CN108645504B - 一种隔声型地声压电传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地声传感器领域，具体指一种隔声型地声压电传感器，包括放大器与通过输出电缆与放大器连接的检波器；放大器包括密闭于第一壳体内的放大电路和供电电池；所述的检波器包括密闭于第二壳体内的传感器机芯；所述的输出电缆端部穿过第二壳体与机芯电信号连接；第二壳体外套设有隔声结构；所述的隔声结构包括包覆在第二壳体外侧的密封隔音腔体；所述的隔音腔体为多块隔音板紧密连接形成的密封隔声结构，隔音腔体与第二壳体之间填充有确保振动不会衰减的传递结构。本发明结构简单，能够最大程度使地声传递到检波器，并消除了水中声波对检波器的干扰，提高了检波器的检测精度，优化了检测效果，具有极大的推广价值。
Description
技术领域
本发明属于传感器领域，具体为一种对在海底传播的地声信号高灵敏而对水中声音信号灵敏度较低的压电传感器，能够有效地隔离水中声波对沿海底界面传播的地声的影响，它涉及材料、机械结构、电子线路、信号接收、系统综合集成与优化等技术领域。
背景技术
在浅海中，水中目标航行所辐射的噪声，一方面通过海水在水体中传播，可用水声传感器接收；另一方面在声源附近的甚低频声压场和水压场会与其附近海底介质发生作用，将能量传入至海底，在海底介质中诱发诸如纵波、横波、表面波等多种波动机制的振动波，从而产生了一种在波动方式上不同于水中声波、沿海底界面传播的海底地声(也称“地声”)，它同样携带着目标的位置信息，也可作为海底振动传感器的探测信号，可用压电加速度型检波器接收。
相比水声信号，水中目标在浅海所激发出来的地声信号具有频率低、信号强、衰减慢、稳定性好，以及空间相关半径大等优势。当前的地声检波器既可接收地声信号，也可接收水声信号，灵敏度都比较高，且两种信号难以分离。为了研究水中目标在浅海中诱发的地声信号所包含的波动成分及其传播特性，就必须将传感器接收到的地声信号与水声剥离开来，或是在保证接收地声信号的同时尽可能地压低水声信号。最有效的途径就是从传感器设计着手，即对传感器进行隔声设计，使其对地声信号灵敏，而对水声信号不敏感。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术中提到的现有技术的压电传感器不具有隔声功能，难以达到尽可能减少水声信号对地声信号影响的目的，提供一种隔声型地声压电传感器。
本发明的技术方案为：一种隔声型地声压电传感器，包括放大器与通过输出电缆与放大器连接的检波器；所述的放大器包括密闭于第一壳体内的放大电路和供电电池；所述的检波器包括密闭于第二壳体内的传感器机芯；所述的输出电缆穿过第二壳体将机芯与放大电路(4)连接，
其特征在于：所述的第二壳体外套设有隔声结构；所述的隔声结构包括包覆在第二壳体外侧的密封隔音腔体；所述的隔音腔体为多块隔音板紧密连接形成的密封隔声结构，隔音腔体与第二壳体之间填充有确保振动不衰减的传递结构。
进一步的所述的隔音板包括两块间隔布置的平板以及设置于两块平板之间的密封条；所述的密封条位于平板边缘位置与两块平板形成内部抽真空的空腔结构；所述的两块平板之间布置有多根圆柱形的声桥；所述的声桥轴向两端分别支撑于两侧的平板上。
进一步的所述的隔声结构还包括填充在隔音腔体与第二壳体之间的隔音毡。
进一步的所述的传递结构包括填充在隔音腔体与第二壳体之间的聚氨酯，聚氨酯与隔音毡紧密充填于隔音腔体与第二壳体之间的空腔内。
进一步的所述的机芯包括多组压电单元；所述的压电单元包括叠加放置的作为正极的两片陶瓷片和放置于两片陶瓷片之间的作为负极的铜基片，相邻两组压电单元的正极并联连接，相邻两组压电单元的负极并联连接。
进一步的所述的机芯固定放置于可调节机芯位置使机芯中的陶瓷片始终垂直地声传递方向的万向节内。
进一步的所述的万向节包括公转体和自转体；所述的公转体为半球形的空腔结构，公转体的两端设置有同轴的第一转轴，公转体通过第一转轴可旋转地铰接连接于第二壳体内；所述的自转体为开设有容纳机芯的空腔的敞口式壳体结构，自转体的两端设置有与第一转轴轴线垂直的第二转轴，自转体通过第二转轴可旋转地铰接连接于公转体内。
进一步的所述的万向节与第二壳体之间的空腔内填充有起阻尼作用的硅油。
进一步的所述的输出电缆端部穿过隔音板和第二壳体与机芯电信号连接，输出电缆与隔音板以及第二壳体之间的间隙通过聚氨酯填料进行密封填充。
进一步的所述的第一壳体上安装有防水插座，所述的输出电缆端部的防水插头与防水插座电连接。
本发明的优点有：1、通过隔声结构与传递结构能够实现地声无衰减地传递到检波器机芯上，但是阻绝声波对机芯的影响，消除声波对检波器的干扰，提高对地声的检测精度；
2、通过多组压电单元的配合使用，大幅度提高了检测地声的灵敏度，使整个装置对地声反应更加敏锐，检测结果更加精确；
3、通过填充聚氨酯和隔音毡于第二壳体与隔声腔体之间，能够使第二壳体与隔声腔体之间形成固态的传递结构，增强了传感器机芯与地声之间的耦合，减少了地声在传递过程中的衰减，使检波器能够接收到完整的地声，检测结果更加准确；
4、通过将机芯固定在万向节上，能够使机芯始终与地声传递方向垂直，最大程度传递地声，以此得到准确的检测结果。
本发明结构简单，能够最大程度使地声传递到检波器，并消除了水中声波对检波器的干扰，提高了检波器对地声信号的检测精度，优化了检测效果，具有极大的推广价值。
附图说明
图1：本发明的结构示意图；
图2：本发明的隔音板的结构示意图；
图3：本发明的公转体轴视图；
图4：本发明的自转体轴视图；
图5：本发明的公转体、自转体和机芯的安装结构示意图；
图6：本发明的机芯结构示意图；
其中：1—第一壳体；2—第二壳体；3—输出电缆；4—放大电路；5—供电电池；6—机芯；61—陶瓷片；62—铜基片；63—绝缘套；64—连接块；65—质量块；66—螺栓；67—铜支架；7—隔音腔体；8—平板；9—密封条；10—声桥；11—隔音毡；12—聚氨酯；13—公转体；14—第一转轴；15—自转体；16—第二转轴；17—硅油；18—防水插座。
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的详细说明。
如图1～6，一种隔声型地声压电传感器，包括放大器与通过输出电缆3与放大器连接的检波器，检波器检测到地声后，将地声转变为电信号，电信号通过输出电缆3传递到放大器，放大器将电信号放大输出到检测设备上，检测设备对放大的电信号进行分析检测。
本实施例检波器包括密闭于第二壳体2内的传感器机芯6，输出电缆3端部穿过第二壳体2与机芯6电信号连接。
如图6所示，本实施例的机芯6包括多组压电单元，图6中为两组压电单元。压电单元包括叠加放置的作为正极的两片陶瓷片61和放置于两片陶瓷片61之间的作为负极的铜基片62，两片陶瓷片61与一片铜基片62叠加放置形成三叠片式压电陶瓷单元，三叠片式压电陶瓷单元夹持于绝缘套63与连接块64之间，然后通过穿设于三叠片式压电陶瓷单元、绝缘套63和连接块64上的螺栓66固定连接为一组压电单元。
