專(zhuān)利名稱(chēng)：一種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架及其傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬地震勘探技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種地震勘探用傳感器，屬于有源傳感器，尤其涉及ー種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架及其傳感器。
技術(shù)背景 壓電加速度傳感器的性能差異主要取決于壓電陶瓷片的靈敏度，線(xiàn)性工作頻帶信噪比和抗載荷能力，而保證壓電陶瓷片上述性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是對(duì)壓電陶瓷片的夾持方式、安裝放置方式及壓電對(duì)聲響應(yīng)的抑制方式。目前，壓電陶瓷的受力和慣性體的夾持方式主要有擠壓式、彎曲式和剪切式。以上三種方式主要存在的不足I、擠壓式西安石油大學(xué)研制的YD2000型壓電加速度傳感器，其機(jī)-電轉(zhuǎn)換方式是通過(guò)擠壓晶片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，雖然傳感器的抗載荷能力強(qiáng)，但壓電晶片的變形量很小，其靈敏度很低，信噪比低。2、彎曲式中國(guó)專(zhuān)利ZL200820030163. 4公開(kāi)了ー種彎曲形壓電加速度傳感器，但由于壓電陶瓷片的夾持方式和安裝方式的緣故，使得壓電陶瓷片對(duì)外部的聲干擾抑制較差，同時(shí)沒(méi)有較好的抑制外部聲干擾措施，致使傳感器的信噪比很低，線(xiàn)性工作頻帶變窄。3、剪切式這類(lèi)傳感器靠ー對(duì)カ偶作用于晶片上，使晶片產(chǎn)生較大的輸出，其靈敏度比較高，但其抗沖擊載荷能力很差，エ業(yè)現(xiàn)場(chǎng)很少批量使用。以上所述的三類(lèi)傳感都沒(méi)有解決系統(tǒng)對(duì)聲干擾的閉環(huán)抑制，因此抑制音頻干擾能力差，使得傳感器信噪比降低，有效線(xiàn)性帶寬變窄，同時(shí)對(duì)強(qiáng)沖擊的保護(hù)措施不夠也使得壓電片各易損壞。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種靈敏度高、線(xiàn)性工作頻帶寬、抗沖擊載荷能力強(qiáng)、對(duì)聲干擾抑制能力強(qiáng)、信噪比高以及對(duì)壓電片進(jìn)行有效保護(hù)的物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架及其傳感器。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是本實(shí)用新型提供了ー種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架，其特殊之處在于所述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架包括上殼體以及與上殼體固定連接的下殼體；所述下殼體內(nèi)對(duì)稱(chēng)設(shè)置有兩個(gè)用于存放電加速度傳感器機(jī)芯的存放腔。上述下殼體包括下殼體殼以及設(shè)置在下殼體殼內(nèi)部的下殼體架；所述存放腔設(shè)置在下殼體架內(nèi)部。上述存放腔包括設(shè)置在與電加速度傳感器機(jī)芯接觸面上的隔音墊。上述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架還包括設(shè)置在上殼體和下殼體之間的密封圈。上述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架還包括與上殼體固定連接的防水帽。[0015]上述上殼體和下殼體均是由隔聲材料制成的。ー種物性型彎曲壓電加速度傳感器，其特殊之處在于所述物性型彎曲壓電加速度傳感器包括如上所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器的機(jī)架以及設(shè)置在機(jī)架內(nèi)部的機(jī)芯；所述機(jī)芯左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置在機(jī)架的存放腔中。