專利名稱：一種壓電式噪聲傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種壓電式噪聲傳感器，屬于航天傳感器技術領域。
背景技術：
飛行器在飛行過程中因發動機工作、級間分離以及空氣動力等激勵引起結構的振動，強烈而持續的振動會產生較大的噪聲。為了確定彈上噪聲環境，以便提供飛行器結構設計的依據和儀器設備試驗的條件，必須對彈上噪聲環境進行測量，測量結果也是進行故障分析的重要依據。噪聲的本質是振動，在某些難以直接進行振動測量的場合，通過噪聲測量可以反映目標的振動狀態。飛行器表面在飛行過程中與空氣相互作用會產生較大的噪聲，但因空氣摩擦、結構振動等原因，該噪聲參數的測量往往面臨高溫振動環境；在飛行器發動機附近尾流噪聲的測量也面臨大沖擊振動和高溫的惡劣環境；另外，飛行器在飛行過程高度的變化會造成氣壓的變化，對常規的噪聲傳感器特別是電容式傳感器影響較大。常規的噪聲傳感器不能滿足飛行器噪聲測量需求。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術的上述不足，提供一種壓電式噪聲傳感器，該傳感器是一種耐高溫、抗損壞能力強的壓電式噪聲傳感器，可適用不同高度，用于測量高聲強噪聲和極低的壓力脈動。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。本發明的一種壓電式噪聲傳感器，該傳感器包括前蓋、膜片、聲敏感組件、振動補償組件、殼體、鎖緊螺栓、后蓋、插座和安裝法蘭；所述的后蓋采用過盈配合或焊接的方式與殼體連接；所述的插座通過過盈配合或焊接的方式與后蓋連接；所述的安裝法蘭通過螺紋或焊接的方式與殼體連接；所述的前蓋通過螺紋固定在殼體上；所述的膜片采用焊接的方式與殼體連接；所述的膜片在前蓋的內側面外，膜片與前蓋的內側面之間有間隙；所述的聲敏感組件包括硬芯、壓電片、電極片、聲底座和聲學力順桿；硬芯、壓電片、電極片、聲底座、聲學力順桿順序同軸安裝并通過聲學力順桿內的螺紋鎖緊；聲學力順桿的螺紋端面不得凸出于硬芯上表面；壓電片通過電極片連接；聲敏感組件的正極通過金屬線引出，金屬線上套絕緣塑料管，金屬線與電極片之間用電阻接觸點焊法連接；所述的聲敏感組件通過聲底座固定在殼體內腔，聲敏感組件通過硬芯頂在膜片上；振動補償組件包括振動力順桿、螺母、調整片、上墊片、慣性質量、電極片、壓電片、下墊片、接線柱、絕緣套和力底座；
調整片、上墊片、慣性質量、電極片、壓電片、下墊片和力底座用振動力順桿順序同軸串在一起，用螺母鎖緊；振動力順桿和力底座凹坑處灌環氧膠固定；接線柱通過絕緣套固定在力底座上；接線柱凸出部分用機械方法夾扁固定，并在絕緣套上涂環氧膠固定；振動補償組件固定在殼體內腔，與聲敏感組件同軸并通過鎖緊螺栓與聲敏感組件的聲底座鎖定；振動補償組件與聲敏感組件在電路上并聯；電極片和接線柱之間采用金屬線連接，電極片、接線柱和金屬線三者之間用電阻接觸點焊法連接；金屬線外套絕緣塑料管。前蓋采用環氧酚醛層壓玻璃布板制作，前蓋的尺寸以標準的聲壓級校正器的口徑為準，為1/8英寸、1/4英寸、1/2英寸或I英寸，端面上均布19個01.6的孔；
所述的膜片采用不銹鋼帶，材料無磁性，厚度為0.1mm 0.5mm，膜片與殼體采用激光或脈沖氬弧焊焊接；插座采用同軸小插座；安裝法蘭采用機械浮地結構，采用環氧層壓玻璃布非金屬材料或是采用金屬材料的法蘭盤，在安裝孔上加絕緣套；接線柱與力底座之間絕緣電阻大于500ΜΩ ；絕緣塑料管為聚四氟乙烯管SFG-1。本發明與現有技術相比的優點在于:1、本發明是一種耐高溫的噪聲傳感器，該傳感器采用壓電原理，工作時無需外部供電，內部無電子元器件，使用溫度范圍廣，不受電子元器件限制；傳感器結構采用耐高溫材料制作，內部電氣連接采用點焊，可在高溫環境下工作；2、本發明是一種抗損壞能力強的噪聲傳感器，該傳感器采用機電結構，內部無易損壞的零件和結構，可抗20000g的大沖擊。該傳感器可工作在力學環境惡劣的噪聲測量場合；3、本發明是一種使用范圍廣的噪聲傳感器，該傳感器對高度變化、磁等環境變化不敏感，適用于不同工作環境，使用范圍廣；4、本發明是一種帶振動補償的噪聲傳感器，壓電式噪聲傳感器具有振動靈敏度，在振動環境下會影響噪聲測量精度；本發明帶有振動補償組件，能消去因振動帶來的誤差，提聞測量精度；5、本發明采用浮地的法蘭盤安裝，特別適用于飛行器表面噪聲測量，該傳感器根據飛行器應用的特點，采取傳感器同被測點安裝處機械上浮的形式，以防地回路干擾；該傳感器采用法蘭盤安裝，敏感端面與被測點表面平齊，不會帶來額外的噪聲畸變，適用于飛行器表面噪聲測量。
圖1為本發明傳感器結構主視圖；圖2為本發明的傳感器結構左視圖；圖3為本發明聲敏感組件結構示意圖；圖4為本發明振動補償組件結構示意圖；圖5為本發明電信號輸出結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述。實施例一種壓電式噪聲傳感器，如圖1和圖2所示，該傳感器包括前蓋1、膜片2、聲敏感組件3、振動補償組件4、殼體5、鎖緊螺栓6、后蓋7、插座8和安裝法蘭9 ；傳感器內部電氣連接均采用點焊方式；所述的后蓋7采用過盈配合或焊接的方式與殼體5連接；所述的插座8通過過盈配合或焊接的方式與后蓋7連接；所述的安裝法蘭9通過螺紋或焊接的方式與殼體5連接；所述的前蓋I通過螺紋固定在殼體5上；所述的膜片2采用焊接的方式與殼體5連接；所述的膜片2在前蓋I的內側面外，膜片2與前蓋I的內側面之間有間隙；如圖3所示，所述的聲敏感組件3包括硬芯25、壓電片26、電極片27、聲底座28和聲學力順桿29 ;硬芯25、壓電片26、電極片27、聲底座28、聲學力順桿29順序同軸安裝并通過聲學力順桿29內的螺紋鎖緊；聲學力順桿29的螺紋端面不得凸出于硬芯25上表面；壓電片26通過電極片27連接，電極片27之間用電阻接觸點焊法連接，電極片27不得扭曲折疊；聲敏感組件3的正極通過金屬線30 (如鎳線N6)引出，金屬線30上套絕緣塑料管31，金屬線30與電極片27之間用電阻接觸點焊法連接；所述的聲敏感組件3采用壓電堆結構，其形式可采用周邊壓縮或中心柱壓縮結構，聲敏感組件3通過聲底座28螺紋固定在殼體5內腔，聲敏感組件3通過硬芯25頂在膜片2上；聲敏感組件3特性測試合適后，在聲學力順桿29螺釘頭同聲底座28結合處點環氧膠；聲敏感組件3工作頻率范圍(即傳感器的工作頻率范圍)上限取(1/5 l/3)f，工作下限取決于后續變換電路；如圖4所示，振動補償組件4包括振動力順桿10、螺母11、調整片12、上墊片13、慣性質量14、電極片15、壓電片16、下墊片17、接線柱18、絕緣套19和力底座20 ；調整片12、上墊片13、慣性質量14、電極片15、壓電片16、下墊片17和力底座20用振動力順桿10順序同軸串在一起，用螺母11鎖緊；振動力順桿10和力底座20凹坑處灌環氧膠24固定；接線柱18通過絕緣套19固定在力底座20上，應保證接線柱18與力底座20之間絕緣電阻大于500ΜΩ ;接線柱18凸出部分用機械方法夾扁固定，并在絕緣套19上涂環氧24膠固定；振動補償組件4是一個壓電加速度計，采用螺紋固定在殼體5內腔，與聲敏感組件3同軸并通過鎖緊螺栓6與聲敏感組件3的聲底座28鎖定，感受相同振動；振動補償組件4與聲敏感組件3在電路上并聯，振動補償組件4電荷靈敏度與聲敏感組件3的等效振動靈敏度大小相同，方向相反；電極片15和接線柱18之間采用金屬線22 (如鎳線N6)連接，電極片15、接線柱18和金屬線22三者之 間用電阻接觸點焊法連接，電極片15不得扭曲折疊；金屬線22外套絕緣塑料管23 (如聚四氟乙烯管SFG-1);振動補償組件4測試合格后，在慣性質量14凹坑處灌環氧膠24固定；如圖5所示，電信號輸出結構由后蓋7和插座8組成；插座8采用過盈配合或焊接的方式與后蓋7連接，采用過盈配合時應在插座8周圍涂適量的導電環氧膠；所述的前蓋I采用環氧酚醛層壓玻璃布板制作，前蓋I的尺寸以標準的聲壓級校正器的口徑為準，可取1/8英寸、1/4英寸、1/2英寸或I英寸，端面上均布19個01.6的孔；所述的膜片2采用不銹鋼帶，材料無磁性，且經退火處理呈軟狀態；膜片2根據量程選擇合適厚度，厚度多在0.1mm 0.5mm ;且經退火處理呈軟狀態者，要求表面光滑、無斑點、折疊、巢孔，陰線并作平整處理。加工時，注意保護好表面，不得有壓坑、壓痕等壓傷缺陷，邊緣保持銳邊直角。膜片2與殼體5采用激光或脈沖氬弧焊焊接，要求溶深均勻，焊縫應平整、無燒痕、氣孔、砂眼、開焊、漏焊、燒通等缺陷，焊后膜片2應平整無壓傷痕跡；所述的插座8采用體積小絕緣電阻高的同軸小插座；所述的安裝法蘭9采用機械浮地結構；可采用絕緣性能好的非金屬材料制作，如環氧層壓玻璃布材料；也可采用金屬材料的法蘭盤33，在安裝孔上加絕緣套32的方法實現浮地。所述的傳感器采用法蘭盤9安裝后，前蓋I端面與被測量點表面平齊。按上述實施方式制作的壓電式噪聲傳感器主要用于飛行器表面外噪聲參數的測量，使用溫度范圍為_40°C 200°C，可測量的最大聲壓級達170dB。本發明廣泛應用于航天遙測領域，用于測量火箭表面氣動噪聲或其它惡劣環境下的噪聲測量，圓滿完成了多次任務。本發明結構堅固可靠，通過了 20000g的爆炸沖擊考核。
權利要求
1.一種壓電式噪聲傳感器，其特征在于:該傳感器包括前蓋(I)、膜片(2)、聲敏感組件(3)、振動補償組件(4)、殼體(5)、鎖緊螺栓(6)、后蓋(7)、插座(8)和安裝法蘭(9)； 所述的后蓋(7)采用過盈配合或焊接的方式與殼體(5)連接； 所述的插座(8)通過過盈配合或焊接的方式與后蓋(7)連接； 所述的安裝法蘭(9)通過螺紋或焊接的方式與殼體(5)連接； 所述的前蓋(I)通過螺紋固定在殼體(5 )上； 所述的膜片(2)采用焊接的方式與殼體(5)連接；所述的膜片(2)在前蓋(I)的內側面外，膜片(2)與前蓋(I)的內側面之間有間隙；所述的聲敏感組件(3)包括硬芯(25)、壓電片(26)、電極片(27)、聲底座(28)和聲學力順桿(29);硬芯(25)、壓電片(26)、電極片(27)、聲底座(28)、聲學力順桿(29)順序同軸安裝并通過聲學力順桿(29)內的螺紋鎖緊；聲學力順桿(29)的螺紋端面不得凸出于硬芯(25)上表面；壓電片(26)通過電極片(27)連接；聲敏感組件(3)的正極通過金屬線引出，金屬線上套絕緣塑料管，金屬線與電極片(27)之間用電阻接觸點焊法連接； 所述的聲敏感組件(3)通過聲底座(28)固定在殼體(5)內腔，聲敏感組件(3)通過硬芯(25)頂在膜片(2)上； 振動補償組件(4)包括振動力順桿(10)、螺母(11)、調整片(12)、上墊片(13)、慣性質量(14)、電極片(15)、壓電 片(16)、下墊片(17)、接線柱(18)、絕緣套(19)和力底座(20)；調整片(12)、上墊片(13)、慣性質量(14)、電極片(15)、壓電片(16)、下墊片(17)和力底座(20)用振動力順桿(10)順序同軸串在一起，用螺母(11)鎖緊；振動力順桿(10)和力底座(20)凹坑處灌環氧膠固定；接線柱(18)通過絕緣套(19)固定在力底座(20)上；接線柱(18)凸出部分用機械方法夾扁固定，并在絕緣套(19)上涂環氧膠固定； 振動補償組件(4)固定在殼體(5)內腔，與聲敏感組件(3)同軸并通過鎖緊螺栓(6)與聲敏感組件(3)的聲底座(28)鎖定；振動補償組件(4)與聲敏感組件(3)在電路上并聯；電極片(15)和接線柱(18)之間采用金屬線連接，電極片(15)、接線柱(18)和金屬線三者之間用電阻接觸點焊法連接；金屬線外套絕緣塑料管。
2.根據權利要求1所述的一種壓電式噪聲傳感器，其特征在于:前蓋(I)采用環氧酚醛層壓玻璃布板制作，前蓋(I)的尺寸以標準的聲壓級校正器的口徑為準，為1/8英寸、1/4英寸、1/2英寸或I英寸，端面上均布19個01.6的孔。
3.根據權利要求1所述的一種壓電式噪聲傳感器，其特征在于:所述的膜片(2)采用不銹鋼帶，材料無磁性，厚度為0.1mm 0.5mm,膜片(2)與殼體(5)采用激光或脈沖気弧焊焊接。
4.根據權利要求1所述的一種壓電式噪聲傳感器，其特征在于:插座(8)采用同軸小插座。
5.根據權利要求1所述的一種壓電式噪聲傳感器，其特征在于:安裝法蘭(9)采用機械浮地結構，采用環氧層壓玻璃布材料。
6.根據權利要求1所述的一種壓電式噪聲傳感器，其特征在于:安裝法蘭(9)采用機械浮地結構，采用金屬材料的法蘭盤，在安裝孔上加絕緣套。
7.根據權利要求1所述的一種壓電式噪聲傳感器，其特征在于:接線柱(18)與力底座(20)之間絕緣電阻大于500ΜΩ。
8.根據權利要求1所述的一種壓電式噪聲傳感器，其特征在于:絕緣塑料管為聚四氟乙烯管 SFG-1。
全文摘要
本發明涉及一種壓電式噪聲傳感器，屬于航天傳感器技術領域。傳感器包括前蓋、膜片、聲敏感組件、振動補償組件、殼體、鎖緊螺栓、后蓋、插座和安裝法蘭；所述的后蓋采用過盈配合或焊接的方式與殼體連接；所述的插座通過過盈配合或焊接的方式與后蓋連接；所述的安裝法蘭通過螺紋或焊接的方式與殼體連接。本發明的傳感器工作時無需外部供電，內部無電子元器件，使用溫度范圍廣，不受電子元器件限制；傳感器結構采用耐高溫材料制作，內部電氣連接采用點焊，可在高溫環境下工作。
文檔編號G01H11/08GK103217210SQ20131010839
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月29日 優先權日2013年3月29日
發明者何勤, 何真, 戈大森 申請人:北京遙測技術研究所, 航天長征火箭技術有限公司