[發(fā)明專利]對靜態(tài)壓力變化不敏感的信號傳感器

無效

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• 申請日: 1989-12-20
• 公開（公告）號: CN1019444B
• 公開（公告）日: 1992-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 克洛德·博迪塞爾
• 申請（專利權(quán)）人: 法國石油研究所
• 主分類號: H04R17/00
• 分類號: H04R17/00;H04R1/44
• 代理公司: 上海專利事務(wù)所
• 代理人: 傅遠(yuǎn)

本發(fā)明涉及一種信號傳感器，它對置身其中（周圍）的介質(zhì)內(nèi)的靜態(tài)壓力變化不敏感。

這種信號傳感器可以用在希望進(jìn)行聲學(xué)測量的任何介質(zhì)中，特別是水中。例如，在海洋學(xué)中，它適于進(jìn)行水下探測工作或構(gòu)成適用于形成海底地震探測工作的多傳感器接收裝置。

法國專利2122675中揭示了一種包括兩個(gè)圓板的水聽器，兩圓板中至少一個(gè)包括一中央柔性部份，其上固定一個(gè)由壓電陶瓷圓片形成的敏感元件，在圓片的相對兩平面上各連有一個(gè)電極。兩圓板的周緣部分被加固成為剛性的、兩圓板互相貼合在其間形成一個(gè)充滿空氣的內(nèi)腔，所要測量的地震信號的變化使每一柔性中央部分產(chǎn)生形變，敏感元件受壓（彎曲）工作，從而使它具有很高的靈敏度。隨著浸入深度的增加而增大的靜態(tài)壓力，有可能引起例如每一柔性板朝容器內(nèi)部彎曲。該器件設(shè)計(jì)得使柔性板在靜態(tài)壓作用下可能（產(chǎn)生）的形變是可以恢復(fù)的，為此例如這樣選擇兩圓板之間的空隙，這種間距使它們的形變成為不可恢復(fù)（不可逆）之前兩圓板彼此相抵。

這種水聽器只適于某一給定的深度范圍。

把這兩塊相向的圓板加厚，可以增加水聽器工作的深度范圍，但對靈敏度不利，同時(shí)還應(yīng)該指出的是，工作在彎曲狀態(tài)下的每一敏感元件的電容隨著形變的彎曲程度而變化，從而使水聽器的響應(yīng)特性隨著深度而發(fā)生變化。

法國專利1556971揭示了一種水聽器，它包括一個(gè)固定于柔性薄板上的敏感元件。該柔性薄板固定在一剛體上，后者有兩個(gè)充滿空氣的內(nèi)腔，內(nèi)腔由一毛細(xì)管道連通。第一腔室由一柔性膜片與外部介質(zhì)隔開，柔性薄板的外表面暴露于所要測量的壓力下，第二內(nèi)腔中的壓力加在其內(nèi)表面上。外界壓力的變化經(jīng)柔性膜片的形變傳遞至第一內(nèi)室，而毛細(xì)管起低通濾波器的作用，防止所要測量的壓力的動(dòng)態(tài)變化從該薄板的內(nèi)側(cè)傳入第二內(nèi)腔，這樣就可以測量動(dòng)態(tài)壓力變化。

采用了這樣的結(jié)構(gòu)，水聽器能夠工作的深度范圍明顯增大，其范圍基本上由膜片通過形變補(bǔ)償外界靜態(tài)壓力變化的能力所決定。還應(yīng)指出的是，毛細(xì)管的動(dòng)態(tài)變化濾波效應(yīng)取決于其長度，如果希望朝低頻方向盡可能地加寬這種水聽器的通帶，則必須采用很長的毛細(xì)管，實(shí)際上，這種解決方案難以同要制造小型水聽器的結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，例如構(gòu)成地震浮筒時(shí)要使用大量水聽器，所以這種水聽器必須盡可能地小型化。

本發(fā)明的目的是提出一種改進(jìn)的信號傳感器，具有寬廣的頻率帶通并能經(jīng)受較大的靜態(tài)壓力變化，由此可作為特別是水下應(yīng)用場合的壓力傳感器來使用。

本發(fā)明的傳感器避免了上述缺陷。

它包括至少一塊柔性板，一個(gè)固定在該板上的敏感元件，以及一個(gè)使上述柔性板的一面不受介質(zhì)壓力動(dòng)態(tài)變化影響的濾波裝置。在該傳感器中，濾波裝置包括一定量的基本上不可壓縮的吸收材料，用來把介質(zhì)的靜態(tài)壓力的變化傳遞到該表面上。

這種基本上不可壓縮的吸收材料置于例如向介質(zhì)敞開的容器內(nèi)。

這塊基本上不可壓縮的吸收材料由例如所謂合成物質(zhì)形成的硬質(zhì)材料制成的纖維做成，或由用涂有粘結(jié)劑或浸于某種液體中的固體材料（如玻璃）形成的球體來做成。

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的傳感器包括至少一對柔性板，每一柔性板有一敏感元件和基本上不可壓縮的吸收材料，該材料用來使每一柔性板的一個(gè)表面不受介質(zhì)中壓力的動(dòng)態(tài)變化的影響。

柔性板可以是，例如，一種放有阻尼材料并開孔的普通容器的壁，該容器可能包含一個(gè)格柵覆蓋的部分并填充有例如玻璃球。

如果阻尼材料有足夠的凝聚性可以被切成塊，那末本發(fā)明的傳感器可以將至少一塊柔性板及其敏感元件貼在上述阻尼塊的一個(gè)面上來構(gòu)成。

基本上不可壓縮的吸收材料，無論它是固體還是浸漬液體的，由于其適于傳遞介質(zhì)中靜態(tài)壓力的任何變化，所以，每一柔性板的兩相對表面受到同樣的力，這樣，就完全克服了在已有技術(shù)的傳感器中由于介質(zhì)靜態(tài)壓力增加引起的有害效應(yīng)和/或局限性。

因?yàn)椴捎玫奈詹牧匣旧鲜遣豢蓧嚎s的，本發(fā)明的傳感器可以經(jīng)受可能的壓力，這就使得壓電陶瓷的使用成為可能，這種材料相對來說容易碎裂，但粘接至極薄和非常柔軟的板上，具有優(yōu)良的電聲轉(zhuǎn)換效率。

不論選擇哪一種實(shí)施例來形成本發(fā)明的傳感器，結(jié)構(gòu)都比較簡單，這是因?yàn)槲詹牧咸幱谂c外部介質(zhì)同樣的壓力下，甚至在某些情形下，本身浸漬著這種介質(zhì)。密封地隔離傳感器容器的內(nèi)部介質(zhì)時(shí)可能會(huì)遇到的困難在這里得以完全避免。

制作具有小孔并且例如由格柵覆蓋且填有吸收材料的容器是很容易的。這樣，能夠以較低的成本獲得非常敏感的小型傳感器。