上述機(jī)芯包括機(jī)芯架以及設(shè)置在機(jī)芯架內(nèi)部的弾性振動(dòng)系統(tǒng)；所述彈性振動(dòng)系統(tǒng)包括配重體、設(shè)置在配重體低部的慣性體以及套接在配重體上的機(jī)電轉(zhuǎn)換元件。上述配重體包括中心軸、絕緣外套、導(dǎo)電片、絕緣片以及中心緊固螺母；所述絕緣外套包裹在中心軸的外表面；所述導(dǎo)電片套接在中心軸上并與機(jī)電轉(zhuǎn)換元件緊密接觸；所述中心緊固螺母通過(guò)絕緣片固定導(dǎo)電片和機(jī)電轉(zhuǎn)換元件并與中心軸的上端部固定連接；所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是壓電陶瓷片或壓電晶體片；所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是壓電陶瓷片時(shí)，所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是由兩個(gè)壓電陶瓷片與一個(gè)銅基片粘貼而成或由1/2個(gè)壓電陶瓷片和ー個(gè)銅基片粘貼而成；所述慣性體是機(jī)芯磁鐵，所述機(jī)芯磁鐵設(shè)置在中心軸底部；所述慣性體上鑲有機(jī)芯磁鐵時(shí)，所述下殼體架上設(shè)置有與機(jī)芯磁鐵位置相對(duì)并與機(jī)芯磁鐵的磁場(chǎng)相反的下殼體架磁鐵。上述機(jī)芯還包括設(shè)置在機(jī)芯架內(nèi)表面的絕緣內(nèi)襯；所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是一片或多片；所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是多片時(shí)，所述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯還包括壓緊螺環(huán)以及用于隔離機(jī)電轉(zhuǎn)換元件銅基片的絕緣間隔墊；所述絕緣間隔墊外徑附著在機(jī)芯架內(nèi)壁上；所述壓緊螺環(huán)直接作用于絕緣間隔墊上并與機(jī)芯架固定連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型提供的物性型彎曲壓電加速度傳感器，解決了背景技術(shù)中靈敏度低，線(xiàn)性工作頻帶窄，抗沖擊載荷能力差，對(duì)聲干擾抑制能力差，造成信噪比低和受強(qiáng)沖擊載荷時(shí)壓電片易損壞的技術(shù)問(wèn)題，具體而言，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)I、靈敏度高本實(shí)用新型由于采用彎曲變形方式，壓電片變形量大，提高了傳感器的靈敏度，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)可使壓電片多片組合，又可起到提高傳感器靈敏度的效果。2、線(xiàn)性工作頻帶寬由于傳感器中連接所用的金屬材料居多，所用的非金屬材料硬度高、變形量小，因此系統(tǒng)剛性好。諧振頻率高，使得線(xiàn)性工作頻帶變寬。3、信噪比高由于壓電片是ー個(gè)對(duì)聲音很敏感的器件，而用于地震勘探方面的壓電加速度傳感器不需要接收任何聲音，任何方向來(lái)的聲音對(duì)其都是干擾信號(hào)，因而能很好的抑制聲音干擾，就成為改善傳感器信噪比的ー個(gè)重要環(huán)節(jié)，這種傳感器放入上下殼體都是選用了隔音效果很好的材料，并且使之成為ー種封閉結(jié)構(gòu)，對(duì)聲音干擾形成了一種閉環(huán)抑制，從而達(dá)到了抑噪提高信噪比的效果。4、本實(shí)用新型抗沖擊能力強(qiáng)。本實(shí)用新型所采用的機(jī)芯自成獨(dú)立単元，較大的提高了傳感器的動(dòng)態(tài)范圍和系統(tǒng)的穩(wěn)定度，采用閉環(huán)的隔聲結(jié)構(gòu)，極大地抑制了壓電對(duì)聲干擾的響應(yīng)，使得傳感器的有效工作頻帶變寬，信號(hào)的品質(zhì)得到提高。

