錐形塊壓電地聽器的製作方法

2023-09-23 04:12:30

專利名稱:錐形塊壓電地聽器的製作方法
本發明屬於聲學測試器件地聽器(或低頻加速度計)是近年來發展起來的新型傳感器。它主要用於大型工程(如橋梁，海上平臺……)的聲檢測，地下工程和各種機器的聲診斷和各種自然災害(如地震，礦山崩塌，泥石流等)的予測方面。
在發展過程中，由於壓電陶瓷型地聽器結構較簡單，性能穩定、靈敏度較好，因而逐漸居於統治地位。但從主要指標來看，目前已有的地聽器不能滿足高靈敏度和寬帶的需要，即使國際上水平較高的產品(日本，1982年TEAC
/bb，壓電型加速度計;丹麥，BK，Piez-oelectric Accelerometer and Vibration Handbook)也同樣存在這個問題。
本發明的目的在於要研製高靈敏度和較寬頻帶的地聽器，以滿足上述各種目的測試。
為了達到高靈敏度和較寬頻帶的目的，我們除採用晶體的沿厚度的振動方式外。將傳統的柱形質量塊改成錐形塊(圖1中部件2)，然後用高密度高彈性的銅鎢合金代替通常用的銅或鋼一類的材料作質量塊;然後降低壓電陶瓷的電容量，並將它做成一個整體(通常都是多片疊起來)，結果獲得了較高的靈敏度和較寬的頻帶。理論分析表明該地聽器的靈敏度為
其中d33為晶體的壓電常數，M，M1，M2分別是晶體，基座和錐形質量塊的質量，ρ，C，Co，S33分別是晶體的密度，聲速，電容和柔性係數，又其中H = 1 +S1S2+S1S2]]>……(2)S1，S2分別是錐形塊的細端和粗端截面積，地聽器的頻率方程為R2-RCotX(R1CotX1+Rn)-R1RnCotX1＝0……(3)式中X＝2πlf/c，X1＝2πl1f/c1，X2＝2πl2f/c2這裡l，l1，l2分別是晶體，基座和質量塊的高度;C1，C2分別是基座和質量塊的聲速，又R＝ρcs1，R1＝ρ1c1s1，R2＝ρ2c2s2，Rn=R2X2H｛X2- ［ 1 + X22H (1+H ) ］ tgX2(1 + H ) X2- tgX2…………………… (4)]]>以上(3)和(4)用以決定地聽器的共振頻率，即地聽器的高端，而地聽器的低端(即低截止頻率)由下式決定fC=12 π RO(Ca+C1+ CC)(Ca+ C1) CC…………(5)]]>其中Ro為前置放大器的輸入阻抗，Cl為接線電容，Cc為耦合電容(地聽器與前置放大器裝成一個整體，使得地聽器的輸出為低阻抗)。
圖1為本發明的剖面圖。
圖2為本發明的靈敏度和頻響曲線。
本發明的一個具體實施例由圖1給出，其主要部件是用黃銅加工的中心螺釘(1)其直徑最好取3至5毫米;銅鎢合金質量塊(2)，它的比重大於15並做成30°～50°的錐度。鋁質(硬鋁)雙層外殼(3)，雙層殼的目的在於改善隔聲性能;壓電陶瓷環(4)，用PZT-5型陶瓷材料，其電容量一般取100至150PF;前置放大器(5)，前放的設置是為了變換晶體的輸出阻抗，此時還要具有低通濾波性質，其截頻放在1200HZ;底座(7)(用不鏽鋼做成)。也具有錐度，錐度在30°～50°範圍內;絕緣片(8)(用有機玻璃製成);絕緣套管(9)(也用有機玻璃做成);引出線插座(6)，它採用微型插座。
各部件的安裝次序是先把前置放大線路板固定在基座上，然後將陶瓷環，質量塊，絕緣片，由下往上依次疊在基座正中，再將絕緣管放入以上部件的中央孔裡，最後將螺釘從上往下穿入以上部件的中央孔並旋緊在基座的螺絲口內。陶瓷環的上下兩端還有兩片極薄的磷鋼片(0.1毫米厚)做為引出線的極板。兩引出線分別接入前置放大器的輸入端，前放的輸出接到引出線插座上，最後將隔聲外罩旋緊在基座上。裝配完畢。
由於本發明採用了錐形質量塊代替通用的園柱形質量塊;用高密度高彈性的銅鎢合金代替通用的銅或鋼;用雙層外殼代替了通用的單層殼同時採用了合理的陶瓷靜態電容，在工藝上保證各接觸面的光滑和平整因而具備了靈敏度高，頻響寬以及隔聲性能好的特點。
圖2是地聽器的頻響和靈敏度特性曲線。其中Ⅰ代表錐形塊地聽器Ⅱ代表丹麥BK公司8306型加速度計。前者的靈敏度是18V/g，後者靈敏度是10V/g，兩條曲線的測試是用丹麥BK公司生產的大型標準振動臺測量的，為了保持同一條件，將兩個頭子同時放置振動臺的中心位置上，然後逐點測量。
權利要求
1.一種用晶體的厚度振動方式做成的壓電地聽器。其特點在於它含有一個銅鎢合金的質量塊(2)，壓電陶瓷環(4)，中心螺釘(1)和雙層外殼(3)所組成的水聽器。
2.按照權利1所說的地聽器，其特徵在於所說的質量塊(2)，其錐度最佳值是30°～50°，其比重不低於15。
3.按照權利要求
1所說的地聽器，其特點在於所說的壓電陶瓷環(4)的電容量在100至150PF。
4.按照權利要求
1所說的地聽器，其特徵在於所說的中心螺釘(1)其直徑的最佳尺為3至5毫米。
專利摘要
本發明提出了一種新型的壓電陶瓷地聽器。它大大地提高了地聽器的品質指標。它的特點在於採用了圓錐形質量塊代替通常的圓柱質量塊，採用了高密度，高彈性的銅鎢合金代替通用的銅或鋼。此外採用了更合理的壓電陶瓷靜態電容量。在隔聲處理上用雙層隔聲罩代替通用的單層罩；在工藝上提高了部件間接觸的平整和光隙，結果獲得了高的靈敏度和較寬的通頻帶，並獲得較好的隔聲特性。
文檔編號H04R1/00GK85100713SQ85100713
公開日1986年8月27日 申請日期1985年4月1日
發明者田時秀 申請人:中國科學院聲學研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan