CN108444587A - 声传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明总体涉及用于检测空气传声的压缩组件形式的空气传声传感器。该系统减少了工人将暴露在工业工人不能看到或听到的，从高压工业加压气体系统逸出的危险高压气体射流的危险。用于检测声压级的压缩组件，该组件安装在法拉第笼中且包括：压电式转换器，其布置成将空气传声转换成电信号且具有第一面和远端第二感应面；其中非导电的第一元件和第二元件横跨第一感应面和远端第二感应面通过由反应结构保持的所需压力来压缩转换器，反应结构夹紧第二元件以压靠电极的第一部分且将第一部分按压成电接触第二感应面，且反应结构夹紧第一元件以将第一导电通路按压成接触第一面。
Description
本申请是申请日为2014年02月14日，申请号为201480020823.9，发明名称为“声传感器”的申请的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及一种用于检测空气传声(airborne sound)的压缩组件形式的空气传声传感器。该系统降低了工人将暴露在工业工人不能看到或听到的，从高压的工业加压气体系统逸出的危险的高压气体射流中的危险。
背景技术
在许多工业环境中，加压管道的使用是常见的，如通常包含复杂的管道网以运输各种危险的和非危险的高压介质，如气体和液体的石油钻塔、精炼厂、气体生产和储存设施以及发电厂。管道也可用于操作或控制过程以及过程的分配和废气产物。气体可能是有毒的或爆炸性的，这可能需要立即行动，然而任何加压的气体泄漏应最紧急地进行处理，并因此需要仔细的泄漏监测。
产生加压气体或依赖于加压气体作为机器操作的部分的其它工业操作包含当部件磨损或处于压力下时可能产生超声波的机械零件。
大多数工业场所的历史超声波噪声评价表明，大多数人为的噪声发生在听觉范围内，而加压气体泄漏产生跨越听觉范围和超声范围的宽频带的声压级。超声信号的大小是许多变量的函数，该许多变量包括上游到下游的压力差、泄漏的大小、气体的种类和气体的温度以及被驱动的或闭合的加压系统的类型。重要的是，无论系统是利用压力发生器如泵来驱动以保持系统压力，或者如果系统是闭合的例如压力容器，建立可能的泄漏曲线的强度和持续时间。如果系统由恒定的压力驱动，泄漏曲线将在整个频率范围内以小幅波动持续泄漏持续时间地保持相当地恒定，然而封闭系统由于能量转移，将经历快速的冷却，并且声压级在整个频率范围内以小幅波动迅速降低，这需要即时检测以避免气藏(gas pools)未被发现。应当指出的是，虽然没有两个气体泄漏会产生相同的曲线，但是随着提高的频率强度降低的宽频带特性允许泄漏易于检测。
超声波燃气泄漏检测器已经是可获得的，并且通常在25kHz到100kHz的超声波频率范围内工作，以消除人为的听觉噪音并且避免误报警。检测器通常安装在杆上或感应区域上方的位置(例如约3m高度的杆上或壁上)，以增加通常是半球形或圆锥形的感应范围。
为了进一步避免误报警，检测器设置在装置接装置(installation-by-installation)的基座上，其中警报级别设定为高于峰值超声波背景值的点(对于低于74dB的背景，通常峰值背景为+6dB)，并且然后在它们用于报警目的之前在全进程期间被监控。用于无毒应用的附加措施可以为报警功能施加延迟时间，以消除由金属标牌、压力释放阀和其它维护活动如敲击、喷砂和压力洗涤产生的短期超声峰值。
相比关注的区域，现有的检测器提供有相对大的动态范围，因为需要它们用一个标准检测器覆盖工业环境的所有区域，从44dB至+104dB，这导致了输出信号的灵敏度降低。
进一步的要求是确保良好的安全完整性等级(例如SIL-EN61508)，以保持功能。这个目前以两种方式中的一个来完成，即通过简单检测器中的检测器设计和部件评估或用检测器设计和与复杂检测器中的自检装置联接一起的部件评估。
