侧通过螺纹方式与后腔管4连接在一起，在主体2与后腔管4之间设有密封O 圈9-2以防止漏气。所述后腔管4通过螺纹方式与前置放大器基座10安装在一起，在后腔管4与前置放大器基座10之间有密封O圈9-3以防止漏气。所述前腔1、后腔管4和前置放大器基座10安装在隔热防振套15内。

所述前腔1为一个不锈钢罩，其形状倒圆桶状，在前腔1的腔壁上部中间设有一个带外螺纹的进声头5，在进声头5中心安装有防潮隔热透声垫6，该防潮隔热透声垫6起到防潮防和透声作用，在进声头5外设有防尘盖13，该防尘盖13通过螺纹与前腔1安装在一起并罩在进声头上。所述防尘罩13与前腔1 的进声头5匹配，进声头5与防尘罩13间留有气隙，可以使得低频声波进入到敏感头3，又可以防止灰尘进入传感器内部。

在主体2上设有均压管7用于连通前腔1和后腔管4并使静压力保持均衡，通过改变均压管7的孔径和长度来改变传感器下限截止频率，低频的截至频率的下限可达到0.0001Hz。所述均压管7是决定频率响应下限的关键部件，均压管越长，孔径越小，声阻越大，下限频率越低，灵敏度降低，本实施例中，均压,7长度为26mm。

在后腔管4内设有信号输出极8，该信号输出极8是一个低频信号输出能力强的端子，可以沿纵轴线方向移动来微调灵敏度，并且用防松脱胶固定，该信号输出极8与敏感头3连接输出测量信号。所述敏感头3是一种高灵敏度的敏感元件，由具有良好柔韧性和不易形变的非导磁金属材料做成。在信号输出极8 上有一个电荷放大器，该电荷放大器可以保证对低频声波有足够的响应灵敏度，该信号输出极8可以沿着传感器轴线方向移动以调节灵敏度。

在前置放大器基座10内安装有前置放大器电路板12，所述信号输出极8通过一根信号线11穿过前置放大器基座10中心设有的一个带螺纹的通孔后被密封螺母16锁紧并连接到前置放大器电路板12上，通过密封螺母16锁紧并保持密封不漏气。此外，在前置放大器基座10下面还安装有一个保护盖14，起到保护的作用。

本实施例将上述前腔1、主体2、敏感头3、信号输出极8、后腔管4、前置放大器基座10组装后安装在一个耐老化的柔性隔热防振套15内。该隔热防振套15由耐高温不易老化的软性材料做成的，具有温度系数低、耐冲击的特点，包括以下三个功能：防止外面的热量传到传感器后腔管内、前腔内和主体上的敏感头上，保证温度不影响传感器的频率特性，减振可以防止传感器结构松动从而保证性能稳定，增加密封性保证传感器长期稳定正常工作，防止移动时的振动影响传感器性能。

在本实施例中，全天候低频声波传感器整体外形为圆柱形。防尘罩13、前腔1、前腔1的壁和后腔管4的壁、前置放大器基座10的壁共同构成低频声波传感器圆柱形外壳。如图2a及图2b所示，前腔1为圆桶状，顶部具有突台，突台内具有进声头5，所述进声头5的中心有防潮隔热透声垫6。如图3a及图 3b所示，所述主体2为圆形不锈钢的刚性件。如图4a及图4b所示，所述后腔管4为圆筒状不锈钢管，其上端与主体2相连接，其下端与前置放大器基座10向连接。如图5a及图5b所示，所述前置放大器基座10中心设有一个带螺纹的通孔，信号输出线11穿过该孔与前置放大器电路板12连接，并且用密封螺母 16固定，如图6a及图6b给出了密封螺母16的结构。

需要强调的是，以上所述的具体实施例对本发明的目的、技术方案以及有益效果进行了详细的说明。所应理解的是，上述内容仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神与原则之内，所做的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种全天候低频声波传感器，其特征在于：包括前腔(1)、后腔管(4)和前置放大器基座(10)，在前腔(1)内侧安装有主体(2)，在主体(2)上端安装一敏感头(3)，主体(2)下端与后腔管(4)安装在一起，后腔管(4)下端与前置放大器基座(10)安装在一起；在前腔(1)的腔壁上部中间设有一个进声头(5)，在主体(2)上设有用于连通前腔(1)和后腔管(4)的均压管(7)，在后腔管(4)内设有信号输出极(8)，在前置放大器基座(10)内安装有前置放大器电路板(12)，信号输出极(8)通过一根信号线(11)穿过前置放大器基座(10)并连接到前置放大器电路板(12)上；

所述前腔(1)、后腔管(4)和前置放大器基座(10)安装在隔热防振套(15)内，隔热防振套(15)由耐高温不易老化的软性材料制成；

在进声头(5)内设有防潮隔热透声垫(6)，在进声头(5)外安装有防尘盖(13)，该防尘盖(13)与前腔(1)的进声头(5)匹配，在进声头(5)与防尘盖(13)之间留有气隙；

所述前腔(1)与主体(2)的安装方式为：前腔(1)内侧通过螺纹连接主体(2)，在前腔(1)与主体(2)之间设有密封O圈(9-1)；

所述主体(2)与后腔管(4)的安装方式为：主体(2)外侧通过螺纹方式与后腔管(4)连接在一起，在主体(2)与后腔管(4)之间设有密封O圈(9-2)；

所述后腔管(4)与前置放大器基座(10)的安装方式为：后腔管(4)通过螺纹方式与前置放大器基座(10)安装在一起，在后腔管(4)与前置放大器基座(10)之间设有密封O圈(9-3)。

2.根据权利要求1所述的一种全天候低频声波传感器，其特征在于：所述前置放大器基座(10)的下部安装有保护盖(14)。

3.根据权利要求1所述的一种全天候低频声波传感器，其特征在于：所述信号输出极(8)上还有一个电荷放大器。

4.根据权利要求1所述的一种全天候低频声波传感器，其特征在于：所述的前置放大器基座(10)中心有一个带螺纹的孔，信号线(11)穿过前置放大器基座中心孔后被密封螺母(16)锁紧并连接到前置放大器电路板(12)上。

5.根据权利要求1所述的一种全天候低频声波传感器，其特征在于：所述均压管(7)是一个孔径和长度可以调节的毛细钢管；所述敏感头(3)是一种高灵敏度的敏感元件，采用具有良好柔韧性和不易形变的非导磁金属材料做成。