本实施例的两组压电单元如图6所示，通过一块环状的铜支架67捆扎在一起，分别在三叠面的两面引出电极线，引出后陶瓷片a和陶瓷片d相连作为机芯6的正极，陶瓷片b和陶瓷片c相连作为机芯6的负极。其中陶瓷片a和陶瓷片d的正极通过引线相连，负极通过铜基片62相连，所以陶瓷片a和陶瓷片d为并联，同样的陶瓷片b和陶瓷片c之间也是并联，陶瓷片a、陶瓷片d与陶瓷片b、陶瓷片c之间整体又是串联结构，所以整个机芯6为两并两串结构。当两片陶瓷片61并联时，其输出电荷和电容为一片陶瓷片61输出时的两倍，输出电压不变；两片陶瓷片61串联时，其输出电压为一片陶瓷片61输出时的两倍，输出电荷不变，而输出电容减少一半。
为了保证地声最大程度地传递到机芯6，本实施例在第二壳体2内设置有万向节，通过万向节调整机芯6与地声传递方向保持垂直状态。如图3～5所示，万向节包括公转体13和自转体15，公转体13为半球形的空腔结构，公转体13的两端设置有同轴的第一转轴14，公转体13通过第一转轴14可旋转地铰接连接于第二壳体2内，自转体15为开设有容纳机芯6的空腔的敞口式壳体结构，自转体15的两端设置有与第一转轴14轴线垂直的第二转轴16，自转体15通过第二转轴16可旋转地铰接连接于公转体13内。两组压电单元上安装有质量块65，保证整个机芯6的重心能够与自转体15的重心重合。
机芯6固定在自转体15的空腔内，通过第一转轴14和第二转轴16转动调节方向，在重力作用下保证机芯6中的陶瓷片61始终与地声传递方向垂直。本实施例在万向节与第二壳体2之间的空腔内填充有硅油17，硅油17增加了万向节的转动阻力，消除了传感器相应信号中的尾波干扰。
为了消除水中声波对机芯6的影响，本实施例在第二壳体2外套设有隔声结构，隔声结构包括包覆在第二壳体2外侧的密封隔音腔体7，隔音腔体7为多块隔音板紧密连接形成的密封隔声结构。如图2所示，为本实施例的隔音板的结构，隔音板包括两块间隔布置的平板8以及设置于两块平板8之间的密封条9，密封条9位于平板8边缘位置与两块平板8形成内部抽真空的空腔结构，两块平板8之间布置有多根圆柱形的声桥10，声桥10轴向两端分别支撑于两侧的平板8上。真空结构能够大幅度降低声波的传递，避免声波产生的振动传递到机芯6上，杜绝声波振动对机芯6的影响。
隔音板的内侧包覆有隔音毡11，隔音毡11与第二壳体2之间的空腔内填充有聚氨酯12，聚氨酯12能够将隔音腔体7与第二壳体2之间的空腔结构转变为固态的传递结构，能够最大程度避免地声传递过程中的衰减。同样的，本实施例的输出电缆3端部穿过隔音板和第二壳体2与机芯6电信号连接，输出电缆3与隔音板以及第二壳体1之间的间隙通过聚氨酯材料进行密封填充。
本实施例的放大器包括密闭于第一壳体1内的放大电路4和供电电池5，如图1所示，第一壳体1上安装有防水插座18，输出电缆3端部的防水插头与防水插座18电连接。本实施例将放大电路4和供电电池5做成一个整体，机芯6单独作为一个整体，两部分之间选用物探专用防水插座18。使用时将检波器与放大器接在一起，供电电池5开始为电路板供电，放大电路开始工作，电路板输入端与机芯6连接，经放大后从电路板输出，与大线连接。使用完后，断开检波器和放大器之间的防水插座18，电路板与供电电池5也即断开，节省了电量。
实际使用时，将检波器与放大器通过输出电缆3连接在一起，输出电缆3与防水插座18连接，地声传递到隔音板上，振动沿声桥传递进入到第二壳体2内，经过隔音毡11、聚氨酯12和硅油17传递到机芯5上，陶瓷片61产生电压变化，电信号通过输出电缆3传递到放大电路4上，经过放大电路4放大传输到检测装置进行检测。
地声传递过程中，水中的声波传递到隔音板上，声波无法通过隔音板中的真空屏障，隔音毡和隔音板能够吸收阻绝水中声波向第二壳体2内传播，避免对机芯6产生干扰。