通常在低功率本质安全的检测器中发现使用检测器设计和部件评估的第一种方式的示例，而第二方法的示例包括背景监控，其中超声波背景值超出检测器动态范围的下限，从而造成升高的信号级，如EP 1522839中描述的外部安装的压电式转换器(piezoelectric transducer)、如US2011120209中描述的内部加压空气射流和使用已知电压对检测器部件施以脉冲的电子测试。
使用检测器设计和部件评估，安全完整性等级(SIL)的第一类型具有缺点，事实上，没有反馈到控制室的正反馈以指示检测器仍然是有功能的，因此维护需要定期进行且由于检测器的高度这通常会带来成本。这种类型的检测器通常达到SIL 1/2的低评定等级，这可以在某些安全关键系统上排除使用。
当背景噪声级低于检测器的动态范围时，使用背景级的第二类型不起作用。如果背景级在检测器的动态范围内，检测器灵敏度的缺乏通常需要进一步的验证，以产生特别是在旧装置上能够准确测量的信号，这两种情况都需要定期成本维护。这种类型的检测器通常也将达到SIL 1/2的低评定等级。
在US 2011120209中描述了如EP 1522839中描述的外部安装的压电式转换器的缺点。为了产生能够充分检测传感器的噪声，测试持续时间通常在15s左右，在该点检测器有效地不理会环境，这在有毒气体存在时可能排除使用。压电式转换器还具有约100dB的最大输出，这阻止了在具有高背景噪声的区域中使用。这种类型的检测器通常达到SIL 2/3的评定等级，但对安装环境将会有限制。
如US 2011120209中描述的内部加压的空气射流的缺点是运动部件的数量和喷嘴或管道被堵塞的可能性，尤其是在恶劣的环境中。这种类型的测试也具有针对压电式转换器所提到的缺点，而且，由于空气压力喷射组件的复杂性，这种类型的检测器通常达到SIL1/2的低评定等级，同时还在安装环境上需要限制。
EP 1522839和US 2011120209中描述的方法的另外的缺点存在于操作所需的功率，这排除了在0类区域(爆炸气氛–由气体、蒸气或雾形式的危险物质的混合物组成–连续或长期存在的地方)的环境中使用。
使用电压脉冲的电子测试的缺点是仅内部组件被测试，意味着如果传感器和传感器/入口保护屏被分离，该测试将仍然指示通过状态，即使由于分离产生气穴(airpocket)，该检测器已经有效地变成聋的。“悬浮晶体”类型的检测器中的传感器和传感器/入口保护屏幕仅使用环氧密封胶的附着性附接，并且由于振动、老化或化学物质的腐蚀会分离。如果由于碰撞传感器裂化，传感器也能被损坏，这会导致敏感性的损失，然而仍然达到了检验合格的条件，这种类型的检测器通常达到SIL 2的评定等级。
因此，现有形式的SIL检测具有可靠性的问题，不具备足够的严谨性并且对安装环境具有排除。
其它声传感器已被开发用于各种应用，主要是与从高压管道的泄漏检测不相关，并且因此不适合于该用途。有几个例子说明如下。
美国专利申请US-A1-2004/0050163(Komninos)公开了用于通过固体介质声音传播的检测器，并且因此其不适用于检测来自高压管道的空气传声。
德国专利申请DE-A1-3023155(Telemit电子有限公司(Telemit ElectronicGmbH))教导了使用带有受压的压电柱的压电接触式麦克风。电连接是从压电元件(2)的基座上的板(3)和壳体的基座上的第二触点(6)。麦克风是用于言语再现，对干扰的背景噪声具有低敏感性。
欧洲专利申请EP-A2-0679874(西门子公司(Siemens AG))教导了一种声传感器，该声传感器具有在一侧与导电壳体接触和在相反侧与金属薄片接触的压电振荡器。压力元件通过接触金属薄片将压电振荡器压在壳体基座上。
英国专利申请GB1529468(汤普森公司(Thompson-CSF))教导了一种在大深度处操作的水下电传感器。该传感器不适用于检测空气传声。它包括保持在较大的前板和配重块之间的压电陶瓷。
日本专利申请JP-S-A-5639699(东京芝浦电气有限公司(Tokyo ShibauraElectric Co))教导了一种声传感器，其具有在刚性壳体内通过弹簧压靠在壳体的基座上的压电元件。在弹簧和压电元件之间是比较大的减震器和电极板。螺旋弹簧根据电感选择。
美国专利US 4461177(Dunegan公司)涉及一种声发射传感器，其用于监听由被监视对象的裂纹产生的声音。该传感器适于检测从固体物发出的声音，并不适于作为检测空气传播的振动的传感器。它包括在前块和配重块之间由螺母和螺栓压缩的声学元件。压电晶体装在刚性且较大的壳体内。
美国专利申请US-A1-2010/0005954(Higashidate等人)描述了一种声音检测器，其可用于检测由乐器产生的声音。磁致伸缩材料被压缩在两个偏置的磁体之间。
包括Telmit、西门子、汤普森-CSF、东京芝浦电气、Dunegan株式会社的所有教导了压电晶体，其具有大基座和/或阻塞晶体的传感器面的缓冲器，晶体装在刚性且相对大的壳体内，该壳体覆盖转换器的感应面。
Telmit和西门子均显示传感器需要导电壳体。
欧洲专利申请EP-A2-2442124(Eaton公司)教导了用于检测导电故障的声传感器。该传感器包括压电元件。不是必需的可选的预负荷压缩该压电元件。该传感器固定到电力导体。该传感器不适合用于检测空气传声。
美国专利申请公开US-A-5872307(罗伯特博世公司(Robert Bosch GmbH))描述了一种爆震传感器，其检测由发动机产生的爆震声音/振动。该传感器包括被板簧压缩在激振质量块和壳体之间的压电陶瓷盘。
国际专利申请WO9726513A1(卡尔斯鲁厄研究中心有限公司(ForschungszentrumKarlsruhe GmbH))涉及一种声传感器，用于在激光诱导的光声光谱中使用。压电元件被弹簧压缩在绝缘板和压力垫之间，该弹簧通过间隔件作用在壳体构件上。隔板覆盖压力垫8。
德国专利申请DE-A1-2459729(Sachsse Lothar)描述了一种优选用作超声波换能器的电容式扬声器或麦克风。
美国专利申请公开US-A1-2011/120209(Rose)描述了一种空气传声的超声波检测器，其包括被配置为产生宽带超声波声音信号以供超声波检测器执行自我测试的换能器。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供了一种用于检测空气传声的压缩组件，所述压缩组件安装在法拉第笼中并且包括：压电式转换器，其布置成将所述空气传声转换成电信号，所述转换器具有第一面和远端第二感应面；其特征在于，非导电的第一元件和第二元件横跨所述面通过由反应结构保持的所需压力来压缩所述转换器，所述反应结构夹紧所述第二元件以压靠电极的第一部分并且将电极的第一部分按压成与所述第二面电接触并且所述反应结构夹紧所述第一元件以将第一导电通路按压成与所述第一面接触。
因此，存在使用转换器来检测声压级的压缩组件，该转换器压靠在第二元件和第一元件上以便横跨感应面压缩转换器。
优选地，存在通过使用转换器来和声传感器一起使用的压缩组件，该转换器具有压靠在第二元件上的第二侧和压靠在第一元件上的第一侧，以便在第二元件和第一元件之间压缩转换器。
优选地，压缩组件包括弹性装置，弹性装置布置成促使第一元件抵靠转换器，从而促使转换器抵靠第二元件。有利地，弹性装置变形，并且因此，不需要严格的制造公差来保持所需的压缩压力，因为弹性装置根据需要变形。
优选地，弹性装置被挤压在第一元件和反应结构之间，该反应结构相对于连接到第二元件的连接部是不可移动的。反应结构是相对较硬且相较于弹性装置几乎不变形的构件。优选地，反应结构相对于支撑弹性装置的第二侧元件是不可移动的。因此，反应结构类似于夹具的硬质部分起作用。压缩组件借助于反应结构被压缩。压缩组件借助于弹性装置被反应结构有效地夹紧，以在第二侧和第二侧元件之间以及第一侧和第一元件之间保持所需的压缩压力。
优选地，反应结构固定到第二元件。
优选地，反应结构包括端部挡块，端部挡块布置成用于限制第一元件在从第二侧指向第一侧的方向上能够行进的距离。有利地，端部挡块阻止造成弹性装置变形达到可能发生损坏压缩组件的程度的对声传感器的猛烈的碰撞。
优选地，第一元件包括被按压成与第一侧电接触的第一导电通路。有利地，由压缩组件提供的压缩建立了连接到转换器的可靠的电连接。
优选地，有被第二元件按压成与第二侧电接触的电极。有利地，由压缩组件提供的压缩建立了连接到转换器的可靠的电连接。
优选地，第一元件包括与电极电接触的第二导电通路。有利地，第一元件包括印刷电路板，该印刷电路板包括第一导电通路。因此，简单且廉价、易于批量生产地第一元件结合第一传导通路且优选地还结合第二导电通路被使用。
印刷电路板通常是玻璃纤维或聚酯面板且比通常是压电晶体的转换器密度要小一些，并且质量要小一些。因此，压缩组件包括相对密度大的和大质量的转换器，该转换器被压缩在相对小密度和小质量的第二元件和第一元件之间，其中这些侧面元件优选的是通常由玻璃纤维或聚酯制成的面板。有利地，盖密封件形成在第二侧被压在第二元件上的位置。优选地，该密封件能够防止可能损坏转换器或任何上述的电气部件和连接部的液体或气体的渗漏。
优选地，第二元件包括被盖密封件包围的中心孔。有利地，该孔允许声音和振动到达未被第二元件的部分阻塞的第二侧，否则该第二元件的部分将阻塞第二侧离开刺激声传感器的声音和振动。
优选地，第二元件包括封闭中心孔的填缝化合物。优选地，填缝化合物是防水的。有利地，填缝化合物导致穿过孔的声音和振动的可忽略的衰减。
有利地，第二侧对声音和振动敏感。
优选地，作为作用到第二侧的声音或振动地结果，转换器在第二侧和第一侧之间产生电压差。有利地，压电晶体将作为转换器操作。
优选地，转换器在第二侧和第一侧之间具有圆柱形的形状。优选地，转换器是正圆柱体，该正圆柱体的面是第二侧和第一侧。
优选地，压缩组件安装到声传感器，使得第二元件布置成用于传送未被盖密封件阻塞的声音和振动。
根据本发明的第二个方面，存在一种声传感器，包括自检模块，该自检模块布置成用于在第一导电通路和第二导电通路之间提供电激励，其中所述电激励被形成以引起被激励的压缩组件的共振频率。组件的共振的所产生的强度及其精确的中心频率然后可以被测量，以确定压缩组件和检测电路的正确功能。
优选地，压缩组件的共振频率低于转换器的共振频率。
有利地，产生的共振信号强度会比在正常检测操作期间预期的信号强度高出许多倍，因此可以判定功能以用于任何背景值。
有利地，共振信号的强度可以在几毫秒内容易地建立，以允许作为传感器检测周期的一部分的功能的连续检测，从而导致检测器性能的提高。
有利地，由于物理或电气故障的不当操作将会被检测出来。例如，如果由于冲击或震动转换器裂化，或者如果在声音感应表面之间分层发生，预选地电压将导致组件的不同于其中没有故障的情况的共振。
根据本发明的第三方面，存在一种用于响应于声音和/或振动的刺激提高传感器输出信号的灵敏度的方法。最小的背景噪声值应当被确定和最小的信号输出应设定为等于或略低于所确定的值的水平，然后最大的输出信号应设定为高于所确定的水平的值。最大的信号输出值将通常等于背景+6dB，尽管该值根据传感器的应用可以增加或减少。