圖I是本實(shí)用新型所采用的機(jī)芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型所采用的機(jī)架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型在機(jī)架上設(shè)置的防水帽的結(jié)構(gòu)示意圖；、[0029]其中I-壓緊螺環(huán)；2_間隔墊；3_絕緣內(nèi)襯；4_機(jī)芯架；5_壓電陶瓷片；6_機(jī)芯磁鐵；7-中心軸；8_導(dǎo)電片；9_導(dǎo)電片；10-絕緣片；11_中心緊固螺母；12-絕緣外套；13_上殼體；14_密封圈；15_鑲嵌螺母；16_下殼體殼；17_下殼體架；18_隔音墊；19_下殼體架磁鐵；20_鑲嵌螺母；21_存放腔；22_壓緊螺板；23_防水帽。
具體實(shí)施方式參見(jiàn)圖2，本實(shí)用新型首先提供了 ー種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架，該機(jī)架包括用于存放兩只一致性很好的獨(dú)立機(jī)芯的存放腔21，這兩個(gè)存放腔21對(duì)稱(chēng)設(shè)置在機(jī)架內(nèi)部。這兩只一致性很好的獨(dú)立機(jī)芯采用螺紋連接的方式與下殼體架17固為一體，為防止螺紋松動(dòng)，又在機(jī)芯的上部加一防松動(dòng)壓緊螺板22，從而保證了夾持方式上的可靠性，由于兩只一致性很好的獨(dú)立機(jī)芯對(duì)稱(chēng)放于下殼體架17的左右室,機(jī)芯一致性很好和對(duì)稱(chēng)放置，使得機(jī)電轉(zhuǎn)換品質(zhì)得到了大大提高，從而使得傳感器的信噪比得到較大提高，傳感器的上殼體13和下殼體米用了隔聲材料,這種封閉的隔聲方式,極大的抑制了壓電對(duì)聲干擾的響·應(yīng)，也使得傳感器的信噪比得以提高，信噪比的提高又使得機(jī)芯的靈敏度提高，線(xiàn)性工作頻帶變寬，機(jī)芯下部的機(jī)芯磁鐵6與下殼體架17上的下殼體架磁鐵19構(gòu)成ー對(duì)反磁場(chǎng)，起到了對(duì)機(jī)芯限位作用，從而防止機(jī)芯過(guò)沖時(shí)壓電片被損壞。本實(shí)用新型還提供了ー種物性型彎曲壓電加速度傳感器，包括圖2所示的機(jī)架以及圖I所示設(shè)置在機(jī)架內(nèi)部的機(jī)芯。包括兩只一致性很好的獨(dú)立機(jī)芯，機(jī)芯主要包括壓緊螺環(huán)I、間隔墊2、絕緣內(nèi)襯3、機(jī)芯架4、壓電陶瓷片5、機(jī)芯磁鐵6、中心軸7、導(dǎo)電片8、導(dǎo)電片9、絕緣片10、中心緊固螺母11、絕緣外套12，相互間位置關(guān)系如圖I所示中心軸7、導(dǎo)電片8、9、中心緊固螺母11都成為配重體，壓電陶瓷片5可以是一片或多片組合，同時(shí)，機(jī)芯架4鑲有絕緣內(nèi)襯3，中心軸7與絕緣外套12固為一體，ー個(gè)左右対稱(chēng)性很好的下殼體架17，在機(jī)芯的下端與下殼體架17上裝有一對(duì)反極性磁鐵(機(jī)芯磁鐵6以及下殼體架磁鐵19)。機(jī)電轉(zhuǎn)換元件主要指壓電陶瓷片5，也可以是壓電晶體片。下殼體架17為金屬材料，外表面包有隔聲工程材料的下殼體16,并在下殼體底部鑲有金屬螺母20,下殼體架17上的螺紋底孔粘貼隔聲材料18，機(jī)芯通過(guò)螺紋與下殼體架17連接成為一體，并在機(jī)芯的頂部加有防松動(dòng)壓緊螺板22。上殼體13是工程塑料制成，其上有一定數(shù)量的連接孔，還有ー個(gè)可放置0型密封圈14的槽。間隔墊2為絕緣材料，導(dǎo)電片8、9為銅材。機(jī)芯架4為鋁材，并在其內(nèi)孔中鑲有絕緣內(nèi)襯3，中心軸7為銅材，并在其外徑包有高硬度的絕緣外套12，中心緊固螺母11為銅材。壓電傳感器的機(jī)電轉(zhuǎn)換器件是壓電陶瓷制成的，通過(guò)壓電片的微小變形完成了信號(hào)采集，而這種微小形變恰恰是物性型傳感器的一大優(yōu)勢(shì)，這種物性型彎曲壓電傳感器具有線(xiàn)性工作頻帶寬，靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)都是獲取大信息量的必要條件，而評(píng)價(jià)任何一種傳感器品質(zhì)的ー個(gè)重要參數(shù)就是信噪比，ー種具有信高信噪比的傳感器，一定是ー種優(yōu)質(zhì)的傳感器，而用于エ業(yè)化地震勘探的傳感器，同時(shí)對(duì)傳感器抗沖擊能力也有較高要求。本實(shí)用新型的傳感器機(jī)電轉(zhuǎn)換過(guò)程由壓電片完成，壓電片可由兩個(gè)壓電陶瓷片與ー個(gè)銅基片粘貼而成，也可以由1/2個(gè)壓電陶瓷片和ー個(gè)銅基片粘貼而成，機(jī)芯架4、絕緣內(nèi)襯為3 —體，壓電片的基片上下之間有絕緣間隔墊2，壓緊螺環(huán)1，通過(guò)壓緊螺環(huán)I與機(jī)芯架4螺紋連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)銅基片的夾持作用。