[實用新型]一體化設計的方向性傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420166867.X
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN203771042U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設計）人: 郭改枝;李樹華;張鵬舉;俞宗佐;戚桂美
• 申請（專利權）人: 內蒙古師范大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06;G01H11/08
• 代理公司: 呼和浩特北方科力專利代理有限公司 15100
• 代理人: 王社

技術領域

本實用新型涉及一種傳感器，特別指一種一體化設計的方向性傳感器。

背景技術

從物理定義而言，振幅和頻率上完全無規(guī)律的震蕩稱之為噪聲。從環(huán)境保護角度而論，凡是人們所不需要的聲音統(tǒng)稱為噪聲。從地下管道漏水來說，也可以認為除泄露點處泄漏聲以外的周圍其他任何音頻聲均可稱為噪聲。噪聲的顯著特點是無污染物存在、不產生能量積累、時間有限、傳播不遠、振動源停止振動噪聲消失、不能集中治理。噪聲主要來源于交通工具、工廠機器設備、建筑施工和人們的社會活動等通過地表或空氣等介質的直射、反射、透射等方式傳輸到泄露點。而泄露點周圍的噪聲源來源復雜，可能是產生球形聲波或類球形波的聲源的點聲源，或者是產生柱狀聲波或類柱狀波的聲源的線聲源，或者是產生平面聲波或類平面聲波的聲源的面聲源，而大多數情況下噪聲往往是多種聲源的復雜組合。噪聲在泄露點的來源方向呈現多樣性。因此，采用方向性傳感器是系統(tǒng)前端降低噪聲干擾的有效手段。由于管道破裂的漏水聲是通過振動沿管道或管道周圍介質向四周傳播，而傳感器探頭一般是垂直地表或管道外壁放置，因此漏水振動聲沿著與探頭底部表面垂直方向傳播。選用一體化方向性傳感器(即在垂直方向的接收靈敏度遠大于其它方向的靈敏度)，利用其空間特性就可降低其他方向噪聲的接受靈敏度，這樣在信號接收階段就對噪聲進行了抑制，提高了信噪比。壓電陶瓷片的壓電效應具有明顯的方向性，由于壓電陶瓷片徑向尺寸遠大于其厚度，因此徑向振動和剪切振動可以忽略，其絕大部分振動能量都沿垂直軸方向傳播，滿足方向性傳感器的功能要求。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一體化設計的方向性傳感器，這種傳感器主要用在地下管道漏水探測定位儀的前端，進行對地下管道漏水聲信號的采集。

本實用新型要解決的技術問題由如下方案來實現：一體化設計的方向性傳感器，呈圓筒狀，由上下兩部分鋁合金外殼螺紋連接而成，上部分內設有內屏蔽放大器；下部分內設有重力錘和壓電陶瓷片，頂部中間開螺紋扣用于固定連接電纜線；底部中間開螺紋扣用于固定連接聽音桿。

本實用新型還包括如下方案：所述重力錘呈圓臺狀，頂部中間開螺紋扣用于固定連接信號線。所述聽音桿一端呈圓錐狀尖頭，一端是螺紋接頭。所述內屏蔽放大器由表貼元件及四層PCB板微縮后嵌入到鋁合金外殼中。

本傳感器由于壓電陶瓷片輸出電壓微弱(一般在毫伏級)，必須加放大器，本傳感器將方向性傳聲器進行采用一體化設計，即將壓電陶瓷片和放大電路共同設計在一個鋁制的探頭內，這樣的結構特點是既屏蔽了外界干擾噪聲信號，又放大了有效漏水信號，使得前端信號采集的信噪比得到提高。

本傳感器的特點是壓電陶瓷片材料組成及重力錘形狀、質量對頻率和噪聲的影響。具有良好的軸向振動方向的壓電陶瓷片是方向傳感器的關鍵，選用高靈敏度的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片，它的居里點在300℃以上，性能穩(wěn)定，具有很高的介電常數和壓電常數(縱向壓電常數可以達到500×10^-12C/N)電阻率(Ω.m)＞10¹⁰。

重力錘的底部應平整光滑，可減少壓電陶瓷片振動能量的損失，材質選比重大銅質可抑制高頻噪聲。

本傳感器中內屏蔽放大器由表貼元件及四層PCB板微縮后嵌入到鋁合金外殼中。

本實用新型的優(yōu)點：一體化設計的方向性傳感器將信號采集、放大部件均裝入鋁合金外殼的密封盒內，可以有效防止外界各類噪聲干擾、實現了對漏水聲特征信號的有效提取，并為聽漏儀的高精度定位提供了性能優(yōu)良的前端信號采集設備。

附圖說明

圖1為一體化設計的方向性傳感器的主剖圖。

具體實施方式

如圖1所示，一體化設計的方向性傳感器，呈圓筒狀，由上下兩部分鋁合金外殼1、2螺紋連接而成。上部分1內設有內屏蔽放大器3；下部分2內設有重力錘4和壓電陶瓷片5，頂部中間開螺紋扣6用于固定連接電纜線；底部中間開螺紋扣用于固定連接聽音桿7。

重力錘4呈圓臺狀，頂部中間開螺紋扣用于固定連接信號線。所述聽音桿7一端呈圓錐狀尖頭，一端是螺紋接頭。所述內屏蔽放大器3由表貼元件及四層PCB板微縮后嵌入到鋁合金外殼1中。

如圖1所示，本傳感器中鋁合金外殼1、2為空心圓筒狀。圓筒整體高69mm，圓筒直徑47mm，上下兩部分鋁合金外殼1、2的高分別為15mm和54mm。重力錘4上底直徑為20mm；下底直徑為35mm，高度30mm。