專利名稱：聲傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲傳感器，更具體地說，涉及的是在水下300米深的地震探測拖纜用的水下地震檢波器。
背景技術(shù)：
Brater的美國專利3,187,300和Johnson等人的美國專利3,832,762都公開了各自的水下地震檢波器，這些水下地震檢波器都進(jìn)行了零件與零件的環(huán)氧樹脂密封。
美國專利3,970,878則公開了一種沒有將塑料或環(huán)氧樹脂部件暴露在傳感器裝置外面的聲傳感器，以便避免由于環(huán)氧樹脂或塑料從鹽水中吸收鹽而引起漏電。但是，這些公開的傳感器，從專利和市售的實(shí)物的技術(shù)說明來看似乎都是限于用在小于150英尺的深度范圍。
美國專利4,999,819則在“高靜水壓深水水下應(yīng)用”中第2欄第31至32行公開了一種聲傳感器。但是由于它是為高靜水壓設(shè)計的，所以它不象對淺水所希望的那樣靈敏，在淺水應(yīng)用中常常使用拖纜。為了更準(zhǔn)確讀數(shù)，需要一種具有更高靈敏度的傳感器。
構(gòu)造這種傳感器，在裝配后還要求在600℃固化10分鐘。由于這樣熱，如在裝配之前壓電元件已極化，則后來還必須重新極化?？赡苜徺I到的壓電元件已經(jīng)是極化的，這樣就還要花時間和金錢重新對它們進(jìn)行極化。因此，需要一種其固化不會破壞其原有極化的傳感器。
此外，在重新極化以后，在對該傳感器校正進(jìn)行之前，還得將傳感器儲存至少10天，以便使該壓電元件老化。因為老化并非是線性的，因而大多的老化是在頭10天內(nèi)發(fā)生。所要求的儲存時間會使制造時間增長，并使儲存的費(fèi)用增大。因此，需要一種在裝配后不要求老化期的傳感器。
發(fā)明概要由于下述聲傳感器裝置的提供已使前述問題得到解決并在技術(shù)上取得了進(jìn)步，這種裝置包括(a)一個壓電陶瓷晶體；(b)一對堅實(shí)的圓形金屬板將這壓電陶瓷晶體夾在它們之間，其中，每個金屬板又由下述部分組成(i)外周緣，將形成于金屬板的第一表面上的凹進(jìn)部分圍繞在其中，這第一表面指向壓電晶體；(ii)環(huán)氧樹脂的毛細(xì)作用屏障，形成在這第一表面中，并與該外周緣相毗連；(c)灌注在金屬板和壓電陶瓷晶體之間的環(huán)氧樹脂膠，其中，每塊板的外周緣用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)到壓電陶瓷晶體上，這樣就在這對金屬板之間形成了一個空隙；以及(d)一個撓曲止擋，與每塊金屬板的第一表面相附連。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是，環(huán)氧樹脂的毛細(xì)作用屏障包括一個凹進(jìn)去的內(nèi)周緣。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是，環(huán)氧的毛細(xì)作用屏障包括附著在外周緣的內(nèi)邊緣上的膠紙帶。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是，該撓曲止擋包括那個壓電陶瓷晶體。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是，該撓曲止擋包括附著在每個第一表面上的一個支持周緣，它在這第一表面的中心和外周緣的中間。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是，水下地震檢波器除了包括上述的聲傳感器裝置外，還包括(a)與每塊金屬板的第二表面相連的一根導(dǎo)線，第二表面是第一表面的反面，在它的上面形成有一凸出部分；(b)一個外殼，容納著一對金屬板和附連的導(dǎo)線；(c)封埋材料，包圍著兩金屬板和導(dǎo)線，并基本充滿外殼中未被兩金屬板和導(dǎo)線占據(jù)的空間。
