專利名稱：內(nèi)置調(diào)理電路的彎曲圓盤式水壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水壓傳感器，尤其涉及一種內(nèi)置調(diào)理電路的彎曲圓盤式水 壓傳感器。
背景技術(shù)：
艦船航行時(shí)，船體水下部分將對周圍的流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生擾動(dòng)，從而使艦船周 圍空間點(diǎn)的流體速度發(fā)生改變，由流體力學(xué)一般原理可知，水下空間水質(zhì)點(diǎn)的 速度變化，將帶來水下周圍空間的壓力變化。水壓傳感器就是用來感知、測量 艦船航行所引起的壓力變化的前端器件。
采用壓電陶瓷作為敏感元件的水壓傳感器，耐靜水壓力、抗水下沖擊性能 好。但目前常規(guī)結(jié)構(gòu)的壓電式水壓傳感器多采用管形或環(huán)形的敏感元件，利用 此類敏感元件的軸向形變感知外部的壓力變化，其低頻響應(yīng)靈敏度難于提高而 且不易于降低輸出阻抗，對信號調(diào)理電路的阻抗匹配與頻率響應(yīng)相應(yīng)要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對以往壓電式水壓傳感器所采用的敏感接收結(jié)構(gòu)的性能限 制，采用彎曲圓盤的敏感元件結(jié)構(gòu)提高傳感器的低頻響應(yīng)靈敏度、降低輸出阻 抗，并采用阻抗變換電路置于傳感器內(nèi)部密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到提高傳感器性 能、使用方便的效果。
該內(nèi)置調(diào)理電路的彎曲圓盤式水壓傳感器包括壓環(huán)、o型圈、兩片支撐片、過導(dǎo)電金屬材質(zhì)的支撐片連 通，另外一側(cè)的極板通過導(dǎo)線聯(lián)接，形成兩個(gè)三迭片式敏感元件，支撐基體為 筒狀金屬空心腔體，其內(nèi)壁上有環(huán)狀刀刃突起結(jié)構(gòu)，壓電陶瓷圓片與支撐片組 成的兩個(gè)三迭片式敏感元件置于支撐基體的突起上。本發(fā)明采用高介電常數(shù)與高壓電常數(shù)的壓電陶瓷圓片的直徑與厚度之比大于20倍。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用高介電常數(shù)與高壓電常數(shù)的壓電陶瓷圓片的直徑與厚度之比大于20倍，并4片并聯(lián)，增大靜態(tài)電容，降低傳感器工作時(shí) 的輸出阻抗；采取邊緣刀刃支撐、彎曲振動(dòng)的模式提高低頻靈敏度；利用傳感 器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空腔部分安裝阻抗變換電路，取消了前端的信號傳輸電纜，規(guī)避 了電纜置于傳感器與信號調(diào)理電路之間而引入的不利影響，而且釆用此種結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，可以使傳感器工裝密封后，有效抑制外部環(huán)境變化對阻抗變換電路自身 性能帶來的不利影響，并同時(shí)提高電路工作的穩(wěn)定性與可靠性。


圖l一內(nèi)置調(diào)理電路的彎曲圓盤式水壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。主要結(jié)構(gòu)如圖l所示，本發(fā)明主要由壓環(huán)1、.0型圈2、支撐片3、阻抗變 換電路4、壓電陶瓷圓片5、螺釘6、支撐基體7等組成。四片壓電陶瓷圓片5為直徑厚度之比較大的圓形薄片，分別用導(dǎo)龜膠粘接 在兩片支撐片3的正反兩面，使壓電圓片極性相同的一側(cè)極板通過導(dǎo)電金屬材 質(zhì)的支撐片3連通，將另外一側(cè)的極板通過導(dǎo)線聯(lián)接，形成電氣聯(lián)接上的并聯(lián) 結(jié)構(gòu)，組成兩個(gè)三迭片式敏感元件；支撐基體7為筒狀金屬空心腔體，內(nèi)壁上 加工有環(huán)狀刀刃突起結(jié)構(gòu)，將壓電陶瓷圓片5與支撐片3組成的兩個(gè)三迭片式 敏感元件置于支撐基體7的突起上，用壓環(huán)1分別通過螺釘6緊固，形成刀刃 支撐結(jié)構(gòu)，壓環(huán)1與支撐基體7的接觸端面上開有0型圈槽，安裝有0型圈2， 用以防止傳感器灌封時(shí)，環(huán)氧樹脂膠液流入兩個(gè)三迭片式敏感元件之間的空腔 內(nèi)；阻抗變換電路4為圓形的印制板，安裝在支撐基體內(nèi)壁的環(huán)狀臺形突起上， 其電路具體形式可以是由場效應(yīng)管等分立元件構(gòu)成的跟隨器，或者是集成運(yùn)算 放大器構(gòu)成的電荷放大群、電壓放大器等電路結(jié)構(gòu)。