[发明专利]可抵消机械振动信号的压电式次声波传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种次声波传感器，具体涉及一种可抵消机械振动的压电式次声波传感器。

背景技术

次声波由于其频率很低、振幅随时间衰减慢，可远距离传播。利用次声波传感技术，可远距离快速测量汽-液、液-固等界面的位置。世界各国的油田在采油生产过程中，基本上均采用声波法快速检测油井原油的动液面深度，而确定井下动液面位置是实现高效采油的至关重要的前提。在采用声波法测井过程中，由于油井工作环境比较恶劣，井下含有大量的腐蚀性气体，对测量装置有非常大的腐蚀作用，导致现有胶体封装园柱筒形压电传感器的寿命很低，而且该传感器灵敏度低、信噪比差，其高阻抗弱电信号需要通过长导线传输到另外的放大电路中进行放大，该传输过程特别容易受到干扰。而且，现有的声波传感器无法消除机械振动的影响，其输出是声波和机械振动的叠加信号，当地面采油设备本身振动时或受风载作用时，会导致无法测量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种机构简单、灵敏度高、抗干扰能力强的可抵消机械振动信号的压电式次声波传感器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括不锈钢外壳，在外壳的下端设置有声波输入孔，声波输入孔的上端设置有第一传感单元的铜质下极板，第一传感单元的下极板与外壳电气导通，作为公共电极，第一传感单元的下极板的上端设置有第一绝缘内套，第一绝缘内套内放置第一叠层压电片，第一叠层压电片的上端与铜质上极板相连接，上极板与第一止旋绝缘隔板连接，第一螺纹压板固定于第一止旋隔板的上端，第一止旋隔板和第一螺纹压板的中间设有第一引线孔；第一螺纹压板的上端是第二传感单元，第二传感单元的铜质下极板与外壳连接，第二传感单元的下极板与外壳电气导通，作为公共电极，第二传感单元的下极板的上端设置有第二绝缘内套，第二绝缘内套内放置有第二叠层压电片，第二叠层压电片的上端与第二铜质上极板相连接，第二上极板与第二止旋绝缘隔板连接，第二螺纹压板固定于第二止旋隔板的上端，第二止旋隔板和第二螺纹压板的中间设有第二引线孔；外壳上端部设有插座固定板，插座固定板连接插座，放大滤波电路板与插座固定板相连接，放大滤波电路板的前置差动放大电路的输入端分别连接第一叠层压电片和第二叠层压电片输出的高阻抗电压信号，前置差动放大电路的输出端连接带通滤波电路，DC/DC变换电路给前置差动放大电路和带通滤波电路供电；在外壳的外侧设置有橡胶密封垫。

本发明的第一叠层压电片和第二叠层压电片输出的高阻抗电压信号分别接前置差动放大电路中插座J1的第一输入端IN1和第二输入端IN2，插座J1的第一输入端IN1接仪表放大器U1的正相输入端，插座J1的第二输入端IN2接仪表放大器U1的反相输入端，仪表放大器U1的第一引脚接精密电位器P1的一端并与中间调节端短路，精密电位器P1的另一端接仪表放大器U1的第八引脚，仪表放大器U1的负电源第四引脚接-5V电源，仪表放大器U1的正电源第七引脚接+5V电源，仪表放大器U1的第五引脚接公共地，仪表放大器U1的输出端第六引脚与第一无极性电容C1连接，第一无极性电容C1的另一端分别接第二无极性电容C2和第一金属膜电阻R1的一端，第二无极性电容C2的另一端分别接运算放大器U2A的正相输入端和第二金属膜电阻R2的一端，第一金属膜电阻R1的另一端接运算放大器U2A的输出端，第二金属膜电阻R2的另一端接公共地，运算放大器U2A的反相输入端分别接第三金属膜电阻R3和第四金属膜电阻R4的一端，第三金属膜电阻R3的另一端接运算放大器U2A的输出端，第四金属膜电阻R4的另一端接公共地，运算放大器U2A的输出端与第五金属膜电阻R5连接，第五金属膜电阻R5分别接第六金属膜电阻R6和第三无极性电容C3的一端，第六金属膜电阻R6的另一端分别接运算放大器U2B的正相输入端和第四无极性电容C4的一端，第三无极性电容C3的另一端接运算放大器U2B的输出端，第四无极性电容C4的另一端接公共地，运算放大器U2B的反相输入端分别接第七金属膜电阻R7和第八金属膜电阻R8的一端，第七金属膜电阻R7的另一端接运算放大器U2B的输出端，第八金属膜电阻R8的另一端接公共地，运算放大器U2B的输出端与插座的J2的OUT端相连接，插座的J2的GND端接公共地，插座的J2的VIN端和0V端作为5V供电电源输入端分别接DC-DC变换电路的电源模块5D5的电源输入第一、二引脚，DC-DC变换电路的电源模块5D5的第二引脚和第五引脚分别输出与5V供电电源电气隔离的+5V和-5V电压，给电路供电，DC-DC变换电路的电源模块5D5的第四引脚接公共地。