[发明专利]包括多个敏感同轴元件的压电传感器

说明书

本发明涉及一种具有一组敏感同轴元件的压电传感器。

这种压电传感器可用于，例如，压力测量，特别是海洋学或地震勘测领域，以及用于定向应力测量。

压电传感器通常包括一个或多个敏感元件，每一敏感元件由一个具有压电特性的基层和分置于两侧的两个电极或极板组成。

这种基层可以是尺寸较小的陶瓷盘制成，并放置在一个其一侧或多侧对声波具有透性的硬盒内。法国专利2，122，675表明一种压电传感器的实例，用一个或最好是两个各具有其电极的陶瓷盘，固定于两个彼此相对的柔性板内。其中至少一块板具有一个较厚的坚实边缘部分，以便撑托在另一块板上。盘可以是由具有压电特性的粉末料烧结而成。它们具有非常高的灵敏性，但机械性能较脆。

基层可以是经处理而具有压电特性的塑料合成材料所制成的柔性带材或板。这些材料通常采用例如PVDF（聚偏氟乙烯）、聚乙烯、PTFE（聚四氟乙烯）等，并且在进行电极化之前预先对它们进行拉伸。

如专家们已经知道的那样，也可以使用可直接结晶成可极化形式的共聚物，而不需预先拉伸。

采用柔性带材或板，可以做成较长的可产生波数滤波的连续性水听器。将其安装在船拖地震浮筒内，就特别适合于对某些射频干扰进行滤波，因而有利于接收对拖船发射的震波发生响应而由水下不连续表面反射回来的信号。

以往是已采用信号传输电缆生产工艺里的已知技术来制造同轴形压电传感器。于是处于内外极板之间的介电材料由合成塑料材料，如以上所提到的各种材料所制成的基层来代替，并且是径向极化的。外极板相当精细以便对声波具有透性。例如，用一层导电涂料或真空金属镀层。一层不透水的弹性护套层使外极板电绝缘。此内外极板连接到一个阻抗校正前置放大器。由于采用传统的生产工艺，同轴换能器的成本通常比薄膜换能器的价格要便宜，而且其外极板还构成自然的电屏蔽。

这种同轴压电传感器已有叙述，例如在美国专利US-4，568，851中和PCT专利申请公布WO    86/00，757中。

压电同轴电缆通常不适于在它会受到各种干扰的水中使用。当用作水听器并在海上被拖曳以进行地震勘测或执行声源标定和定位时情况更是这样。径向加速移动在电缆的一侧会产生过压，在另一侧则产生局部低压。由于压差，在电缆两侧就产生相反的电荷，但通常不会完全抵消，于是一项加速移动会产生一个寄生电压。如果这种压电电缆被拖曳时受弯曲或打卷，则处于凸面的敏感基层就会产生压缩，而相反的另一面则会伸长。故通常出现的相反符号的电荷就不再互相抵消。如同径向灵敏度，由加速移动或弯曲所产生的寄生信号甚至会淹没所要测量的有用信号。

按照本发明的压电传感器可以避免上述缺点。

本压电传感器是由同轴结构的敏感元件组成，该同轴结构包括一个具有压电特性的材料构成的基层，各基层连接至两个导电极板，即其一为内板，另一为外板。这两敏感元件分别用径向极化的基层构成，但两者处于相反方向，并且它们的极板的电路是成对接的。本压电传感器的特征在于它至少包括两个尺寸大致相同、而彼此靠得很近并由覆盖材料连在一起的敏感元件。

敏感元件之一的外极板最好连接至另一个敏感元件的内极板，反之亦然。其径向极化方向两两相反的偶数个敏感元件可以是呈圆环布置和钳入覆盖材料中。它们甚至可以布置在具有中央凹槽的护套内，该凹槽用于让例如各种电缆或管道通过其中。

由于采用大致相同尺寸的敏感元件，因而，响应给定的应力就会产生模拟电压，这就能很好地对可能由于绝然不同的取向而使它受到加速度移动或弯曲进行补偿。

增加敏感元件数目，可获得一种不管其使用方向如何能有效地补偿经弯曲或加速移动的压电换能器。但另一方面，通过指定某一特定方向也可获得一种能够测量方向性应力的压电传感器。

本发明的传感器的其他特征和优点可通过下述的但非限定的例子和附图中所叙述的实施例得到进一步阐明，其中：

图1表示具有两个并排布置的敏感同轴元件的一种压电传感器;

图2表示一部分敏感压电元件;

图3表示一种具有四个两两相接的敏感元件的传感器的横截面图;

图4也表示一种具有一组敏感元件的传感器的横截面，敏感元件分布在护套中，其中的布置有用于容纳电缆和管子的管状凹槽。

按照图1的实施例，该装置包括两个敏感同轴元件1、2。每一个包括（如图2）一个电极或内极3，即由例如埋入具有压电特性并模制成圆柱形的柔性物中的金属线构成。外极板5贴附在圆柱体的外表面。