CN202393421U

CN202393421U - 一种耐高压的声压温度集成传感器

Info

Publication number: CN202393421U
Application number: CN2011205115041U
Authority: CN
Inventors: 何涛; 李水; 吴友亮
Original assignee: 715th Research Institute of CSIC
Current assignee: 715th Research Institute of CSIC
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2021-12-09

Abstract

本实用新型涉及一种耐高压的声压温度集成传感器，包括声压传感器、温度传感器、金属支撑结构、锁紧螺母、电缆头和多芯电缆，声压传感器固定于金属支撑结构的前端，温度传感器设于金属支撑结构的最细处内部，电缆头通过锁紧螺母固定于金属支撑结构的末端，多芯电缆固定于电缆头上。实用新型有益的效果是：将声压和温度两种传感器集成在一起，从整体上考虑传感器耐高压设计，减少了声管的开孔数量，使声管的设计和加工难度降低，传感器安装、拆卸更加简单。

Description

一种耐高压的声压温度集成传感器

技术领域

本实用新型涉及水下声学材料测量领域，尤其是一种耐高压的声压温度集成传感器。

背景技术

水声声学材料是指具有吸声、透声、折声、反声及去耦等功能的各类材料，水声材料在声呐设备的水下声系统、潜艇的声隐身工程和水中兵器声学部件中被广泛应用，在系统中发挥着越来越重要的作用。随着声呐工作频率逐渐向低频段延伸，潜艇下潜深度也在逐渐增加，水声材料的工作频率已经低到几百赫兹，工作压力高达数兆帕。一般情况下，水声材料的声学特性会随频率、水温和静水压力改变而发生变化，其性能在实际工作环境下的好坏直接影响着声呐和水中兵器水下声系统技术性能和潜艇的隐蔽性能。

水声材料的研制及应用都离不开对其声学性能参数的测试和评定，测量可以分为两类测量方法：一是自由场测量方法，二是声管测量方法。对于自由场测量，在常规消声水池或高压消声水罐中进行，采用边长尺寸为1~2m的大面积样品，目前最低的测量频率为1kHz左右。对于声管测量方法，采用比声管内径略小的样品，有传统的脉冲管法和驻波管法，以及近年发展的行波管法。脉冲声管工作的低频限取决于声管的长度，通常要求声管长度至少应大于声波水中波长的6倍，样品被放置到声管中央时，测量频率一般在2kHz以上。驻波管法的低频限只取决于声源的信噪比，可以工作到几百赫兹，在声管末端测量样品的声压反射系数，不能测量样品的声压透射系数。近年来，国内外发展了一种新的水下声学材料声管测量方法——行波管法，材料及其构件样品放于声管中央，采用单向行波管双水听器法可测量样品声压反射和透射性能。上述驻波管和行波管均需要采用水听器测量管中声场，需要温度传感器测量管中水介质的温度。

为了测试声学材料在不同温度、不同压力下的声学性能，所以声压传感器及温度传感器是测试系统的重要组成部分。驻波管和行波管测试法需要采集声管中多点的声压信号及该处的温度信号，因此急需一种能同时测量声压信号及温度信号、结构上耐高压的传感器。

发明内容

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种能同时测量声压信号及温度信号、且耐高温的声压温度集成传感器。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种耐高压的声压温度集成传感器，包括声压传感器、温度传感器、金属支撑结构、锁紧螺母、电缆头和多芯电缆，声压传感器固定于金属支撑结构的前端，温度传感器设于金属支撑结构的最细处内部，电缆头通过锁紧螺母固定于金属支撑结构的末端，多芯电缆固定于电缆头上。

作为优选，所述声压传感器包括依次连接的端盖、若干个由连接环连接的压电陶瓷圆管、以及绝缘底座，其中压电陶瓷圆管彼此通过导线并联。所述压电陶瓷圆管最好有四个。

作为优选，所述声压传感器外设有通过模具硫化形成的防水透声层。

作为优选，所述金属支撑结构的腰部设有径向密封槽，金属支撑结构接近底部处设有法兰盘，法兰盘上设有纵向密封圈槽。

作为优选，所述温度传感器的外径略小于其安装处的金属支撑结构内径，之间空隙处设有导热硅脂。

作为优选，所述电缆头和金属支撑结构之间设有O形密封圈。

作为优选，所述多芯电缆穿过电缆头内孔一端通过模具硫化。

实用新型有益的效果是：

一、本实用新型将声压和温度两种传感器集成在一起，从整体上考虑传感器耐高压设计，减少了声管的开孔数量，使声管的设计和加工难度降低，传感器安装、拆卸更加简单。

二、本实用新型的声压传感器采用多个压电陶瓷圆管元件并联式设计，能够平抑元件之间的性能差异，平均测试点附近的声压信号，使得测试信号更加稳定，测量的重复性更好。声压传感器工作频率低于1/2谐振频率，灵敏度响应平坦，相位一致性好；各连接部分均采用耐高压材料，声压传感器最高耐压为10Mpa。

三、本实用新型的温度传感器敏感元件置于金属支撑结构最细处，传感器紧贴金属壁，之间的空隙用导热硅脂填充，金属壁较薄且热传递好，导热硅脂及时将金属壁热量传导到传感器，保证温度信号的实时性。

四、本实用新型将温度传感器与声压传感器放一起，两者之间的距离仅为10mm左右，从声管来看可以认为是同一点的声压和温度信号，减小了由于位置差异带来的误差。

五、本实用新型的金属支撑结构有两个径向密封槽，一个纵向密封槽，利用“O”形密封圈密封，轴和孔的设计加工严格按照密封标准进行，从理论上和实际试验来看传感器能承受最高100Mpa的静水压力，既保证设计有较大的冗余，增加耐压安全性，同时为更高压力传感器设计进行了技术储备。