本实施例的第一壳体1与第二壳体2为塑料或是橡胶材质。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种隔声型地声压电传感器，包括放大器与通过输出电缆(3)与放大器连接的检波器；所述的放大器包括密闭于第一壳体(1)内的放大电路(4)和供电电池(5)；所述的检波器包括密闭于第二壳体(2)内的传感器机芯(6)；所述的输出电缆(3)穿过第二壳体(2)将机芯(6)与放大电路(4)连接，
其特征在于：所述的第二壳体(2)外套设有隔声结构；所述的隔声结构包括包覆在第二壳体(2)外侧的密封隔音腔体(7)；所述的隔音腔体(7)为多块隔音板紧密连接形成的密封隔声结构，隔音腔体(7)与第二壳体(2)之间填充有确保振动不会衰减的传递结构。
2.如权利要求1所述的一种隔声型地声压电传感器，其特征在于：所述的隔音板包括两块间隔布置的平板(8)以及设置于两块平板(8)之间的密封条(9)；所述的密封条(9)位于平板(8)边缘位置与两块平板(8)形成内部抽真空的空腔结构；所述的两块平板(8)之间布置有多根圆柱形的声桥(10)；所述的声桥(10)轴向两端分别支撑于两侧的平板(8)上。
3.如权利要求1所述的一种隔声型地声压电传感器，其特征在于：所述的隔声结构还包括填充在隔音腔体(7)与第二壳体(2)之间的隔音毡(11)。
4.如权利要求1所述的一种隔声型地声压电传感器，其特征在于：所述的传递结构包括填充在隔音腔体(7)与第二壳体(2)之间的聚氨酯(12)，聚氨酯(12)与隔音毡(11)紧密充填于隔音腔体(7)与第二壳体(2)之间的空腔内。
5.如权利要求1所述的一种隔声型地声压电传感器，其特征在于：所述的机芯(6)包括多组压电单元；所述的压电单元包括叠加放置的作为正极的两片陶瓷片(61)和放置于两片陶瓷片(61)之间的作为负极的铜基片(62)，相邻两组压电单元的正极并联连接，相邻两组压电单元的负极并联连接。
6.如权利要求5所述的一种隔声型地声压电传感器，其特征在于：所述第二壳体(2)内设置有万向节；所述的机芯(6)固定放置于万向节，并通过万向节调节位置使机芯(6)中的陶瓷片(61)始终垂直地声传递方向。
7.如权利要求6所述的一种隔声型地声压电传感器，其特征在于：所述的万向节包括公转体(13)和自转体(15)；所述的公转体(13)为半球形的空腔结构，公转体(13)的两端设置有同轴的第一转轴(14)，公转体(13)通过第一转轴(14)可旋转地铰接连接于第二壳体(2)内；所述的自转体(15)为开设有容纳机芯(6)的空腔的敞口式壳体结构，自转体(15)的两端设置有与第一转轴(14)轴线垂直的第二转轴(16)，自转体(15)通过第二转轴(16)可旋转地铰接连接于公转体(13)内。
8.如权利要求7所述的一种隔声型地声压电传感器，其特征在于：所述的万向节与第二壳体(2)之间的空腔内填充有起阻尼作用的硅油(17)。
9.如权利要求1所述的一种隔声型地声压电传感器，其特征在于：所述的输出电缆(3)端部穿过隔音板和第二壳体(2)与机芯(6)电信号连接，输出电缆(3)与隔音板以及第二壳体(1)之间的间隙通过聚氨酯填料进行密封填充。
10.如权利要求1所述的一种隔声型地声压电传感器，其特征在于：所述的第一壳体(1)上安装有防水插座(18)，所述的输出电缆(3)端部的防水插头与防水插座(18)电连接。
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