[发明专利]一种超低频宽带电容式次声传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种次声检测装置，具体地说，本发明涉及适用于检测超低频次声波的一种新型的电容式传感器。

背景技术

次声是频率在20Hz以下人耳听不到的声波。次声传感器是一种将次声波信号转换为电信号的换能器件，出现在声学领域中需要获取次声信号的应用中，比如：大气次声检测，大气重力波检测，地震、海啸次声波检测，核爆炸次声波检测，地震前兆次声波检测，环境次声测量等，经过多传感器组合可实现次声阵列检测。在次声检测中通常使用的次声传感器包括：波纹管膜盒型、微气压计型、动圈式、电磁波多普勒型、光纤式。次声检测中对传感器的要求是体积小、灵敏度高、频率响应宽、长时间工作稳定性好、抗电磁干扰能力强、温度和湿度影响小等。而现有技术中典型的次声传感器如：法国的波纹管膜盒型MB2005系列，重量5.5kg，高度350mm，直径220mm，灵敏度1mv/Pa，频率范围0.01Hz至27Hz。美国的电容式Model5系列，重量7.8kg，高度420mm，直径250mm，灵敏度40mv/Pa，频率范围0.01Hz至50Hz。国内原有动圈式，高度500mm，直径450m m，灵敏度0.1mv/Pa。这几种次声传感器的体积都较大，不方便携带和大量使用。而电磁波多普勒型对外界电磁波较敏感，容易受到外界干扰。美国专利US2002/0118115A1中介绍了一种利用电磁波多普勒方式对次声进行检测的传感器，该传感器有一个敏感膜，敏感膜后方有电磁波发射和接收装置，当敏感膜收到次声压力波引起振动时，电磁波在膜片上的反射会引起多普勒效应，从而记录下膜片的振动状态，但该传感器容易受外界电磁场的干扰。美国专利US6788417B1介绍了一种光纤次声传感器，具有灵敏度高，不受温度影响，抗干扰能力强的特点，但该传感器中使用的光纤长度达到100米～1000米，需要较大的场地布设传感器。

发明内容

本发明的目的是：克服现有次声传感器技术的不足，提出一种高灵敏度超低频、宽频带的电容式次声传感器。

为实现上述发明目的，本发明提出了一种超低频宽带电容式次声传感器，其特征在于，包括构成传感器腔的腔壁、固定在所述腔壁内侧的电容支撑体以及固定在所述电容支撑体上的敏感膜，电容支撑体和敏感膜将所述传感器腔分为前腔和后腔，所述前腔的腔壁设有进气通道，；所述电容支撑体上设有均压管用于连通所述前腔和后腔；所述后腔内设有刚性电容后极板，所述刚性电容后极板与敏感膜平行形成用于输出测量信号的头电容；所述刚性电容后极板可以沿着垂直于所述敏感膜的方向移动以调节静态头电容。

其中，所述敏感膜是厚度小于10μm的金属膜，所述敏感膜与所述刚性电容后极板距离小于50μm。

其中，所述后腔的腔壁是双层真空隔热腔壁，所述后腔的腔壁外覆有树脂保温隔振层。

其中，所述均压管内部填充有用以调节均压管孔径的金属丝或者玻璃纤维。

其中，所述刚性电容后极板具有加长螺杆；所述后腔底部的腔壁具有通孔；所述通孔处安装具有通孔的后极板支撑片；所述加长螺杆从后极板支撑片中心的通孔穿出用以调节静态头电容。

其中，传感器电容的主体部分由电容支撑体、膜片固定环、敏感膜片、后极板支撑片、所述电容式次声传感器还包括用于支撑所述刚性电容后极板的后极板支撑体，所述后极板支撑体顶部设有张力调节环，所述张力调节环作用于所述敏感膜以调节敏感膜膜片的静态张力。

其中，所述电容式次声传感器还包括前腔罩，所述前腔罩设置在前腔的顶部腔壁上所述前腔罩内的防湿隔热片。

其中，所述刚性电容后极板是一个中心下凹的具有弧面极板，所述弧面深度小于等于5μm。

其中，后极板上带有均匀分布的小孔，所述小孔的孔径为2mm至3mm。

其中，所有所述的小孔的总面积与所述所述刚性电容后极板的总面积之比小于百分之十。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1)灵敏度高且灵敏度频响曲线平直；

2)频率响应范围宽，3dB频带下限频率可以达到0.001Hz，测量频率下限可达0.0001Hz；

3)传感器整体体积小，方便使用；

4)前腔罩内的防湿隔热片保证了传感器对温度和湿度不敏感；

5)内部电路全屏蔽，抗电磁干扰能力强；

6)膜片张力可控，可以保证一致性要求；

7)敏感膜片质量很小，对振动的响应灵敏度趋于0，有利于抗振动干扰；并且后极板的下凹弧形穿孔结构保证了该传感器有效的防治膜片贴附在后极板的情况发生的同时，增大了敏感膜的线性动态范围，扩大次声传感器的动态响应范围，同时控制了次声传感器的响应灵敏度范围。