CN106932817B - 一种综合检测地声-水声信号的压电传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种综合检测地声‑水声信号的压电传感器，包括密闭的四方壳体，四方壳体为腔体结构，四方壳体内部设置有惯性质量球；四方壳体首尾相连的四个侧壁上均嵌设有压电陶瓷片组，四方壳体上与四个侧壁相连的其中一个前端面上设置有电荷放大器；电荷放大器用于接收并放大压电陶瓷组产生的电信号并输出电信号至外部采集设备；压电陶瓷片组包括第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；第一压电陶瓷片靠近侧壁的外侧；第二压电陶瓷片靠近侧壁的内侧；第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片之间为密封的空腔结构。本发明可同时感应接收海洋中振动目标产生的沿海底传播的地震波信号和通过海水传播的声压信号。
Description
技术领域
本发明属于传感器领域，具体涉及一种综合检测地声-水声信号的压电传感器。
背景技术
目前，检测地震波产生的地声信号多采用动圈检波器、压电式万向检波器、MEMS地震检波器等传感器，检测水声信号则采用水听器。海洋中的振动目标能同时产生地声和水声信号，使得检测设备的成本增加、设备复杂，目前常采用的地声-水声双检检波器，只是将陆用检波器和水听器简单、机械地组合在一起，成本并没有因此而减少，且设备体积较大。同时此种检波器接收的信号波片面，无法保证其准确性。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种综合检测地声-水声信号的压电传感器，可同时感应接收海洋中振动目标产生的沿海底沿三维坐标轴传播的地震波信号和通过海水传播的声压信号。
本发明提供了一种综合检测地声-水声信号的压电传感器，其特征在于：它包括密闭的四方壳体和电荷放大器，四方壳体为腔体结构，四方壳体内部设置有惯性质量球；四方壳体至少四个面上嵌设有压电陶瓷片组，电荷放大器用于接收放大压电陶瓷片组产生的电信号并输出电信号至外部检测设备；每个压电陶瓷片组包括同轴放置的第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；第一压电陶瓷片靠近侧壁的外侧，第二压电陶瓷片靠近侧壁的内侧，惯性质量球受到振动后产生位移引起第二压电陶瓷片形变，用于感应地声信号；第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片之间形成密封的空腔结构，当第一压电陶瓷片受到水压作用后产生形变，感应水声信号。
所述四方壳体内部填充有硅油，抑制外部噪声。
所述惯性质量球与四方壳体之间存在间隙。
所述设有压电陶瓷片组的四方壳体的面上均嵌设有环形的金属骨架，第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片分别设置于金属骨架的两侧，第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片分别通过硅胶实现与金属骨架的两侧密封连接，金属骨架与第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片配合形成所述的空腔结构。
所述四方壳体外侧包覆有橡胶套。
所述橡胶套内部设置有翻线盘，外部接线穿连于翻线盘上；外部接线一端与电荷放大器电连接，外部接线的另一端与外部检测设备电连接。
所有压电陶瓷片组中的第二压电陶瓷片相互串联并与电荷放大器电连接；所有压电陶瓷片组中的第一压电陶瓷片相互并联的方式连接并与电荷放大器电连接。
所述四方壳体为四方壳体，四方壳体包括四个侧壁和两个端面；四个侧壁上均设置有压电陶瓷片组。
所述电荷放大器设置于四方壳体其中一个端面上。
本发明在四方壳体的四个侧壁上设置压电陶瓷片组，有效接收来自多个面的水底信号。本发明可同时感应接收海洋中振动目标产生的沿海底传播的地震波信号和通过海水传播的声压信号，四方壳体靠近内侧侧壁的第二压电陶瓷片可感应地震动引起的地震波信号，每个面具有相同的接收效果；四方壳体侧壁上位于外侧的第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片配合形成的空腔结构可感应水中的声压变化，感应、接收水声信号。多个第一压电陶瓷片并联，多个第二压电陶瓷片串联，形成各个面信号的叠加，减少了硬件的设置。第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片串联的并接，实现的地声和水声信号的联合检测。四方壳体内部填充的硅油提供了适当的阻尼，对部分外部噪声有较好地抑制作用；压电陶瓷片组产生正比于被测物理量的电荷量，具有较好的线性度，且电荷放大器在前端放大信号，利于信号远距离、低损耗传输；本发明具有较宽的接收带宽，可达5-400Hz，兼顾接收高低频信号。本发明专利结构简单、压电陶瓷片灵敏度高、可靠性好、水陆两用、使用方便。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明局部示意图；
图3是本发明剖视图示意图；
其中，1-四方壳体，2-压电陶瓷片组，21-第一压电陶瓷片，22-第二压电陶瓷片，3-侧壁，31-圆形通孔，32-缺口，4-端面，5-金属骨架，6-电荷放大器，7-惯性质量球，8-翻线盘，9-橡胶套，10-外部接线。
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，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明提供了一种综合检测地声-水声信号的压电传感器，其特征在于：它包括密闭的四方壳体1，四方壳体1为四方壳腔体结构，四方壳体1内部设置有惯性质量球7；所述惯性质量球7为金属球。四方壳体1首尾相连的四个侧壁3上均嵌设有压电陶瓷片组2，四方壳体1上与四个侧壁3相连的其中一个端面4上设置有电荷放大器6；电荷放大器6用于接收放大压电陶瓷组产生的电信号并输出电信号至外部采集设备；压电陶瓷片组2包括第一压电陶瓷片21和第二压电陶瓷片22；第一压电陶瓷片21靠近侧壁3的外侧；第二压电陶瓷片22靠近侧壁3的内侧，惯性金属球受到振动后产生位移引起第二压电陶瓷片22形变，用于感应地声信号；第一压电陶瓷片21和第二压电陶瓷片22之间形成密封的空腔结构，第一压电陶瓷片21受到水压作用后产生形变,感应水声信号。
所述四方壳体1内部填充有硅油，提供阻尼，抑制外部噪声。
所述四方壳体1与惯性质量球7之间留有合适的间隙，既保证惯性质量球7受到振动后能产生位移引起第二压电陶瓷片22形变，又保证惯性质量球7对第二压电陶瓷片22的冲击不至于过大，从而避免损坏第二压电陶瓷片22。
所述四个侧壁3上均嵌设有环形的金属骨架5，第一压电陶瓷片21和第二压电陶瓷片22分别设置于金属骨架5的两侧，第一压电陶瓷片21和第二压电陶瓷片22分别通过硅胶实现与金属骨架5的两侧密封连接，保证第一压电陶瓷片21和第二压电陶瓷片22形成密封的空腔，保证检测信号的精确度。侧壁3上设置有用于嵌设金属骨架5的圆形通孔31，圆形通孔31的边缘设置有缺口32，便于安装时卡设金属骨架5。金属骨架5通过螺钉实现与侧壁3的固定连接。金属骨架5安装完成后用橡胶封闭缺口32，保证四方壳体1的整体密闭性。
所述四方壳体1外侧包覆有一层聚氨酯的橡胶套9，其不仅便于陆地的放置，在水中拖拽时亦有较小的阻力，牢固可靠，对内部元件密封效果好，有效避免了漏水、漏电，且具有较好的抗冲击能力。压电传感器水平放置于地面，惯性质量球与第二压电陶瓷片相接触，通过接收地声振动发生位移，惯性质量球压迫第二压电陶瓷片使其发生形变，第二压迫陶瓷片将产生的电信号通过电荷放大器传输至外部设备，实现地声信号检测。压电传感器放置于海底时，往往为倾斜放置，多个第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片形成的空腔结构全面三维体系中多个面的水声信号，保证水声信号的充分接收；惯性质量球通过接受地声振动发生位移从而压迫多个第二压电陶瓷片，相互串联的第二压电陶瓷片实现地声信号的叠加检测。第一压电陶瓷片组合第二压电陶瓷片组并接，这种连接方式较好地保证了对水声和地声信号的联合检测.