壓電中心孔穿入中心軸7，壓電片之間有導(dǎo)電片8，9，其中導(dǎo)電片9、中心緊固螺母11之間是絕緣墊10，通過(guò)中心緊固螺母11與中心軸7螺紋連接實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電片中心夾持作用。慣性體由中心軸7、磁鐵6、導(dǎo)電片8，9、絕緣墊片10，中心緊固螺母11連接而成，本實(shí)用新型是組成這種壓電傳感器的基本機(jī)芯単元，當(dāng)需要不同的靈敏度時(shí)，可通過(guò)增加或減少壓電片的數(shù)量實(shí)現(xiàn)，機(jī)芯完成后，可裝入下殼體架16內(nèi)，壓緊螺板22實(shí)現(xiàn)機(jī)芯和下殼體架17的鎖緊作用，起到了增強(qiáng)抗沖擊的能力，下殼體架17外表面注有隔音效果較好的型料下殼體殼16,上殼體13由隔音效果較好的塑料制成,上殼體、下殼體殼16之間通過(guò)多個(gè)螺絲連接，并在兩者的結(jié)合面上安裝密封圈14，這樣使得傳感器機(jī)芯處于ー種全封閉隔 音狀態(tài)，達(dá)到抑制聲音效果，提高信噪比作用，下殼體架內(nèi)裝有磁鐵19，可與機(jī)芯下部磁鐵6構(gòu)成一對(duì)反磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)機(jī)芯的慣性體上磁鐵6發(fā)生位移時(shí),磁鐵19將會(huì)限制磁鐵6的位移度，從而起到了保護(hù)壓電片由于變形過(guò)大損壞的效果。參見(jiàn)圖3，本實(shí)用新型在上殼體上還設(shè)置有防水帽23，該防水帽23與上殼體13通過(guò)螺紋連接，并裝有密封圈，實(shí)現(xiàn)了傳感器封閉防水作用。本實(shí)用新型涉及ー種物性型彎曲壓電加速度傳感器，其系統(tǒng)主要包括兩只一致性很好的機(jī)芯，ー套上下殼體，上殼體為隔聲效果較好的絕緣材料制成，下殼體由下殼體殼和下殼體架構(gòu)成，且下殼體架上有兩個(gè)左右対稱(chēng)性很好的螺紋連接孔，用干與兩個(gè)機(jī)芯固定連接，上面所述的機(jī)芯具有獨(dú)立完成機(jī)電裝換的性能，且非常緊湊合理，下殼體的殼為隔聲效果較好的絕緣材料制成，下殼體架由剛性很好的金屬材料制作，兩者通過(guò)注塑牢牢成為一體，上下殼體通過(guò)鑲嵌螺母牢牢壓緊密封圈，起到防水和固連作用，上殼體的防水帽為引出線(xiàn)防水起到作用，同時(shí)下殼體架上鑲有ー塊與機(jī)芯上相反磁極的磁塊，起到防止機(jī)芯過(guò) 沖時(shí)損壞壓電陶瓷片的效果，整個(gè)殼體構(gòu)成ー個(gè)隔聲的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。解決了背景技術(shù)低，系統(tǒng)組合后夾持受カ不均，機(jī)芯位置引起的対稱(chēng)性不好，系統(tǒng)抑噪差的技術(shù)問(wèn)題。
權(quán)利要求1.ー種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架，其特征在于所述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架包括上殼體以及與上殼體固定連接的下殼體；所述下殼體內(nèi)對(duì)稱(chēng)設(shè)置有兩個(gè)用于存放電加速度傳感器機(jī)芯的存放腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架，其特征在于所述下殼體包括下殼體殼以及設(shè)置在下殼體殼內(nèi)部的下殼體架；所述存放腔設(shè)置在下殼體架內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架，其特征在于所述存放腔包括設(shè)置在與電加速度傳感器機(jī)芯接觸面上的隔音墊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架，其特征在于所述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架還包括設(shè)置在上殼體和下殼體之間的密封圏。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架，其特征在于所述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架還包括與上殼體固定連接的防水帽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架，其特征在于所述上殼體和下殼體均是由隔聲材料制成的。