附图说明

图1本实用新型的剖面结构示意图；

图2本实用新型的声压传感器剖面示意图；

图3本实用新型的金属支撑结构剖面结构示意图；

附图标记说明：声压传感器1，温度传感器2，金属支撑结构3，锁紧螺母4，电缆头5，多芯电缆6，端盖7，压电陶瓷圆管8，连接环9，绝缘底座10，防水透声层11，O形密封圈12，径向密封槽13，纵向密封圈槽14，法兰盘15，导热硅脂16。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例：如图1，这种耐高压声压温度集成传感器，由声压传感器1、温度传感器2、金属支撑结构3、锁紧螺母4、电缆头5、多芯电缆6等构成。声压传感器1固定于金属支撑结构3的前端，温度传感器2内置于金属支撑结构3内，处于支撑结构最细处，温度传感器2与金属壁之间采用导热硅脂16填充，便于热量及时传导。电缆头5通过锁紧螺母4固定于金属支撑结构3的末端，多芯电缆6固定于电缆头5上。整个传感器体积小，结构简单合理。

所述声压传感器1依次由端盖7、4个由连接环9连接的压电陶瓷圆管8、以及绝缘底座10组成，用于接收声压信号。敏感元件利用4只压电陶瓷圆管通过导线并联，减小由于元件一致性差异带来的误差。元件外为防水透声层11，利用模具硫化形成，对压电元件外表面进行包覆，起到密封透声的作用。声压传感器声中心位于声管轴心位置，频响范围100Hz~4kHz，接收灵敏度不小于-205dB，灵敏度幅值一致性优于±1.0dB，灵敏度相位一致性优±1.5°。

所述的温度传感器2，是热敏电阻温度传感器，工作原理是基于金属导体的电阻随温度增加而增加这一特性进行温度测量的，其主要特点是测量精度高，性能稳定，其中铂热电阻测量精度最高，温度测量范围-55℃~+125℃，测量分辨率小于0.1℃。

所述的金属支撑结构3，其作用是将各部分连接在一起，在硫化过程中作为定位使用，材料选用不锈钢材料。金属支撑结构前端用于安装声压传感器1，硫化防水透声层11时作定位使用。支撑结构有两条径向密封槽13和一条纵向密封圈槽14，用于与声管的高压密封。法兰盘15用于将集成传感器固定在声管上，将纵向密封圈槽14压缩，进一步提高传感器耐高压的可靠性。

所述多芯电缆6，选用带屏蔽的水密电缆，作用是将传感器信号传输到采集系统。在电缆中有声压信号和温度信号两种信号同时传输，为了减小相互影响，电缆芯线分为两组，一组传输声压信号，外面包覆屏蔽线；另外一组芯线用于温度信号传输，同样外面包覆屏蔽线。电缆外表面为橡胶材料，可以长期在水下工作五年以上。

所述电缆头5和锁紧螺母4，将多芯电缆6一段穿过电缆头5内孔，利用模具硫化成形，实现多芯电缆6与电缆头5的密封，电缆头5和金属支撑结构3利用O形密封圈12密封，锁紧螺母4将电缆头5固定在金属支撑结构3上。采用上述结构可以方便电缆拆装，对于检察传感器是否工作正常非常方便。

这种利用压电陶瓷圆管接收声压信号，热敏电阻接收温度信号，在结构上融合在一起的集成传感器，传感器各部分均采用耐高压设计，最大可承受10Mpa的静水压力。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims

1.一种耐高压的声压温度集成传感器，包括声压传感器（1）、温度传感器（2）、金属支撑结构（3）、锁紧螺母（4）、电缆头（5）和多芯电缆（6），其特征是：声压传感器（1）固定于金属支撑结构（3）的前端，温度传感器（2）设于金属支撑结构（3）的最细处内部，电缆头（5）通过锁紧螺母（4）固定于金属支撑结构（3）的末端，多芯电缆（6）固定于电缆头（5）上。

2.根据权利要求1所述的耐高压的声压温度集成传感器，其特征是：所述声压传感器（1）包括依次连接的端盖（7）、若干个由连接环（9）连接的压电陶瓷圆管（8）、以及绝缘底座（10），其中压电陶瓷圆管（8）彼此通过导线并联。

3.根据权利要求2所述的耐高压的声压温度集成传感器，其特征是：所述压电陶瓷圆管（8）共有四个。

4.根据权利要求1、2或3所述的耐高压的声压温度集成传感器，其特征是：所述声压传感器（1）外设有通过模具硫化形成的防水透声层（11）。

5.根据权利要求1所述的耐高压的声压温度集成传感器，其特征是：所述金属支撑结构（3）的腰部设有径向密封槽（13），金属支撑结构（3）接近底部处设有法兰盘（15），法兰盘（15）上设有纵向密封圈槽（14）。

6.根据权利要求1所述的耐高压的声压温度集成传感器，其特征是：所述温度传感器（2）的外径略小于其安装处的金属支撑结构（3）内径，之间空隙处设有导热硅脂（16）。

7.根据权利要求1所述的耐高压的声压温度集成传感器，其特征是：所述电缆头（5）和金属支撑结构（3）之间设有O形密封圈（12）。

8.根据权利要求1所述的耐高压的声压温度集成传感器，其特征是：所述多芯电缆（6）穿过电缆头（5）内孔一端通过模具硫化。