专利名称:锥形块压电地听器的制作方法
本发明属于声学测试器件地听器(或低频加速度计)是近年来发展起来的新型传感器。它主要用于大型工程(如桥梁，海上平台……)的声检测，地下工程和各种机器的声诊断和各种自然灾害(如地震，矿山崩塌，泥石流等)的予测方面。
在发展过程中，由于压电陶瓷型地听器结构较简单，性能稳定、灵敏度较好，因而逐渐居于统治地位。但从主要指标来看，目前已有的地听器不能满足高灵敏度和宽带的需要，即使国际上水平较高的产品(日本，1982年TEAC
/bb，压电型加速度计;丹麦，B&K，Piez-oelectric Accelerometer and Vibration Handbook)也同样存在这个问题。
本发明的目的在于要研制高灵敏度和较宽频带的地听器，以满足上述各种目的测试。
为了达到高灵敏度和较宽频带的目的，我们除采用晶体的沿厚度的振动方式外。将传统的柱形质量块改成锥形块(图1中部件2)，然后用高密度高弹性的铜钨合金代替通常用的铜或钢一类的材料作质量块;然后降低压电陶瓷的电容量，並将它做成一个整体(通常都是多片叠起来)，结果获得了较高的灵敏度和较宽的频带。理论分析表明该地听器的灵敏度为
其中d33为晶体的压电常数，M，M1，M2分别是晶体，基座和锥形质量块的质量，ρ，C，Co，S33分别是晶体的密度，声速，电容和柔性系数，又其中H = 1 +S1S2+S1S2]]>……(2)S1，S2分别是锥形块的细端和粗端截面积，地听器的频率方程为R2-RCotX(R1CotX1+Rn)-R1RnCotX1＝0……(3)式中X＝2πlf/c，X1＝2πl1f/c1，X2＝2πl2f/c2这里l，l1，l2分别是晶体，基座和质量块的高度;C1，C2分别是基座和质量块的声速，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)用以决定地听器的共振频率，即地听器的高端，而地听器的低端(即低截止频率)由下式决定fC=12 π RO(Ca+C1+ CC)(Ca+ C1) CC…………(5)]]>其中Ro为前置放大器的输入阻抗，Cl为接线电容，Cc为耦合电容(地听器与前置放大器装成一个整体，使得地听器的输出为低阻抗)。
图1为本发明的剖面图。
图2为本发明的灵敏度和频响曲线。
本发明的一个具体实施例由图1给出，其主要部件是用黄铜加工的中心螺钉(1)其直径最好取3至5毫米;铜钨合金质量块(2)，它的比重大于15並做成30°～50°的锥度。铝质(硬铝)双层外壳(3)，双层壳的目的在于改善隔声性能;压电陶瓷环(4)，用PZT-5型陶瓷材料，其电容量一般取100至150PF;前置放大器(5)，前放的设置是为了变换晶体的输出阻抗，此时还要具有低通滤波性质，其截频放在1200HZ;底座(7)(用不锈钢做成)。也具有锥度，锥度在30°～50°范围内;绝缘片(8)(用有机玻璃制成);绝缘套管(9)(也用有机玻璃做成);引出线插座(6)，它采用微型插座。
各部件的安装次序是先把前置放大线路板固定在基座上，然后将陶瓷环，质量块，绝缘片，由下往上依次叠在基座正中，再将绝缘管放入以上部件的中央孔里，最后将螺钉从上往下穿入以上部件的中央孔並旋紧在基座的螺丝口内。陶瓷环的上下两端还有两片极薄的磷钢片(0.1毫米厚)做为引出线的极板。两引出线分别接入前置放大器的输入端，前放的输出接到引出线插座上，最后将隔声外罩旋紧在基座上。装配完毕。
由于本发明采用了锥形质量块代替通用的园柱形质量块;用高密度高弹性的铜钨合金代替通用的铜或钢;用双层外壳代替了通用的单层壳同时采用了合理的陶瓷静态电容，在工艺上保证各接触面的光滑和平整因而具备了灵敏度高，频响宽以及隔声性能好的特点。
图2是地听器的频响和灵敏度特性曲线。其中Ⅰ代表锥形块地听器Ⅱ代表丹麦B&K公司8306型加速度计。前者的灵敏度是18V/g，后者灵敏度是10V/g，两条曲线的测试是用丹麦B&K公司生产的大型标准振动台测量的，为了保持同一条件，将两个头子同时放置振动台的中心位置上，然后逐点测量。
权利要求
1.一种用晶体的厚度振动方式做成的压电地听器。其特点在于它含有一个铜钨合金的质量块(2)，压电陶瓷环(4)，中心螺钉(1)和双层外壳(3)所组成的水听器。
2.按照权利1所说的地听器，其特征在于所说的质量块(2)，其锥度最佳值是30°～50°，其比重不低于15。
3.按照权利要求
1所说的地听器，其特点在于所说的压电陶瓷环(4)的电容量在100至150PF。
4.按照权利要求
1所说的地听器，其特征在于所说的中心螺钉(1)其直径的最佳尺为3至5毫米。
专利摘要
本发明提出了一种新型的压电陶瓷地听器。它大大地提高了地听器的品质指标。它的特点在于采用了圆锥形质量块代替通常的圆柱质量块，采用了高密度，高弹性的铜钨合金代替通用的铜或钢。此外采用了更合理的压电陶瓷静态电容量。在隔声处理上用双层隔声罩代替通用的单层罩；在工艺上提高了部件间接触的平整和光隙，结果获得了高的灵敏度和较宽的通频带，并获得较好的隔声特性。
文档编号H04R1/00GK85100713SQ85100713
公开日1986年8月27日 申请日期1985年4月1日
发明者田时秀 申请人:中国科学院声学研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan