專利名稱：一種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬地震勘探技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種地震勘探用傳感器，屬于有源傳感器，尤其涉及一種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯。
背景技術(shù)：
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)專利ZL200820030163. 4公開(kāi)了一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，線性工作頻帶變窄。3、剪切式這類傳感器靠一對(duì)力偶作用于晶片上，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，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)很少批量使用。以上所述的三類傳感都沒(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)芯。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是本實(shí)用新型提供了一種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯，其特殊之處在于所述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯包括機(jī)芯架以及設(shè)置在機(jī)芯架內(nèi)部的彈性振動(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。上述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是壓電陶瓷片或壓電晶體片。上述機(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)壓電陶瓷片和一個(gè)銅基片粘貼而成。[0014]上述慣性體上鑲有機(jī)芯磁鐵時(shí)，所述機(jī)芯磁鐵設(shè)置在中心軸底部。上述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯還包括設(shè)置在機(jī)芯架內(nèi)表面的絕緣內(nèi)襯。上述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是 片或多片。上述機(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機(jī)芯，解決了背景技術(shù)中靈敏度低，線性工作頻帶窄，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，使得線性工作頻帶變寬。3、信噪比高由于壓電片是一個(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一個(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，并且使之成為一種封閉結(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)立單元，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)用新型所提供機(jī)芯的結(jié)構(gòu)示意圖；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。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖I，本實(shí)用新型提供了一種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯，該機(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。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。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)的一個(gè)重要參數(shù)就是信噪比，一種具有高信噪比的傳感器，一定是一種優(yōu)質(zhì)的傳感器，而用于工業(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)壓電陶瓷片與一個(gè)銅基片粘貼而成，也可以由1/2個(gè)壓電陶瓷片和一個(gè)銅基片粘貼而成，機(jī)芯架4、絕緣內(nèi)襯為3 —體，壓電片的銅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)芯單元，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)。
權(quán)利要求1.一種物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯，其特征在于所述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯包括機(jī)芯架以及設(shè)置在機(jī)芯架內(nèi)部的彈性振動(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。
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)芯，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。
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)芯，其特征在于所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是壓電陶瓷片或壓電晶體片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯，其特征在于所述機(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)壓電陶瓷片和一個(gè)銅基片粘貼而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯，其特征在于所述慣性體上鑲有機(jī)芯磁鐵時(shí)，所述機(jī)芯磁鐵設(shè)置在中心軸底部。
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)芯，其特征在于所述物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯還包括設(shè)置在機(jī)芯架內(nèi)表面的絕緣內(nèi)襯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的物性型彎曲壓電加速度傳感器機(jī)芯，其特征在于所述機(jī)電轉(zhuǎn)換元件是一片或多片。
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機(jī)芯，其特征在于所述機(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)芯，該機(jī)芯包括機(jī)芯架以及設(shè)置在機(jī)芯架內(nèi)部的彈性振動(dòng)系統(tǒng)；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。本實(shí)用新型提供了一種靈敏度高、線性工作頻帶寬、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)芯。
文檔編號(hào)G01P15/09GK202362318SQ201120532239
公開(kāi)日2012年8月1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