附圖簡介當(dāng)結(jié)合所附附圖來閱讀優(yōu)選實(shí)施例的說明時，本發(fā)明的上述和其它方面將變得更加明顯。這些附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。此外，在附圖中相同的部件具有相同的標(biāo)號。


圖1是說明拖于船后的地震探測拖纜的一般性總圖，此拖纜包含一些水下地震檢波器。
圖2是包含一個聲傳感器的水下地震檢波器的透視圖。
圖3a是聲傳感器的兩個金屬板的透視圖，和圖3b是一個金屬板和一個壓電陶瓷晶體的部件分解圖。
圖4是一個堅實(shí)圓形金屬板的平面視圖，該金屬板是聲傳感器的部件。
圖5是圖4所示的金屬板的側(cè)視圖，它是沿圖4的線5-5切開來看的。
圖6是圖5所示的一部分的放大圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述圖1畫出了一個拖在船12后面的一條地震探測拖纜10。該拖纜10包括有一些水下地震檢波器14。
圖2是水下地震檢波器14的透視圖，它含有一個聲傳感器20。傳感器20有一條連在金屬板24上的導(dǎo)線22和一條連在金屬板28上的導(dǎo)線26。傳感器20被聚氨酯30所，包圍聚氨酯充滿著保護(hù)罩32。聚氨酯30在聲學(xué)上應(yīng)該是盡可能透明的。這可通過盡可能選用具有與海水，或合成異構(gòu)烷油H(Isopar H)相同的聲學(xué)特性的聚氨酯來做這件事，合成異構(gòu)烷油H是由Exxon制造的。水下地震檢波器在水下地震探測拖纜10內(nèi)地震檢波器埋沒在這異構(gòu)烷油H中。同樣，保護(hù)罩32在聲學(xué)上也必須盡可能透明。保護(hù)罩32是用薄軟的可變形的維尼龍制造的。
聚氨酯30的型號為HMP-85，它是由內(nèi)華達(dá)州拉斯維加斯的液體聚合物(Fluid Polymers)合成部制成，該部是賓夕法尼亞州匹茲堡的Chase公司的一個分部。上述的保護(hù)套32則是由密蘇里州圣路易斯的Mocap公司制造。
圖3a是聲傳感器20的兩個金屬板24，28的透視圖。這兩個金屬板是相同的。每一個的直徑都小于1英寸，而且稍有些凹陷。圖3b是金屬板24和壓電陶瓷晶體部件的分解圖。
圖4是堅實(shí)的圓形金屬板24的凹面38的平面視圖。金屬板24包括一個外周緣40和一個凹進(jìn)的內(nèi)周緣42。壓電陶瓷晶體36的直徑比金屬板24的直徑小，但比凹進(jìn)的內(nèi)周緣42的直徑大。將兩個金屬板24，28放在一起，使它們的凹面38彼此相對著，并將壓電陶瓷晶體36安置于兩板之間，再在兩金屬板24，28和壓電陶瓷晶體36之間充填環(huán)氧樹脂膠54。每塊金屬板的外周緣40都用環(huán)氧膠54粘結(jié)在這壓電陶瓷晶體36上，這樣，就在這對金屬板之間形成了一空腔。導(dǎo)電的充填物環(huán)氧樹脂膠54是設(shè)在馬薩諸塞州沃本的Emerson & Cuming公司制造的產(chǎn)品Eco-bond。
凹進(jìn)的內(nèi)周緣42充當(dāng)一個毛細(xì)作用屏障，因而當(dāng)環(huán)氧樹脂膠施加在反24和28上時，它不會通過毛細(xì)作用進(jìn)一步從外周緣40浸吸到壓電陶瓷晶體36和金屬板24，28的中心。毛細(xì)作用屏障的另一不太有效的形式就是沿著外周緣40的內(nèi)周貼上膠帶。