7.—種物性型彎曲壓電加速度傳感器，其特征在于所述物性型彎曲壓電加速度傳感器包括權(quán)利要求1-6任ー權(quán)利要求所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器的機(jī)架以及設(shè)置在機(jī)架內(nèi)部的機(jī)芯；所述機(jī)芯左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置在機(jī)架的存放腔中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器，其特征在于所述機(jī)芯包括機(jī)芯架以及設(shè)置在機(jī)芯架內(nèi)部的弾性振動(dòng)系統(tǒng)；所述彈性振動(dòng)系統(tǒng)包括配重體、設(shè)置在配重體低部的慣性體以及套接在配重體上的機(jī)電轉(zhuǎn)換元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器，其特征在于所述配重體包括中心軸、絕緣外套、導(dǎo)電片、絕緣片以及中心緊固螺母；所述絕緣外套包裹在中心軸的外表面；所述導(dǎo)電片套接在中心軸上并與機(jī)電轉(zhuǎn)換元件緊密接觸；所述中心緊固螺母通過(guò)絕緣片固定導(dǎo)電片和機(jī)電轉(zhuǎn)換元件并與中心軸的上端部固定連接；所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是壓電陶瓷片或壓電晶體片；所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是壓電陶瓷片時(shí)，所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是由兩個(gè)壓電陶瓷片與ー個(gè)銅基片粘貼而成或由1/2個(gè)壓電陶瓷片和ー個(gè)銅基片粘貼而成；所述慣性體是機(jī)芯磁鐵，所述機(jī)芯磁鐵設(shè)置在中心軸底部；所述慣性體上鑲有機(jī)芯磁鐵時(shí)，所述下殼體架上設(shè)置有與機(jī)芯磁鐵位置相對(duì)并與機(jī)芯磁鐵的磁場(chǎng)相反的下殼體架磁鐵。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器，其特征在于所述機(jī)芯還包括設(shè)置在機(jī)芯架內(nèi)表面的絕緣內(nèi)襯；所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是一片或多片；所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是多片時(shí)，所述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯還包括壓緊螺環(huán)以及用于隔離機(jī)電轉(zhuǎn)換元件銅基片的絕緣間隔墊；所述絕緣間隔墊外徑附著在機(jī)芯架內(nèi)壁上；所述壓緊螺環(huán)直接作用于絕緣間隔墊上并與機(jī)芯架固定連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架及其傳感器，該機(jī)架包括上殼體以及與上殼體固定連接的下殼體；下殼體內(nèi)對(duì)稱(chēng)設(shè)置有兩個(gè)用于存放電加速度傳感器機(jī)芯的存放腔。本實(shí)用新型提供了一種靈敏度高、線(xiàn)性工作頻帶寬、抗沖擊載荷能力強(qiáng)、對(duì)聲干擾抑制能力強(qiáng)、信噪比高以及對(duì)壓電片進(jìn)行有效保護(hù)的物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)架及其傳感器。
文檔編號(hào)G01P15/09GK202433403SQ20112053444
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者朱俚蒽 申請(qǐng)人:朱俚蒽