[其他]錐形塊壓電地聽器

無效

• 申請號: 85100713
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100713B
• 公開（公告）日: 1988-05-18
• 發明（設計）人: 田時秀
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04R17/00
• 分類號: H04R17/00;H04R1/00
• 代理公司: 中國科學院聲學研究所專利辦公室
• 代理人: 劉文意

本發明屬于聲學測試器件。

地聽器（或低頻加速度計）是近年來發展起來的新型傳感器。它主要用于大型工程（如橋梁、海上平臺……）的聲檢測，地下工程和各種機器的聲診斷和各種自然災害（如地震，礦山崩塌，泥石流等）的預測方面。

在發展過程中，由于壓電陶瓷型地聽器結構較簡單，性能穩定、靈敏度較好，因而逐漸居于統治地位。但從主要指標來看，目前已有的地聽器不能滿足高靈敏度和寬帶的需要，即使國際上水平較高的產品（日本，1982年TEACR/bb，壓電型加速度計：丹麥，B＆K，PiezoelectricAccelerometerandVibrationHandbook）也同樣存在這個問題。

本發明的目的在于要研制高靈敏度和較寬頻帶的地聽器，以滿足上述各種目的測試。

為了達到高靈敏度和較寬頻帶的目的，我們除采用晶體的沿厚度的振動方式外，將傳統的柱形質量塊改成錐形塊（圖1中部件2），然后用高密度、高彈性的銅鎢合金代替通常用的銅或鋼一類的材料作質量塊;然后降低壓電陶瓷的電容量，并將它做成一個整體（通常都是多片疊起來），結果獲得了較高的靈敏度和較寬的頻帶。理論分析表明該地聽器的靈敏度為：

其中d₅₃為晶體的壓電常數，M，M₁，M₂分別是晶體，基座和錐形質量塊的質量，ρ，C，C₀，S₃₃分別是晶體的密度，聲速，電容和柔性系數，又其中

S₁，S₂分別是錐形塊的細端和粗端截面積，地聽器的頻率方程為：

R²-RCotX（R₁CotX₁+Rn）-R₁RnCotX₁＝0……（3）

式中X＝2πlf/c，X₁＝2πl₁f/c₁，X₂＝2πl₂f/c₂這里l，l₁，l₂分別是晶體，基座和質量塊的高度;C₁，C₂分別是基座和質量塊的聲速，又R＝ρcs₁，R₁＝ρ₁c₁s₁，R₂＝ρ₂c₂s₂，

……（4）

以上（3）和（4）用以決定地聽器的共振頻率，即地聽器的高端，而地聽器的低端（即低截止頻率）由下式決定：

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

其中Ro為前置放大器的輸入阻抗，C₁為接線電容，C_c為耦合電容（地聽器與前置放大器裝成一個整體，使得地聽器的輸出為低阻抗）。

圖1為本發明的剖面圖。

圖2為本發明的靈敏度和頻響曲線。

本發明的一個具體實施例由圖1給出，其主要部件是：用黃銅加工的中心螺釘（1）其直徑最好取3至5毫米;銅鎢合金質量塊（2），它的比重大于15并做成30°～50°的錐度。鋁質（硬鋁）雙層外殼（3），雙層殼的目的在于改善隔聲性能;壓電陶瓷環（4），用PZT-5型陶瓷材料，其電容量一般取100至150PF;前置放大器（5），前放的設置是為了變換晶體的輸出阻抗，此時還要具有低通濾波性質，其截頻放在1200Hz;底座（7）（用不銹鋼做成），也具有錐度，錐度在30°～50°范圍內;絕緣片（8）（用有機玻璃制成）;絕緣套管（9）（也用有機玻璃做成）;引出線插座（6），它采用微型插座。