[其他]锥形块压电地听器

说明书

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，PiezoelectricAccelerometerandVibrationHandbook）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。

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并做成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。