[发明专利]带有折箱干涉测量换能器的微气压计

说明书

一种折箱式微气压计，包括：参考底座11；折箱12，其一端固定在该底座的参考表面上，其伸长方向与该参考表面垂直；盖板13，将该折箱的另一端封闭，以便使其与外界密封隔离，折箱处于长度变化与其周围次声波引起的压力变化成正比的状态；还包括与盖板连成一体的反射部件14和干涉测量元件16，干涉测量元件16带有正对着反射部件的、与折箱的延伸方向平行的输入‑输出光路，能够接收来自于光源的光束，并与底座的参考表面联结，以便能向该反射部件发射部分光束并在该光束被该反射部件反射后接收该光束，该干涉测量元件采用集成技术，在同一基片内包含光导路线、光分离区和光合并区。

技术领域

本发明涉及折箱式微气压计。

该仪器一般用于测量次声波，也称为次声，即非常微小的压力变化(一般处于毫帕斯卡至百帕斯卡之间)，其频率低于20Hz；该仪器更多的是测量波形，而不是测量相应的信号强度。该仪器属于与气压计大大不同的类型，气压计测量大气压，即10⁵Pa级别的值，精度级别为百、甚至千帕斯卡。

次声波由自然或非自然的事件产生，下面的清单(非穷尽)示出其应用范围：火山爆发研究；陨石或退役卫星返回大气层的研究和监视；雪崩分析和定位；核爆炸监视；大气对流引发的重力波的测量；大气模型研究；风力发动机、列车、飞机、地铁产生的不可听见噪音的研究。

次声波由于其非常低的频率而能够在大气各层中远距离传播，比可听域中的波衰减得慢得多：对于核爆炸这样的高能现象可绕地球数圈，对于火山爆发这样的自然现象可达数千公里。

为了有效地测量次声波，微气压计应该具备如下性能：

-灵敏度为mPa级，低于环境大气压10^-8；

-本征噪音低于地球表面测得的最小噪音；

-通带可以覆盖有效检测带(0.001Hz至10Hz)，如果可能的话，还覆盖当地的绝对静压力；

-在通带中响应平坦；

-尽可能大的测量动态特性，以便检测到所有现象而不需要过滤低频(重力波)、甚至是连续分量即随高度变化的当地压力；

-谐振频率必须位于检测带以外；

-外部温度对传感器的影响非常小，这一影响会与低频波混淆。

现有技术

折箱式微气压计存在大约50年了。它们采用气压测量原理以便检测0至20Hz的压力变化。参考压力是一个封闭在缺氧空腔中的粗真空，空腔形如折箱，一般与底座垂直。任何压力变化都会通过使折箱上部产生线性位移而使该折箱变形。根据当前现有技术，该位移由LVDT(“Linear Variable Differential Transformer”首字母缩写)类型的电磁传感器测量，即无源(电感性)线性位移电传感器，如文献所述：“LDG微气压计：描述及性能–网络设计–Gérard Ruzié–Ghislain Claque–CTBTO次声波非正式研讨会，1996年5月2日至4日，CEA Bruyères-le-France(LDG microbarometers:description andperformances–Network design–Gérard Ruzié–Ghislain Claque–CTBTO Informalinfrasound workshop May 2 to 4,1996 CEA Bruyères-le-France)”。

与电磁传感器联用的折箱式微气压计几十年来由次声波专家优化了，这些专家掌握了传统的精密机械和电磁技术。七十年代以来CEA开发的MB2000和MB2005型的微气压计就是这种情况。

尽管有大量的优化，当前的折箱式微气压计的测量谱带有限，对电磁扰动敏感，并存在由于安装引起的热敏性。

发明内容