[發明專利]一種壓電式噪聲傳感器探頭

在審

• 申請號: 202010718554.0
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111829648A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 徐興燁;宋爾冬;孫立凱;王輝;蘇琳惠;畢佳宇;邵志強;孫志強;蘭昕昊;趙海
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十九研究所
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 董玉嬌

一種壓電式噪聲傳感器探頭，屬于航天傳感器技術領域。解決了現有的壓電式噪聲傳感器存在測量誤差大、結構復雜的問題。本發明包括圓筒形殼體、上蓋、下蓋、兩個敏感芯體組件、基座、螺桿和振膜；振膜對圓筒形殼體的上端面進行密封，且振膜位于上蓋下方；兩個敏感芯體組件、基座和螺桿均位于圓筒形殼體內；兩個敏感芯體組件分別位于基座的上方和下方，并相對于基座鏡像設置；外界噪聲通過上蓋作用到振膜上，振膜在外界噪聲作用下的運動使聲敏感組件因壓電效應產生電荷；外界振動使聲敏感組件和補償組件因壓電效應產生電荷，二者產生的電荷極性相反，實現補償組件對聲敏感組件在外界振動情況下的補償。本發明主要應用于航天傳感器技術領域。

技術領域

本發明涉及一種壓電式噪聲傳感器探頭，屬于航天傳感器技術領域。

背景技術

美國NASA的一項調查研究表明，發射后的飛行器故障近50％是由發射階段的振動、沖擊和噪聲載荷引起的。因此，必須對飛行器在發射及飛行時的外噪聲進行測量。測量結果可以為飛行器的故障分析提供依據，用于構建飛行器的健康監測系統，使飛行器的結構設計得到優化。

飛行器在高速飛行過程中會與大氣相互作用，在其表面附近會形成湍流邊界層，從而在飛行器外表層產生強大的空氣脈動壓力場，所誘發的氣動噪聲場是一種在空間上非均勻分布的、在時間上隨機分布的、具有寬帶頻率分量的高聲強聲場。該聲場會在飛行器的內外部產生結構噪聲，該噪聲聲場反作用于飛行器，使飛行器內外產生高聲壓級噪聲的惡劣動力學環境。同時，因飛行器在飛行過程中的空氣摩擦和結構振動，噪聲參數的測量往往要面臨高溫振動環境。所以，要求噪聲傳感器具有高聲壓級測量、耐高溫、抗振動等特點。

噪聲傳感器一般有電容式、駐極體式、硅壓阻式、光纖式、壓電式等。其中，電容式噪聲傳感器應用電路復雜，成本較高，且受飛行器飛行過程中的氣壓變化影響較大。駐極體式噪聲傳感器抗溫、濕能力較弱、在一些條件下會出現電荷丟失現象，無法在高溫環境下工作。硅壓阻式噪聲傳感器在工作溫度超過125℃時，由于應變電阻與襯底間的p-n結漏電加劇，導致p-n結失效，使傳感器不能滿足實際應用需要。光纖式噪聲傳感器工作溫度高，但其內部結構決定沖擊和振動環境會對其輸出信號的準確性造成較大影響。

現有的壓電式噪聲傳感器的最大工作溫度在260°，可測量最大聲壓級100dB左右，存在工作溫度范圍窄，不適用于更高溫的環境，可測最大聲壓級低的問題，不適用于在更高溫及振動等惡劣環境下使用，還存在測量誤差大，結構復雜的問題，因此，以上問題亟需解決。

發明內容

本發明目的是為了解決現有的壓電式噪聲傳感器存在測量誤差大、結構復雜的問題，本發明提供了一種壓電式噪聲傳感器探頭。

一種壓電式噪聲傳感器探頭，所述噪聲傳感器探頭為全封閉結構，噪聲傳感器探頭包括圓筒形殼體、上蓋、下蓋、兩個敏感芯體組件、基座、螺桿和振膜；

上蓋旋擰在圓筒形殼體上部端口的側壁上，通過振膜對圓筒形殼體的上端面進行密封，且振膜位于上蓋下方；上蓋上設有多個通孔，該通孔用于傳導噪聲；

下蓋蓋合在圓筒形殼體下部端口上，且下蓋上設有引線口；

兩個敏感芯體組件、基座和螺桿均位于圓筒形殼體內；

基座為圓環形柱體，圓環形柱體的外壁面與圓筒形殼體的內壁面螺紋連接，基座上布設有多個束線孔；

螺桿在豎直方向上貫穿圓環形柱體，并與圓環形柱體的內壁面螺紋連接；

兩個敏感芯體組件分別位于基座的上方和下方，并相對于基座鏡像設置，兩個敏感芯體組件均套在螺桿上，并與螺桿螺紋連接；其中，位于基座上方的敏感芯體組件的上端面擠壓振膜，使振膜頂起，且被頂起的振膜與上蓋間存在間距；

位于基座上方的敏感芯體組件作為聲敏感組件，位于基座下方的敏感芯體組件作為補償組件；螺桿的頂端面低于聲敏感組件的上端面；