有利地，信号输出可以在多个步骤中进行调整以适应任何安装，其中信号输出范围或者如每个现有的检测器代表全部的传感器动态范围，或者仅代表传感器动态范围的一部分，其中信号输出范围代表从1dB或者更小的传感器输出范围直到全部的传感器动态范围的任何值，且其中传感器动态范围中的起点可按步骤，按例如1dB步骤调整到该范围内的任何值。
现在将参考附图仅通过示例地方式来描述本发明，在附图中：
附图说明
以下附图仅通过示例的方式提供了本发明的更好的理解。
图1是示出了传感器压缩组件的气体泄漏检测器的透视图。
图2示出了传感器压缩组件的剖面图。
图3示出了压缩板的示例。
图4是示出了用于气体泄漏检测的，具有大动态范围的信号使用范围的图表。
图5是示出了用于气体泄漏检测的，具有活跃动态范围的信号使用范围的图表。
具体实施方式
参考图1，超声波气体泄漏检测器包括壳体1，该壳体1是由适用于安装环境和/或认证要求的任何材料机械加工或制造。该检测器具有105mm高乘以125mm直径的总体尺寸，且如果壳体由铝制成，重量约1.5kg，或者如果壳体由不锈钢制成，重量约4kg。照此检测器并不意在可手持，尽管如果需要在图2中所示的用于声检测器的压缩组件5可在便携式装置中使用。在图1所示的检测器包括电子器件外壳1、前盖2和容纳压缩组件5的端子盖3、电气和电子部件。该检测器具有用于电源和信号的电缆线入口4和用于显示正确的功能状态和故障状态的视觉指示器7。压缩组件5是法拉第笼，以使传感器与外部电干扰隔离，因此，检测器前盖2需要与压缩组件5电绝缘。这通过使用由任何非导电材料制成的绝缘的间隔件6来实现。
参考图2，传感器组件是压缩组件5，该压缩组件5包括压电式转换器11，压电式转换器11具有位于检测器的工作频率之外的固有频率范围，以消除在检测器的动态范围内的自然共振。选择合适的压电式转换器已经被很好地记载，并且可在US 2011120209中找到很好的例子。不像在US 2011120209中提及的压电式转换器，图2中的转换器组件在两个面上被连接。
压电式转换器11具有圆柱的形状。压电式转换器11优选的形状的几何形状是：具有扁平的平行端部的实心圆柱、具有扁平的平行端部的实心正方形柱或矩形柱体，或具有扁平的平行端部的另外的圆柱的形状。如果形状是圆柱体，压电式转换器具有直径。如果形状是正方形、矩形或其它多边轮廓，它具有宽度。扁平的平行端部被称为第一侧和第二侧。第一侧上的面是第一面。第二侧上的面为第二面。
第一面在第一侧上并且在压电式转换器11的扁平的平行端的一个上。第一面使用导电性粘接剂，优选地为导电环氧树脂直接附接到压电式印刷电路板12第一元件(非检测侧元件)的第一侧。压电式转换器11的第一端是压电式转换器11的第一侧。印刷电路板12也可以由另一种或刚性或柔性的材料制成，只要它可以使压电式转换器保持压缩。压电式印刷电路板12上的导电轨道从压电式转换器11引导到电缆线连接器，从而将压电式转换器和电缆线连接器电连接。
电极16电结合到印刷电路板12并且压电式转换器11电结合到第二侧上的表面。具体地，电极的第二部分162被结合到印刷电路板12中的第二导电通路24。
如图2所示，第二元件9具有中心区域，该中心区域包括压在电极161的第一部分上的片状部分26，并由此把压力施加到第二面，该第二面为转换器11的感应面。片状部分可以是薄的刚性面板的形式如薄的印刷电路板类型的面板，或者片状部分可以是柔性膜的形式。第一元件是薄的刚性面板，如印刷电路板。
侧面元件是薄面板或膜的一个优点是，相比转换器，它们是相对地小质量的和低密度的，这有助于转换器的固有频率高于压缩组件的固有频率。它也简化了在两个相对简单的元件之间的转换器的组装。这是一个低成本的结构。侧部元件不腐蚀或输送电力，除了在印刷电路板的其中有导电通路在表面上和/或被嵌入的区域。