首先，將四片壓電陶瓷圓片5分別用導(dǎo)電膠粘接在兩片支撐片3的正反兩 面，組成兩個(gè)三迭片式敏感元件；然后，將阻抗變換電路4安裝在支撐基體7 內(nèi)壁的環(huán)狀臺形突起上；其次，將0型圈2放入支撐基體7上加工的0型圈槽 內(nèi)，將壓電陶瓷圓片5與支撐片3組成的兩個(gè)三迭片式敏感元件置于支撐基體 7的環(huán)形刀刃突起上，連接內(nèi)部導(dǎo)線后，用壓環(huán)1分別通過螺釘6緊固。最后， 將以上三步完成的組件采用環(huán)氧樹脂灌封或橡膠硫化工藝密封后，內(nèi)置調(diào)理電路的彎曲圓盤式水壓傳感器的安裝過程結(jié)束。水壓傳感器布入到設(shè)定水深后，當(dāng)目標(biāo)艦船通過時(shí)，船體水下部分將對周 圍的流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生擾動(dòng)，從而使艦船周圍空間點(diǎn)的流體速度發(fā)生改變。由流體 力學(xué)一般原理可知，水下空間水質(zhì)點(diǎn)的速度變化，將帶來水下周圍空間的壓力 變化，由于該水壓傳感器的三迭片式敏感元件其本質(zhì)上是彈性元件，其邊緣處 于支撐基體與壓環(huán)構(gòu)成的刀刃支撐結(jié)構(gòu)中，形成敏感元件彎曲振動(dòng)的邊緣簡支 形式，而且水壓傳感器的支撐基體內(nèi)部存在空腔，空腔內(nèi)的氣體是可以被壓縮 的，外界壓力變化將引起敏感元件的彎曲振動(dòng)，從而引起壓電陶瓷片的形變， 由壓電陶瓷材料本身的特性可知壓電陶瓷片的形變引起內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)沿空間 各方向上的非均勻變化，產(chǎn)生極化強(qiáng)度及電位移，而且它產(chǎn)生的極化強(qiáng)度與電 位移變化量與形變量成正比，又由于壓電陶瓷內(nèi)部存在剩余極化，則極化強(qiáng)度 與電位移的變化引起壓電陶瓷材料內(nèi)部束縛電荷的運(yùn)動(dòng)，這種電荷的運(yùn)動(dòng)形成 電信號的輸出，即通過壓電效應(yīng)將這種由目標(biāo)艦船運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的壓力變化轉(zhuǎn)化為 電信號輸出，阻抗變化電路將此電信號調(diào)理后輸出到下級電路，實(shí)現(xiàn)對艦船水 壓場信號的感知。權(quán)利要求
1、內(nèi)置調(diào)理電路的彎曲圓盤式水壓傳感器，包括壓環(huán)(1)、O型圈(2)、兩片支撐片(3)、阻抗變換電路(4)、四片壓電陶瓷圓片(5)、螺釘(6)、支撐基體(7)，其特征在于其中壓環(huán)(1)與支撐基體(7)的接觸端面上開有O型圈槽，安裝有O型圈(2)，壓環(huán)(1)通過螺釘(6)緊固與支撐基體(7)，形成刀刃支撐結(jié)構(gòu)，阻抗變換電路(4)為圓形的印制板，安裝在支撐基體(7)內(nèi)壁的環(huán)狀臺形突起上，四片壓電陶瓷圓片(5)為直徑與厚度比大于20倍的圓形薄片，分別用導(dǎo)電膠粘接在兩片支撐片(3)的正反兩面，使壓電圓片(5)極性相同的一側(cè)極板通過導(dǎo)電金屬材質(zhì)的支撐片(3)連通，另外一側(cè)的極板通過導(dǎo)線聯(lián)接，形成兩個(gè)三迭片式敏感元件，支撐基體(7)為筒狀金屬空心腔體，其內(nèi)壁上有環(huán)狀刀刃突起結(jié)構(gòu)，壓電陶瓷圓片(5)與支撐片(3)組成的兩個(gè)三迭片式敏感元件置于支撐基體(7)的突起上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)置調(diào)理電路的彎曲圓盤式水壓傳感器，包括支撐基體、壓環(huán)、支撐片、壓電陶瓷圓片、阻抗變換器電路板、O型圈和螺釘。四片壓電陶瓷圓片分別與兩片支撐片粘接構(gòu)成雙三迭片的敏感接收結(jié)構(gòu)，并采取并聯(lián)安裝；支撐基體與壓環(huán)構(gòu)成刀刃支撐結(jié)構(gòu)；阻抗變換器電路密閉安裝于雙三迭片之間的支撐基體空腔內(nèi)。采用此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使傳感器工裝密封后，有效抑制外部環(huán)境變化對阻抗變換電路自身性能帶來的不利影響，并提高電路工作的穩(wěn)定性與可靠性。
文檔編號G01L9/08GK101650246SQ200810147040
公開日2010年2月17日 申請日期2008年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月13日
發(fā)明者付繼偉, 亮 杜, 汪小亞, 鄧國新, 偉 鄭 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所