[其他]锥形块压电地听器

说明书

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在于采用了高密度，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。

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）的预测方面。

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TEACR/bb，压电型加速度计：丹麦，B＆K，Piezoelectric 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，并将它做成一个整体（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d₅₃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，C₀，S₃₃分别是晶体的密度，声速，电容和柔性系数，又其中

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，

……（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：

f_c=1/2πR₀(C_a+C₁+C_c)/(C_a+C₁)C_c……（5）

其中Ro为前置放大器的输入阻抗，C₁为接线电容，C_c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。