第二元件9包括周界区域，该周界区域在中心区域围绕孔27，孔27具有比转换器的感应面更大的直径或宽度，片状部分26附接到该周界区域以在中心区域覆盖孔。如图2中所示，周界区域是扁平的外环的形式，该外环的形式一种廉价且简单的形式。周界区域的最外边缘不必是圆的，孔的周界也没有必要是圆的。孔的优点在于，待检测的声音和振动穿过孔以作用到转换器11的感应面20。因而第二元件9不遮挡或阻塞感应侧面感应待检测的空气传声和振动。
环境密封件18是盖密封件18，该盖密封件18占据中心区域的孔，以覆盖片状部分26。盖密封件18是防水化合物，并且相比转换器11，具有相对低的质量和低的密度。
理想地，片状部分26在中心区域横跨孔伸展。一个优点是，片状部分覆盖感应面20并将电极16、161压靠在感应面上。理想地，电极是薄的金属箔，或者电极16的至少第一部分是夹在膜和第二面之间的金属箔。一个优点是，片状部分加上薄箔电极的总厚度是最小的，提供了到达感应面之前声音和振动的最小衰减。参考图1，有一个前盖2，其支撑第二元件9的一部分，该前盖2具有中心开口，中心开口将第二元件9暴露于空气传声。
重要的是，包含11、12和16的压缩组件具有位于检测器频率范围和压电式转换器11的自然共振之外的固有共振频率。在该实施方案中，这是通过选择具有如前所述的高频共振的压电式转换器来实现的，所以重要的是从其余的组件部件消除高频共振。图3示出了12的示例，去除了压电式转换器接触区域周围的材料，以使用衰减(damping)消除高频共振。
为了消除作用在压电式转换器11上的寄生电噪声，于是组件容纳在由导电材料物品8、9和10制成的法拉第笼内。顶盖9(检测侧元件)具有通孔，该通孔具有比压电式转换器11大的直径或宽度，使得声波没有被阻塞，且在这种情况下还包含斜面，该斜面作为环境密封件18的机械保持架。重要的是，用于环境密封件的材料没有充满法拉第笼的内部，所以双面粘合材料17被用在第二元件9的内部以用作密封件。压电式转换器11、印刷电路板12和电极16然后附接到粘接材料17的内部。环境密封件18然后被施加或附接以阻止湿气、微粒或任何其它空气污染物的进入组件。密封件18通常为液体或糊状物的形式，其凝结为固体，诸如环氧树脂或液态橡胶并且在进一步装配之前必须被留下以用于紧固。
为了保证组件处于压缩，在组装第一盖10(反应结构)之前，弹簧15被插入到压电式印刷电路板12即第一元件12的下方。压缩弹簧可以采用螺旋弹簧、橡胶材料块或圆盘或其它这样的将作为压缩保持架的弹性部件的形式。一个或多个压缩弹簧抵靠第一盖10和压电式印刷电路板12(其是第一元件)起作用，从而沿压电式转换器11的柱长压缩压电式转换器11。
为了确保弹簧组件不经历过度运动并且转换器从环境密封件18上分离，端部挡块13被装配到第一盖10，并用锁紧螺母14保持。端部挡块13应允许0.25mm和0.5mm之间的运动。因此，压缩弹簧压缩多达0.25mm至0.5mm之间，压电式印刷电路板12向上移动多达该距离范围的最大值。端部挡块13布置成通过阻止第一元件来限制转换器能够在第一侧的方向上行进的距离。
第一盖10具有电缆线通孔19且电缆线穿过该孔。电缆线将传感器信号和测试信号(如果需要)传输到压电式印刷电路板并远离压电式印刷电路板，即第一元件12。电缆线连接到压电式印刷电路板连接部。
自检模块(未示出)电连接到第一元件中的第一导电通路和第二导电通路。第一导电通路23被按压成与转换器11的第一面电接触，并且第二导电通路与连接到转换器的第二面20的电极16电连接。由此，自检模块布置成用于提供对应于压缩组件5的共振频率的电信号，并检测对应于该组件的共振频率的信号。
电缆线将由压电式转换器产生的信号传输到检测器外壳1中的主电子电路。
虽然优选的传感器是压电式转换器，也可以使用压缩时可以感测声压的其它转换器。大多数现成的麦克风不包含满足此要求的传感器。
