CN1236307C - 低频声波叠层式压电传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低频声波叠层式压电传感器，包括外壳，在外壳外侧设置有密封垫，在外壳的内侧设置有声波输入孔，声波输入孔的两侧连接有绝缘隔板，在绝缘隔板的下部设置有O型密封圈，引线槽设置于外壳的内侧，引线槽的下端设置有绝缘内套，绝缘内套与止旋隔板相互连接，止旋螺丝固定在止旋隔板右侧，在外壳的底部开设有插座固定板，插座固定板连接插座，在声波输入孔的下部设置有上极板，下极板通过叠层压电片与上极板相连接，引线孔设置于下极板的下端，自动跟踪放大电路板与引线孔连接，螺纹压套固定于在止旋隔板的下端，本发明适用于低频声波测量，在信噪比及灵敏度、传输特性、耐高压抗腐蚀性等方面有了较大的提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电传感器，具体涉及一种低频声波叠层式压电传感器。
背景技术
目前在各国现有的油田采油过程中，声波法测井技术广泛应用，现有的技术能够测出油井原油液面的深度，但是由于井下环境比较恶劣，其中包含有很多腐蚀性气体，对测试装置有非常大的腐蚀作用，导致现有胶体封装园柱筒形压电传感器的寿命很低，而且该传感器灵敏度低、信噪比差，其高阻抗弱电信号需要通过长导线传输到另外的放大电路中进行放大，该传输过程特别容易受到干扰。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种机构简单、灵敏度高、抗干扰能力强的低频声波叠层式压电传感器。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：在声波输入孔的下部设置有上极板，下极板通过叠层压电片与上极板相连接，引线孔设置于下极板的下端，自动跟踪放大电路板与引线孔连接，螺纹压套固定于在止旋隔板的下端，自动跟踪放大电路板包括前置放大电路，前置放大电路的输入端连接叠层压电片输出的高阻抗电压信号，前置放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端与驱动放大电路相连接，驱动放大电路连接低输入阻抗变增益放大电路，低输入阻抗变增益放大电路连接有反馈电路。
本发明还具有下述特点：叠层压电片的输出信号正极接到自动跟踪放大电路两脚插座J1的IN端，负极接到插座J1的公共地端，插座J1的IN端输入到运算放大器U1的正相输入端，运算放大器U1的正相输入端接入二极管D1的阴极和二极管D2的阳极，二极管D1和二极管D2的另一端都接地，运算放大器反相输入端接输出端将放大信号输出到电解电容E4，电解电容E4与电阻R9连接构成高通滤波电路，其输出接低通滤波器U2的信号输入8脚，低通滤波器U2的3引脚与4引脚直接连接，低通滤波器U2的1引脚与电容C1连接，低通滤波器U2的6引脚接地并连接电容C1的另一端，低通滤波器U2的输出5脚连接到运算放大器U3A的正相输入端，运算放大器U3A的反相输入端接输出端将放大信号输出到变增益放大器U4的信号输入3脚，变增益放大器U4的6引脚接-5V电源和电解电容E3一端，电解电容E3另一端接地，变增益放大器U4的8引脚接+5V电源和电解电容E2一端，电解电容E2另一端接地，变增益放大器U4的1引脚接电位器P1的可调端，电位器P1的一端接地，电位器P1另一端通过电阻R1接+5V电源，变增益放大器U4的5引脚接7引脚将放大信号输出接到插座J2的OUT端，变增益放大器U4的7引脚接入电阻R2一端和二极管D4的阴极，电阻R2另一端将放大信号输出给运算放大器U5A的反相输入端，运算放大器U5A的正相输入端接地，运算放大器U5A的反相输入端接通过电阻R3接U5A输出端将放大信号输出到二极管D3的阴极，二极管D3的一端接电阻R4一端，二极管D4的一端接电阻R5一端，电阻R5的一端和电阻R4的另一端同接运算放大器U5B的反相输入端，运算放大器U5B的正相输入端接电阻R7后接地，运算放大器U5B的反相输入端通过电阻R6接输出端，运算放大器U5B的输出端接电阻R8一端，电阻R8的另一端接电解电容E1一端和变增益放大器U4的2引脚，电解电容E1另一端接地，插座J2的+5V端接DC-DC电源模块的电压输入1脚，DC-DC电源模块的6引脚和7引脚分别输出+5V和-5V电压，给电路供电。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2是本发明自动跟踪放大电路框图。
图3是本发明自动跟踪放大电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明结构原理和工作原理作进一步详细说明。参照图1，本发明包括外壳1，在外壳1的外侧设置有密封垫2，在外壳1的内侧设置有声波输入孔3，声波输入孔3的两侧连接有绝缘隔板4，在绝缘隔板4的下部设置有O型密封圈5，引线槽6设置于外壳1的内侧，引线槽6的下端设置有绝缘内套7，绝缘内套7与止旋隔板8相互连接，止旋螺丝9固定在止旋隔板8右侧，在外壳1的底部开设有插座固定板10，插座固定板10连接插座11，在声波输入孔3的下部设置有上极板12，下极板14通过叠层压电片13与上极板12相连接，引线孔15设置于下极板14的下端，自动跟踪放大电路板16与引线孔15连接，螺纹压套17固定于在止旋隔板8的下端。前置放大电路18的输入端连接叠层压电片13输出的高阻抗电压信号，前置放大电路18的输出端连接滤波电路19，滤波电路19的输出端与驱动放大电路20相连接，驱动放大电路20连接低输入阻抗变增益放大电路21，低输入阻抗变增益放大电路21连接有反馈电路22。
参照图2、图3，前置放大电路18的输入端连接叠层压电片输出的高阻抗电压信号，前置放大电路18的输出端连接滤波电路19，滤波电路19的输出端与驱动放大电路20相连接，驱动放大电路20连接低输入阻抗变增益放大电路21，低输入阻抗变增益放大电路21连接有反馈电路22。叠层压电片13的输出信号正极接到自动跟踪放大电路16两脚插座J1的IN端，负极接到插座J1的公共地端，插座J1的IN端输入到运算放大器U1的正相输入端，运算放大器U1的正相输入端接入二极管D1的阴极和二极管D2的阳极，二极管D1和二极管D2的另一端都接地，运算放大器反相输入端接输出端将放大信号输出到电解电容E4，电解电容E4与电阻R9连接构成高通滤波电路，其输出接低通滤波器U2的信号输入8脚，低通滤波器U2的3引脚与4引脚直接连接，低通滤波器U2的1引脚与电容C1连接，低通滤波器U2的6引脚接地并连接电容C1的另一端，低通滤波器U2的输出5脚连接到运算放大器U3A的正相输入端，运算放大器U3A的反相输入端接输出端将放大信号输出到变增益放大器U4的信号输入3脚，变增益放大器U4的6引脚接-5V电源和电解电容E3一端，电解电容E3另一端接地，变增益放大器U4的8引脚接+5V电源和电解电容E2一端，电解电容E2另一端接地，变增益放大器U4的1引脚接电位器P1的可调端，电位器P1的一端接地，电位器P1另一端通过电阻R1接+5V电源，变增益放大器U4的5引脚接7引脚将放大信号输出接到插座J2的OUT端，变增益放大器U4的7引脚接入电阻R2一端和二极管D4的阴极，电阻R2另一端将放大信号输出给运算放大器U5A的反相输入端，运算放大器U5A的正相输入端接地，运算放大器U5A的反相输入端接通过电阻R3接U5A输出端将放大信号输出到二极管D3的阴极，二极管D3的一端接电阻R4一端，二极管D4的一端接电阻R5一端，电阻R5的一端和电阻R4的另一端同接运算放大器U5B的反相输入端，运算放大器U5B的正相输入端接电阻R7后接地，运算放大器U5B的反相输入端通过电阻R6接输出端，运算放大器U5B的输出端接电阻R8一端，电阻R8的另一端接电解电容E1一端和变增益放大器U4的2引脚，电解电容E1另一端接地，插座J2的+5V端接DC-DC电源模块的电压输入1脚，DC-DC电源模块的6引脚和7引脚分别输出+5V和-5V电压，给电路供电。二极管D3、二极管D4用来对变增益放大器输出信号进行整流，电解电容E1和电阻R8用来对整流后的信号作低通滤波。电容C1用来设置低通滤波器U2的截止频率，电解电容E4和电阻R9构成高通滤波器，电解电容E2、电解电容E3用于对输入电源滤波。