圖5是沿圖4的線5-5切開來看的金屬板24的側(cè)剖視圖。從凹進(jìn)的內(nèi)周緣42至金屬板的中心，這板先是變厚，隨后變薄，以致在中心處比周緣40，42處都薄。此外，在圖5中還畫出了膠粘在外周緣40上的晶體36。晶體36比凹進(jìn)的內(nèi)周緣42深度的兩倍稍大一點(diǎn)。金屬板24的凸側(cè)44包括一個小半徑的彎曲部分46和一大半徑的彎曲部分48。在動作過程中，當(dāng)作用在水下地震檢波器14外面的壓力增加時，上述凸側(cè)44的中心50就被向里推。晶體36就充當(dāng)一撓曲止擋來阻止中心50向里的運(yùn)動。為了實(shí)現(xiàn)較少的撓曲，還可用一支柱來實(shí)現(xiàn)撓曲的限制，這支持周緣附連在每個凹進(jìn)面38上并位于中心50和外周緣40的中間。還可通過一個附連在中心50上的小的柱腳來實(shí)現(xiàn)另一種撓曲限制。
參看圖4和圖5，圖4中畫的內(nèi)虛線圓52就是小半徑彎曲部分46與凸側(cè)44上的外周緣40相交的地方。
圖6是圖5上晶體36和周緣40，42的結(jié)合部分的放大圖。凹進(jìn)的內(nèi)周緣42的寬度大于外周緣40的寬度。
水下地震檢波器14按下述步驟制作。首先，安置先前極化的壓電晶體36，以便將它夾在那對堅實(shí)的圓形金屬板24，28之間。然后將環(huán)氧膠54施加于這兩塊金屬板的外周緣40上。隨后再將金屬板24，28和壓電晶體36放在一起，使晶體夾在兩金屬板之間，而且用一夾子將兩金屬板夾持在一起，這時環(huán)氧樹脂膠54即可進(jìn)行固化，這樣就形成了聲傳感器裝置20。
讓聲傳感器裝置20在低于150℃的溫度上進(jìn)行固化。在本優(yōu)選方法中，這固化溫度是65℃，大約是149°F。這種低溫固化與用焊料制備的裝置所要求的高溫固化相反，它避免了現(xiàn)行技術(shù)中使壓電陶瓷晶體36的極化遭受破壞的問題。這固化溫度可根據(jù)環(huán)氧樹脂膠制造廠商的規(guī)范進(jìn)行變化。例如，它可在95℃上固化1小時，也可在室溫下固化24小時。環(huán)氧樹脂膠54的不同制造廠家會有不同的固化溫度和固化時間。
在聲傳感器裝置20固化好后，即可用聚氨酯封埋材料30將其封裝進(jìn)可變形的殼，即保護(hù)罩32中來形成一密封組件20。最后，讓這密封裝置20在低于150℃的溫度上進(jìn)行固化以形成水下地震檢波器14。
雖然已對本發(fā)明的示范性實(shí)施例做了圖示和描述，前述的公開技術(shù)也隱含其它的改進(jìn)、變化和置換。因此，對所附的權(quán)利要求書進(jìn)行全面解釋，并與本發(fā)明的權(quán)利要求范圍取得一致是較為恰當(dāng)?shù)摹?br> 權(quán)利要求
1.一種聲傳感器裝置，它包括a.一塊壓電陶瓷晶體；b.一對堅實(shí)的圓形金屬板，它被這樣放置，使上述壓電陶瓷晶體夾在這兩金屬板之間，其中每塊金屬板都包括i.一種外周緣，環(huán)繞著形成于該金屬板的第一表面中的凹進(jìn)部分，這第一表面是朝向該壓電陶瓷晶體的；以及ii.一個環(huán)氧樹脂毛細(xì)作用屏障，它位于第一表面中并與外周緣相毗連；以及c.灌注于這兩金屬板和壓電陶瓷晶體之間的導(dǎo)電環(huán)氧樹脂膠，這里，每塊金屬板的外周緣都用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)在壓電陶瓷晶體上，這樣，就對這對金屬板之間形成了一空腔；以及d.一撓曲止擋，它附著在每個第一表面上。
2.按照權(quán)利要求1所述的聲傳感器，其特征在于環(huán)氧樹脂膠毛細(xì)作用屏障由一凹進(jìn)的內(nèi)周緣構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1所述的聲傳感器，其特征在于環(huán)氧樹脂膠毛細(xì)作用屏障由附著在外周緣的內(nèi)邊緣上的膠紙帶構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求1所述的聲傳感器，其特征在于撓曲止擋是由該壓電陶瓷晶體構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求1所述的聲傳感器，其特征在于這撓曲止擋可由與每個第一表面都相附連，并位于這第一表面中心與外周緣中間的一支持周緣構(gòu)成。