用于检测器报警的控制系统可能已使用了几十年，且为了与现代检测器一起使用而升级该系统的成本是过高的。旧系统可能只精确到几毫安，所以检测器输出必须按比例调整以增加控制系统的精度。
参考图4，示出了用于具有固定的4-20mA输出和50dB至106dB动态范围的检测器的比例，以突出在当前形式的检测中敏感性的缺乏。该检测器设置成在具有68dB背景值的安装中使用，警报通常设定在背景值加6dB(74dB)，其示于黑色阴影区域。这将导致通过旧的控制系统检测器可能检测不到检测器工作范围的1.71mA或0.285mA每1dB。在检测器中使用放大器来调整检测器信号输出的动态范围时，所使用的检测器动态范围的比例降低，并且因此在输出端处的灵敏度提高。图5示出了具有动态范围被修整到在66dB和74dB之间工作的检测器，更低的dB值被设置为低于背景噪声值(68dB)以便允许背景监测，但是这可以适当地增加或减少。使用修整的动态范围，检测器现在具有2mA每1dB的信号输出，这将允许与较旧的控制系统一起使用并提高较新的控制系统的信号灵敏度。
现有的压电自检方法的改进是，将附加电信号测试添加至电压脉冲测试，如果有的话，以测试压缩组件的自然共振。如在现有的方法中，压电式转换器将对电荷响应，但是如果转换器或压缩组件损坏，这将不完全地检查传感器结构的完整性。为了克服该缺点，建议将窄脉冲或者控制频率的电信号施加到压电式转换器。对于通常的压电式转换器，控制的频率应该在或接近其自共振频率，通常是比检测器的超声波频率感应范围更高的频率。这将确保传感器仍然在限定的检测器限制内，因为对于检测器自共振参数对声压级的响应是关键的。特别地，如果组件被干扰且转换器完全或部分从保护屏分离，或者如果转换器被损坏，产生的共振的振幅和精确频率将改变。检测器测量产生的共振的振幅和可选地精确频率，并将它们与工厂值进行比较。频率脉冲可以间隔地提供给压电式转换器的任一面，该间隔适合于检测器所需要的安全完整性等级。
虽然优选的传感器是压电式转换器，也可以使用能够感测声压并对共振频率作出反应的其它转换器。
压电式转换器对空气传声以及可听范围的和超声波范围的振动敏感。
在最小限度的构造中，压缩组件包括：第二元件9、电极16、具有用于感应的第二面20的转换器11，和第一元件12，其中，第二元件10将电极16压到第二面20上，从而将转换器11压缩到第一元件12上。因此，转换器被压缩在第二元件9和第一元件12之间。
如图2所示，第二元件9是薄的柔性膜或片的形式，在此处第二元件覆盖转换器11的第二面20。该薄片或膜位于第二元件的中心区域中。第二元件的中心区域压靠在转换器的用于感应的第二面20上。
仅通过示例的方式已经描述了本发明。因此，上述内容被认为对本发明的原理仅是说明性的。此外，由于本领域技术人员将容易想到许多修改和变化，因此不希望将本发明限于所示出的和所描述的具体结构和操作，并且相应地，所有适当的修改和等同物可以求助于权利要求书，落入权利要求书的范围内。
附图中的术语列表
1 外壳
2 前盖
3 端子盖
4 电缆线入口
5 压缩组件
6 绝缘的间隔件
7 视觉指示器
8 管
9 第二元件
10 第一盖
11 压电晶体
12 第一元件
13 端部挡块
14 锁紧螺母
15 压缩弹簧
16 电极
161 电极的第一部分
162 电极的第二部分
17 密封件(胶粘圆盘)
18 环境密封件
19 电缆线通孔
20 第二面
21 第一面
23 第一导电通路
24 第二导电通路
27 检测侧元件中的孔
Claims (19)
1.一种用于检测空气传声的压缩组件(5)，所述压缩组件安装在法拉第笼中并且包括：压电式转换器(11)，其布置成将所述空气传声转换成电信号，所述转换器具有第一面(21)和远端第二感应面(20)；其中非导电的第一元件(12)和第二元件(26)横跨所述第一感应面和所述远端第二感应面(20)通过由反应结构(8、9、10)保持的所需压力来压缩所述转换器(11)，所述反应结构(8、9、10)夹紧所述第二元件(26)以压靠电极(16)的第一部分(161)并且将电极(16)的第一部分(161)按压成与所述第二面(20)电接触并且所述反应结构(8、9、10)夹紧所述第一元件(12)以将第一导电通路(23)按压成与所述第一感应面(21)接触。
2.根据权利要求1所述的组件，包括弹性装置(15)，所述弹性装置(15)布置成压靠所述第一元件(12)。
3.根据权利要求2所述的组件，其中所述弹性装置(15)布置成对抗所述反应结构(8、9、10)。
4.根据权利要求2或3所述的组件，其中所述反应结构(8、9、10)相对于支撑所述弹性装置(15)的所述第一元件(12)是不可移动的。
5.根据前述任一项权利要求所述的组件(5)，其中所述反应结构(8、9、10)固定到所述第二元件(26)。
6.根据前述任一项权利要求所述的组件(5)，其中，所述反应结构包括端部挡块(13)，所述端部挡块(13)布置成通过阻塞所述第一元件(12)来限制所述转换器(11)在从所述第二面(20)朝向所述第一面(21)的方向上能够行进的距离。
7.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一元件(12)和所述第二元件(26)是面板或膜的形式。
8.根据前述任一项权利要求所述的组件(5)，其中，所述第一元件(12)包括印刷电路板，所述印刷电路板包括所述第一导电通路(23)。
9.根据前述任一项权利要求所述的组件(5)，其中所述第一元件(12)包括第二导电通路(24)，所述第二导电通路(24)电接触所述电极(16)的第二部分(162)。
10.根据前述任一项权利要求所述的组件(5)，其中，所述第二元件(26)具有比所述转换器(11)小的质量。
11.根据前述任一项权利要求所述的组件(5)，其中，所述第二元件(26)具有中心区域，所述中心区域包括压靠所述电极(16)的所述第一部分(161)的片状部分。
12.根据权利要求11所述的组件(5)，其中，所述反应结构(9)包括周界区域，所述周界区域围绕所述中心区域中的孔，所述孔具有比所述转换器(11)的所述第二面(20)更大的直径或宽度，所述片状部分(26)附接到所述周界区域，以覆盖所述中心区域中的孔(27)。
13.根据权利要求12所述的组件(5)，其中，所述片状部分(26)横跨所述中心区域中的所述孔(27)伸展。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的组件(5)，其中，所述周界区域是扁平的外环的形式。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的组件(5)，其中，盖密封件(18)占据所述中心区域中的孔(27)，以覆盖所述片状部分(26)。
16.根据权利要求15所述的组件(5)，其中，所述盖密封件(18)是防水化合物。
17.根据前述任一项权利要求所述的组件(5)，其中，所述电极的所述第一部分(161)是夹在所述第二元件(26)和所述第二面(20)之间的金属箔。
18.根据前述任一项权利要求所述的组件，其中，所述反应结构(8、9、10)形成所述法拉第笼(8、9、10)。
19.一种用于检测气体泄漏的超声波空气传声传感器，包括：根据前述任一项权利要求所述的组件(5)；和前盖(2)，所述前盖(2)支撑所述第二元件(9)的一部分，所述前盖(2)具有中心开口，所述中心开口将所述第二元件(9)暴露于空气传声，其特征在于，所述前盖(2)通过由非导电材料制成的绝缘的间隔件(6)与所述法拉第笼电绝缘。
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