本发明将压电片输出的高阻抗弱电信号输入到偏置电流极低的前置放大电路18，前置放大电路18的输出接带通滤波电路19，将直流分量及50Hz干扰滤掉，滤波电路19的输出接驱动放大电路20，驱动放大电路20驱动其后的低输入阻抗变增益放大电路21，变增益放大电路21根据反馈电路22的信号电平进行增益系数自动调节并放大输出。敏感元件和自动跟踪放大电路封装在一金属结构中，由于压电片输出的特别容易受到干扰的高阻抗信号不再作远距离传输，而是直接输入到同一封装结构中的自动跟踪放大电路，所以极大地提高了抗干扰能力。由于油田原油液面的深度有所差异，测井时传感器的灵敏度并非越高越好。本传感器的电压灵敏度与叠层式压电片的数量成正比，比较方便的通过增减压电片的数量来改变灵敏度大小。本发明适用于低频声波测量，频率响应范围为0.3Hz～40Hz，在信噪比及灵敏度、传输特性、耐高压抗腐蚀性等方面有了较大的提高。
Claims (2)
1.一种低频声波叠层式压电传感器，包括外壳(1)，在外壳(1)的外侧设置有密封垫(2)，在外壳(1)的内侧设置有声波输入孔(3)，声波输入孔(3)的两侧连接有绝缘隔板(4)，在绝缘隔板(4)的下部设置有O型密封圈(5)，引线槽(6)设置于外壳(1)的内侧，引线槽(6)的下端设置有绝缘内套(7)，绝缘内套(7)与止旋隔板(8)相互连接，止旋螺丝(9)固定在止旋隔板(8)右侧，在外壳(1)的底部开设有插座固定板(10)，插座固定板(10)连接插座(11)，其特征在于：在声波输入孔(3)的下部设置有上极板(12)，下极板(14)通过叠层压电片(13)与上极板(12)相连接，引线孔(15)设置于下极板(14)的下端，自动跟踪放大电路板(16)与引线孔(15)连接，螺纹压套(17)固定于在止旋隔板(8)的下端，自动跟踪放大电路板(16)包括前置放大电路(18)，前置放大电路(18)的输入端连接叠层压电片(13)输出的高阻抗电压信号，前置放大电路(18)的输出端连接滤波电路(19)，滤波电路(19)的输出端与驱动放大电路(20)相连接，驱动放大电路(20)连接低输入阻抗变增益放大电路(21)，低输入阻抗变增益放大电路(21)连接有反馈电路(22)。
2.根据权利要求1所述的一种低频声波叠层式压电传感器，其特征在于：所述叠层压电片(13)的输出信号正极接到自动跟踪放大电路板(16)两脚插座J1的IN端，负极接到插座J1的公共地端，插座J1的IN端输入到运算放大器U1的正相输入端，运算放大器U1的正相输入端接入二极管D1的阴极和二极管D2的阳极，二极管D1和二极管D2的另一端都接地，运算放大器反相输入端接输出端将放大信号输出到电解电容E4，电解电容E4与电阻R9连接构成高通滤波电路，其输出接低通滤波器U2的信号输入8脚，低通滤波器U2的3引脚与4引脚直接连接，低通滤波器U2的1引脚与电容C1连接，低通滤波器U2的6引脚接地并连接电容C1的另一端，低通滤波器U2的输出5脚连接到运算放大器U3A的正相输入端，运算放大器U3A的反相输入端接输出端将放大信号输出到变增益放大器U4的信号输入3脚，变增益放大器U4的6引脚接-5V电源和电解电容E3一端，电解电容E3另一端接地，变增益放大器U4的8引脚接+5V电源和电解电容E2一端，电解电容E2另一端接地，变增益放大器U4的1引脚接电位器P1的可调端，电位器P1的一端接地，电位器P1另一端通过电阻R1接+5V电源，变增益放大器U4的5引脚接7引脚将放大信号输出接到插座J2的OUT端，变增益放大器U4的7引脚接入电阻R2一端和二极管D4的阴极，电阻R2另一端将放大信号输出给运算放大器U5A的反相输入端，运算放大器U5A的正相输入端接地，运算放大器U5A的反相输入端接通过电阻R3接U5A输出端将放大信号输出到二极管D3的阴极，二极管D3的一端接电阻R4一端，二极管D4的一端接电阻R5一端，电阻R5的一端和电阻R4的另一端同接运算放大器U5B的反相输入端，运算放大器U5B的正相输入端接电阻R7后接地，运算放大器U5B的反相输入端通过电阻R6接输出端，运算放大器U5B的输出端接电阻R8一端，电阻R8的另一端接电解电容E1一端和变增益放大器U4的2引脚，电解电容E1另一端接地，插座J2的+5V端接DC-DC电源模块的电压输入1脚，DC-DC电源模块的6引脚和7引脚分别输出+5V和-5V电压。
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