所述橡胶套9内部设置有翻线盘8，外部接线10穿连于翻线盘8上；翻线盘8有效稳定外部接线10，翻线盘8并不与四方壳体1连接。外部接线10一端与电荷放大器6电连接，外部接线10的另一端与外部检测设备电连接。翻线盘8很好的保证了外部接线10在外部拉力的作用下不会与内部连线之间断开。
所述四片第二压电陶瓷片22相互串联并与电荷放大器6电连接，实现信号的合并，通过求取四片第二压电陶瓷片22的和获得准确的地声信号。所述于四片第一压电陶瓷片21相互并联的方式连接并与电荷放大器6电连接，四片第一压电陶瓷片21分别获取四个面对应的水声信号。这种连接方式有效保证了对水声和地声信号的检测。只测量陆地振动信号时，只需要将传感器水平放置即可；只测量水声信号时，将其固定悬浮于水中即可；地声-水声信号综合检测时，将其置于海底即可，能够很灵敏地检测到海洋中振动目标激发的地声和水声信号。电荷放大器6利于接收信号的远距离传输。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种综合检测地声-水声信号的压电传感器，其特征在于：它包括密闭的四方壳体(1)和电荷放大器(6)，四方壳体(1)为腔体结构，四方壳体(1)内部设置有惯性质量球(7)；所述四方壳体(1)为四方壳体，四方壳体包括四个侧壁(3)和两个端面(4)；四个侧壁上均设置有压电陶瓷片组(2)；电荷放大器(6)用于接收放大压电陶瓷片组产生的电信号并输出电信号至外部检测设备；每个压电陶瓷片组(2)包括同轴放置的第一压电陶瓷片(21)和第二压电陶瓷片(22)；第一压电陶瓷片(21)靠近侧壁(3)的外侧；第二压电陶瓷片(22)靠近侧壁(3)的内侧，惯性质量球受到振动后产生位移引起第二压电陶瓷片(22)形变，用于感应地声信号；第一压电陶瓷片(21)和第二压电陶瓷片(22)之间形成密封的空腔结构，第一压电陶瓷片(21)受到水压作用后产生形变，以感应水声信号。
2.根据权利要求1所述的综合检测地声-水声信号的压电传感器，其特征在于四方壳体(1)内部填充有硅油抑制外部噪声。
3.根据权利要求2所述的综合检测地声-水声信号的压电传感器，其特征在于惯性质量球(7)与四方壳体(1)之间存在间隙。
4.根据权利要求1所述的综合检测地声-水声信号的压电传感器，其特征在于设有压电陶瓷片组(2)的四方壳体的面上均嵌设有环形的金属骨架(5)，第一压电陶瓷片(21)和第二压电陶瓷片(22)分别设置于金属骨架(5)的两侧，第一压电陶瓷片(21)和第二压电陶瓷片(22)分别通过硅胶实现与金属骨架(5)的两侧密封连接，金属骨架(5)与第一压电陶瓷片(21)和第二压电陶瓷片(22)配合形成所述的空腔结构。
5.根据权利要求1所述的综合检测地声-水声信号的压电传感器，其特征在于四方壳体(1)外侧包覆有橡胶套(9)。
6.根据权利要求5所述的综合检测地声-水声信号的压电传感器，其特征在于橡胶套(9)内部设置有翻线盘(8)，外部接线(10)穿连于翻线盘(8)上；外部接线(10)一端与电荷放大器(6)电连接，外部接线(10)的另一端与外部检测设备电连接。
7.根据权利要求1所述的综合检测地声-水声信号的压电传感器，其特征在于所有压电陶瓷片组(2)中的第二压电陶瓷片(22)相互串联并与电荷放大器(6)电连接；所有压电陶瓷片组(2)中的第一压电陶瓷片(21)相互并联的方式连接并与电荷放大器(6)电连接；第一压电陶瓷片(21)和第二压电陶瓷片(22)连接。
8.根据权利要求1所述的综合检测地声-水声信号的压电传感器，其特征在于电荷放大器(6)设置于四方壳体(1)其中一个端面(4)上。
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