專利名稱:錐形塊壓電地聽器的制作方法
本發(fā)明屬于聲學(xué)測試器件地聽器(或低頻加速度計)是近年來發(fā)展起來的新型傳感器。它主要用于大型工程(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(zāi)害(如地震，礦山崩塌，泥石流等)的予測方面。
在發(fā)展過程中，由于壓電陶瓷型地聽器結(jié)構(gòu)較簡單，性能穩(wěn)定、靈敏度較好，因而逐漸居于統(tǒng)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(chǎn)品(日本，1982年TEAC
/bb，壓電型加速度計;丹麥，B&K，Piez-oelectric Accelerometer and Vibration Handbook)也同樣存在這個問題。
本發(fā)明的目的在于要研制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，我們除采用晶體的沿厚度的振動方式外。將傳統(tǒng)的柱形質(zhì)量塊改成錐形塊(圖1中部件2)，然后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(zhì)量塊;然后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(jié)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(shù)，M，M1，M2分別是晶體，基座和錐形質(zhì)量塊的質(zhì)量，ρ，C，Co，S33分別是晶體的密度，聲速，電容和柔性系數(shù)，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＝2πl(wèi)f/c，X1＝2πl(wèi)1f/c1，X2＝2πl(wèi)2f/c2這里l，l1，l2分別是晶體，基座和質(zhì)量塊的高度;C1，C2分別是基座和質(zhì)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?jīng)Q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(fā)明的剖面圖。
圖2為本發(fā)明的靈敏度和頻響曲線。
本發(fā)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(zhì)量塊(2)，它的比重大于15並做成30°～50°的錐度。鋁質(zhì)(硬鋁)雙層外殼(3)，雙層殼的目的在于改善隔聲性能;壓電陶瓷環(huán)(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(shè)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(zhì)，其截頻放在1200HZ;底座(7)(用不銹鋼做成)。也具有錐度，錐度在30°～50°范圍內(nèi);絕緣片(8)(用有機玻璃制成);絕緣套管(9)(也用有機玻璃做成);引出線插座(6)，它采用微型插座。
各部件的安裝次序是先把前置放大線路板固定在基座上，然后將陶瓷環(huán)，質(zhì)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里，最后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(nèi)。陶瓷環(huán)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，最后將隔聲外罩旋緊在基座上。裝配完畢。
由于本發(fā)明采用了錐形質(zhì)量塊代替通用的園柱形質(zhì)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采用了合理的陶瓷靜態(tài)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B&K公司8306型加速度計。前者的靈敏度是18V/g，后者靈敏度是10V/g，兩條曲線的測試是用丹麥B&K公司生產(chǎn)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，然后逐點測量。
權(quán)利要求
1.一種用晶體的厚度振動方式做成的壓電地聽器。其特點在于它含有一個銅鎢合金的質(zhì)量塊(2)，壓電陶瓷環(huán)(4)，中心螺釘(1)和雙層外殼(3)所組成的水聽器。
2.按照權(quán)利1所說的地聽器，其特征在于所說的質(zhì)量塊(2)，其錐度最佳值是30°～50°，其比重不低于15。
3.按照權(quán)利要求
1所說的地聽器，其特點在于所說的壓電陶瓷環(huán)(4)的電容量在100至150PF。
4.按照權(quán)利要求
1所說的地聽器，其特征在于所說的中心螺釘(1)其直徑的最佳尺為3至5毫米。
專利摘要
本發(fā)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(zhì)指標。它的特點在于采用了圓錐形質(zhì)量塊代替通常的圓柱質(zhì)量塊，采用了高密度，高彈性的銅鎢合金代替通用的銅或鋼。此外采用了更合理的壓電陶瓷靜態(tài)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(jié)果獲得了高的靈敏度和較寬的通頻帶，并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(fā)明者田時秀 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan