对静态压力变化不敏感的信号传感器制造技术

这里所揭示的信号传感器包括自动补偿其所处的媒质中静态压力变化的装置，包括一个或两个各由位于一柔性板的一个面上的压电元件所形成的机构，该柔性板的另一面由一吸收振动但具有良好柔性的材料使其不受所要测量的动态压力变化的影响，以便传递周围静态压力的任何变化，该材料可以是浸渍液体的多孔泡沫材料或纤维物质，并填入一开孔的管状套筒内。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信号传感器，它对置身其中(周围)的媒质内的静态压力变化不敏感。这种信号传感器可以用在希望进行声学测量的任何媒质中，特别是水中。例如，在海洋学中，它适于进行水下探测工作或构成适用于形成海底地震探测工作的多传感器接收装置。法国专利2122675中揭示了一种包括两个圆板的水听器，两圆板中至少一个包括一中央柔性部份，其上固定一个由压电陶瓷圆片形成的敏感元件，在圆片的相对两平面上各连有一个电极。两圆板的周缘部分被加固成为刚性的、两圆板互相贴合在其间形成一个充满空气的内腔，所要测量的地震信号的变化使每一柔性中央部分产生形变，敏感元件受压(弯曲)工作，从而使它具有很高的灵敏度。随着浸入深度的增加而增大的静态压力，有可能引起例如每一柔性板朝容器内部弯曲。该器件设计得使柔性板在静态压作用下可能、(产生)的形变是可以恢复的，为此例如这样选择两圆板之间的空隙，这种间距使它们的形变成为不可恢复(不可逆)之前两圆板彼此相抵。这种水听器只适于某一给定的深度范围。把这两块相向的圆板加厚，可以增加水听器工作的深度范围，但对灵敏度不利，同时还应该指出的是，工作在弯曲状态下的每一敏感元件的电容随着形变的弯曲程度而变化，从而使水听器的响应特性随着深度而发生变化。法国专利1556971揭示了一种水听器，它包括一个固定于柔性薄板上的敏感元件。该柔性薄板固定在一刚体上，后者有两个充满空气的内腔，内腔由一毛细管道连通。第一腔室由一柔性膜片与外部媒质隔开，柔性薄板的外表面暴露于所要测量的压力下，第二内腔中的压力加在其内表面上。外界压力的变化经柔性膜片的形变传递至第一内室，而毛细管起低通滤波器的作用，防止所要测量的压力的动态变化从该薄板的内侧传入第二内腔，这样就可以测量动态压力变化。采用了这样的结构，水听器能够工作的深度范围明显增大，其范围基本上由膜片通过形变补偿外界静态压力变化的能力所决定。还应指出的是，毛细管的动态变化滤波效应取决于其长度，如果希望朝低频方向尽可能地加宽这种水听器的通带，则必须采用很长的毛细管，实际上，这种解决方案难以同要制造小型水听器的结构相协调，例如构成地震浮筒时要使用大量水听器，所以这种水听器必须尽可能地小型化。本专利技术的传感器避免了上述缺陷。它包括至少一块柔性板，一个固定在该板上的敏感元件，以及一个使上述柔性板的一面不受媒质压力动态变化影响的滤波装置。在该传感器中，滤波装置包括一定量的基本上不可压缩的吸收材料，用来把媒质的静态压力的变化传递到该表面上。这种基本上不可压缩的吸收材料置于例如向媒质敞开的容器内。这块基本上不可压缩的吸收材料由例如所谓合成物质形成的硬质材料制成的纤维做成，或由用涂有粘结剂或浸于某种液体中的固体材料(如玻璃)形成的球体来做成。在一个实施例中，本专利技术的传感器包括至少一对柔性板，每一柔性板有一敏感元件和基本上不可压缩的吸收材料，该材料用来使每一柔性板的一个表面不受媒质中压力的动态变化的影响。柔性板可以是，例如，一种放有阻尼材料并开孔的普通容器的壁，该容器可能包含一个格栅覆盖的部分并填充有例如玻璃球。如果阻尼材料有足够的凝聚性可以被切成块，那末本专利技术的传感器可以将至少一块柔性板及其敏感元件贴在上述阻尼块的一个面上来构成。基本上不可压缩的吸收材料，无论它是固体还是浸渍液体的，由于其适于传递媒质中静态压力的任何变化，所以，每一柔性板的两相对表面受到同样的力，这样，就完全克服了在已有技术的传感器中由于媒质静态压力增加引起的有害效应和/或局限性。因为采用的吸收材料基本上是不可压缩的，本专利技术的传感器可以经受可能的压力，这就使得压电陶瓷的使用成为可能，这种材料相对来说容易碎裂，但粘接至极薄和非常柔软的板上，具有优良的电声转换效率。不论选择哪一种实施例来形成本专利技术的传感器，结构都比较简单，这是因为吸收材料处于与外部媒质同样的压力下，甚至在某些情形下，本身浸渍着这种媒质。密封地隔离传感器容器的内部媒质时可能会遇到的困难在这里得以完全避免。制作具有小孔并且例如由格栅覆盖且填有吸收材料的容器是很容易的。这样，能够以较低的成本获得非常敏感的小型传感器。本专利技术传感器的其他特点和优点通过阅读下面参照附图所给出的、作为举例说明的实施例的描述将得到清楚的了解，其中附图说明图1是敏感元件的构造。图2是本专利技术传感器的第一个实施例，在该实施例中，只用了一块柔性板。图3是本专利技术的第二实施例，在该实施例中用了两块柔性板图4是上述实施例的一种变形。图5示出了本专利技术的传感器的第三个实施例。图6表示该传感器的用途之一，即用于地震浮筒中的情况。每一传感器包括(如图1所示)一个或多个敏感元件1，每一敏感元件1由例如压电材料做成的圆盘2形成，在圆盘2的相对两面上附有构成收集电极的两导电薄膜3、4，用导体5把收集电极连接到一个匹配的放大器(未画出)，如众所周知的那样。在图2所示的实施例中，传感器包括例如一个置于薄而柔软的、带环形凸缘7的圆板6上的敏感元件，带有凸缘的板6、7折边于刚性管状套筒的8的一端，该套筒的另一端被带孔的板9盖住，例如由格栅盖住。这些孔使套筒8的内部与外部媒质连通，套筒内部填充着阻尼材料10，材料经过选择以使其具有滤除直至极低频率的外界压力的动态变化的能力。有很多材料都是可以适用的，例如，可以选用玻璃纤维或纱布条等，在使用时，纤维材料浸渍着压力传感器投入其中的流体，所以，流体的静压力同时施加在支承着敏感元件1的板6的两面上。由于阻尼材料起着滤波作用，流体压力的动态变化仅施加在该柔性板的一面上，这样，敏感元件1可以拾取该板的振动并将其转换成电信号。在图3的实施例中，传感器包括两个敏感元件1两个元件1各自具有同样的两块板6、7，这两块板盖住套筒8的两端，套筒8的侧壁钻有许多小孔11，套筒8内填有类似的阻尼材料，即能够被经小孔11进入套筒流体浸渍的某种纤维材料或多孔材料。类似地，该阻尼材料起到使两板6、7的内表面免受媒质静压力影响的作用。如大家都知道的那样，两敏感元件(由未画出的导体)作电气上的互相连接以实现加速度的电气补偿。所谓合成型的复合材料也可用作阻尼材料。在图4的实施例中，两块有凸缘的柔性板6、7盖住由格栅管12形成的套筒的两端，其内部填有如前所述的纤维或多孔阻尼材料，也可以是其它直径为几毫米的玻璃粒子或球13，这些球可以埋入某种粘结剂14中，如环氧树脂。玻璃的声阻抗和粘结树脂的声阻抗有很大的不同，由于树脂所含的球以及玻璃/树脂界面的高密度，复合材料吸收与板6、7的内表面同一侧的可变声波，可是，外界静态压力变化则传递到这些板6、7的内表面，按照该实施例，不管外界媒质的静压如何传感器都能工作、球或粒子一般可以由任何声学阻抗与填隙材料不同的固体材料来形成。在一种变形中，球之间的填隙材料可以由传感器置于其中的流体来代替。在图5的实施例中，阻尼材料有足够的粘结性，可以切割成块状15，每一支承板6、7直接贴在块15的一个面上，以避免其内表面受到该材料所吸收的动态压力变化的影响。图2至图5实施例中的传感器都可以用于地震浮筒16中，后者通常包括一段很长的柔性外壳17，其中充有例如油或煤油，沿着外壳17的整个长度上，设置着许多相互有一定间隔压力传感器18。由于每一套筒8中都有着小孔，纤维或孔状的阻尼材料浸渍着充满浮筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对媒质中的静态压力的变化不敏感的信号传感器，该敏感器包括至少一块其中心部分为柔性的板，一个固定在所述板的第一表面的圆盘形敏感元件，以及使每一所述板的背面不受该媒质压力动态变化影响的滤波装置，其特征在于，所述滤波装置包括一定量适于把该媒质的静态压力变化传递至所述背面的基本上不可压缩的吸收材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克洛德博迪塞尔，
申请(专利权)人：法国石油研究所，
类型：发明
国别省市：FR[法国]