6.按照權(quán)利要求1所述的聲傳感器，它還包括a.一根連接在每個金屬板的第二表面上的導(dǎo)線，這第二表面是第一表面的反面，并在其上做有一凸出的部分；b.一個外殼，將這對金屬板和連接的導(dǎo)線罩住。c.一種封埋材料包圍在這對金屬板和導(dǎo)線的四周，并基本充滿了未被這對金屬板和導(dǎo)線占據(jù)的全部空間。
7.按照權(quán)利要求6所述的聲傳感器，其特征在于上述封埋材料是聚氨酯。
8.按照權(quán)利要求2所述的聲傳感器，其特征在于上述撓曲止擋由述壓電陶瓷晶體構(gòu)成。
9.按照權(quán)利要求2所述的聲傳感器，其特征在于上述撓曲止擋可由與每個第一表面都相附連，并位于這第一表面中心與外周緣中間的一支持周緣構(gòu)成。
10.一種水下地震檢波器，它包括a.一塊壓電陶瓷晶體；b.一對堅實(shí)的圓形金屬板，它被這樣放置，使該壓電陶瓷晶體夾在這兩金屬板之間，其中每塊金屬板還包括i.一個外周緣，環(huán)繞著形成于該金屬板的第一表面上的凹進(jìn)部分，該第一表面是朝向該壓電陶瓷晶體的；以及ii.一個環(huán)氧樹脂毛細(xì)作用屏障，它位于第一表面中并與外周緣相毗連；以及c.灌注于金屬板和壓電陶瓷晶體之間的環(huán)氧樹脂膠，這里，每塊金屬板的外周緣都用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)在壓電陶瓷晶體上，這樣，就在這對金屬板之間形成一空腔；d.一撓曲止擋，它與每個第一表面都附連。e.一根與每個金屬板的第二表面都相連的導(dǎo)線，該第二表面是第一表面的反面，并在其上形成有一凸出的部分；f.一個外殼，將這對金屬板和連接的導(dǎo)線裝于其中。g.一種封埋材料包圍在這對金屬板和導(dǎo)線的四周，并基本充滿了未被這對金屬板和導(dǎo)線占據(jù)的全部空間。
11.按照權(quán)利要求10所述的水下地震檢波器，其特征在于a.環(huán)氧樹脂毛細(xì)作用屏障由一凹進(jìn)的內(nèi)周緣構(gòu)成；b.撓曲止擋是由該壓電陶瓷晶體構(gòu)成；以及c.上述封埋材料是聚氨酯。
12.制備水下地震檢波器的方法，它包括下述步驟a.將先前極化過的壓電晶體與一對堅實(shí)的圓形金屬板組裝在一起，將壓電晶體夾在兩金屬板之間，并將環(huán)氧樹脂膠灌注于這兩金屬板與壓電陶瓷晶體之間，以便形成一個聲傳感器裝置；b.讓該聲傳感器裝置在低于150℃的溫度上進(jìn)行固化；c.將該聲傳感器裝置用聚氨酯封埋材料封裝在可撓曲的外殼中，以形成一密封裝置；以及d.在低于150℃的溫度上對該密封裝置進(jìn)行固化，以形成一水下地震檢波器。
全文摘要
一個聲傳感器裝置包含有一塊壓電陶瓷晶體。該裝置還包含一對堅實(shí)的圓形金屬板,這兩金屬板將這壓電陶瓷晶體夾在它們之間,其中,每塊金屬板都包含:(i)一個外周緣,它環(huán)繞著形成于該金屬板的第一表面上的凹進(jìn)部分,這第一表面朝向該壓電陶瓷晶體;(ii)一個環(huán)氧樹脂毛細(xì)作用屏障,該隔障形成于第一表面上并與外周緣毗連。該裝置還包含灌注在這兩金屬板和壓電陶瓷晶體之間的環(huán)氧樹脂膠,其中,每個金屬板的外周緣都被環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)在壓電陶瓷晶體上,這樣,這就在這對金屬板之間形成了一個空腔。該裝置還包括一個附著在每個第一表面上的撓曲止擋。
文檔編號G01V1/16GK1202301SQ96198340
公開日1998年12月16日 申請日期1996年10月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月2日
發(fā)明者W·H·常, A·S·巴格, B·思蒙斯基 申請人:輸入/輸出有限公司