專利名稱：一種全金屬封裝的壓電地震檢波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型主要涉及海洋石油地震勘探領(lǐng)域，尤其是海洋聲學(xué)傳感器設(shè)備領(lǐng)域， 主要是一種全金屬封裝的壓電型地震波檢波器。
背景技術(shù)：
隨著地震勘探技術(shù)由二維向三維高分辨率方向發(fā)展，地震資料的采集方式也由模 擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)換。壓電地震檢波器是系統(tǒng)采集地層反射聲信號的核心部件，是接收海底 地震波回波的聲學(xué)傳感器。當(dāng)壓電地震檢波器中的敏感元件感應(yīng)到來自海底地震波回波 信號時，能將這種回波聲信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出，經(jīng)過分析和處理就能夠得到詳細(xì)準(zhǔn)確的 地震勘探數(shù)據(jù)資料。地震檢波器有很多種形式，低頻地震波信號的采集通常采用壓電型的 檢波器。在國外，法國SERCEL公司開發(fā)的數(shù)字化高分辨率地震勘探系統(tǒng)，在全球海洋石油 勘探領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位，其數(shù)字拖纜內(nèi)部就是安裝了美國BENTHOS公司的壓電型地震檢波器在國內(nèi)，由于受到矩形薄板壓電元件的材料配方和制作工藝的制約，以及金屬封 裝工藝過程中，產(chǎn)生的熱量會對矩形薄板壓電元件產(chǎn)生重大影響，以前研制的壓電地震檢 波器通常是采用聚氨酯灌注方法進(jìn)行封裝。聚氨酯橡膠透聲層與壓電元件表面直接接觸， 由于聚氨酯材料本身具有吸水性，存在慢滲透，灌注成型后的壓電檢波器，其絕緣強(qiáng)度很快 因受潮而降低，增加了檢波器的漏電干擾，縮短了檢波器的使用壽命。同時，由于灌注的聚 氨酯材料隨溫度、壓力和時間的變化，存在不穩(wěn)定性，其密度、聲速和透聲性等聲學(xué)性能也 會發(fā)生改變，從而影響了檢波器的聲學(xué)性能，所以灌注型的檢波器穩(wěn)定性差。此外，金屬材 料的特性阻抗(Pc)、楊氏模量和線性膨脹系數(shù)等也會對檢波器的聲學(xué)性能造成很大的影 響，加熱焊接過程中的熱傳導(dǎo)也會使敏感元件出現(xiàn)退極化現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了壓電檢波器性 能的提高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種性能優(yōu)良穩(wěn)定、使用壽命長的 全金屬封裝的壓電型地震波檢波器。本實用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種全金屬封裝的壓電地震檢波 器，主要包括矩形薄板電元件、鏤空振動梁、金屬外殼、金屬端蓋和小型玻璃絕緣子，矩形薄 板電元件固定在鏤空振動梁的工作面上，矩形薄板電元件及鏤空振動梁設(shè)于金屬外殼內(nèi)， 鏤空振動梁的一端伸出金屬外殼，鏤空振動梁上焊接固定有金屬端蓋，金屬端蓋上焊接有 小型玻璃絕緣子，小型玻璃絕緣子分別與矩形薄板電元件的正負(fù)電極相連，小型玻璃絕緣 子的引出端連接有PVC引出導(dǎo)線，PVC引出導(dǎo)線與小型玻璃絕緣子的連接處設(shè)有防滲漏層。所述矩形薄板電元件與鏤空振動梁之間通過粘結(jié)劑固定。所述防滲漏層為聚醚型的聚氨酯橡膠。所述矩形薄板電元件的正電極面經(jīng)頂端翻邊圓滑過渡到負(fù)電極面，形成正、負(fù)電極共面的“花片”，花片中間留有絕緣區(qū)，電極面光潔平整。所述鏤空振動梁是由金屬銅合金精密制成的長方體，中心鏤空貫通，鏤空后的內(nèi) 部凹面為低頻聲波的接收面，四周邊緣厚度均勻且平整，表面有助焊和防腐涂層。所述金屬端蓋的表面設(shè)有助焊和防腐涂層。所述小型玻璃絕緣子由中間導(dǎo)線柱和圍殼體組成，中間導(dǎo)線柱位于圍殼體中央， 表面鍍有金或鎳。本實用新型有益的效果是本實用新型的兩片矩形薄板壓電元件與鏤空振動梁粘 接牢固形成兩片并聯(lián)的雙疊片組合，在聲學(xué)結(jié)構(gòu)上，鏤空振動梁是矩形薄板壓電元件的背 襯，振動模式為雙疊片的彎曲振動，邊界條件為 邊緣剛性簡支，背面為空氣腔無填充，對稱 布局，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧；矩形薄板壓電元件的正電極面經(jīng)頂端翻邊圓滑過渡到負(fù)電極 面，形成正、負(fù)電極共面的“花片”，便于檢波器電極連接形成并聯(lián)關(guān)系。電信號的輸出通過 小型玻璃絕緣子轉(zhuǎn)接，阻斷了潮濕空氣的侵入路徑，有效地提高檢波器的絕緣強(qiáng)度，同時也 提高了耐壓能力；檢波器整體結(jié)構(gòu)的連接縫隙處，均使用全金屬低溫焊接密封，能夠抗壓、 耐油和防腐蝕，延長檢波器的使用壽命。同時能有效的降低空間電磁干擾信號對檢波器的 影響，降低檢波器的自噪聲。環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑選擇高絕緣強(qiáng)度和高穩(wěn)定性，按特定的比例混 合填充氧化鋁微粉，目的是既有牢固和穩(wěn)定的粘接效果，又能阻斷敏感元件與金屬外殼的 電接觸，有效降低外界電磁信號和流噪聲對檢波器的干擾，也可降低焊接過程熱傳導(dǎo)的影 響。

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明矩形薄板電元件1，鏤空振動梁2，金屬外殼3，金屬端蓋4，小型玻 璃絕緣子5，防滲漏層6，PVC引出導(dǎo)線7，粘結(jié)劑8。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明如圖所示，這種全金屬封裝的壓電地震檢波器，主要包括矩形薄板電元件1、鏤空 振動梁2、金屬外殼3、金屬端蓋4和小型玻璃絕緣子5，矩形薄板電元件1通過粘結(jié)劑8固 定在鏤空振動梁2的工作面上，形成兩個雙疊片并聯(lián)組件，粘結(jié)劑8為環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，按 照環(huán)氧樹脂、固化劑、填充劑1 1 0.6的重量比例混合均勻制成，既有牢固的粘接效果 又能阻斷雙疊片之間的電連通，以降低外界電磁信號對檢波器的干擾。粘接劑8特殊的配 方效果，也可降低焊接過程的熱傳導(dǎo)。矩形薄板電元件1及鏤空振動梁2設(shè)于金屬外殼3 內(nèi)，鏤空振動梁2的一端伸出金屬外殼3，金屬外殼3用于支撐兩個雙疊片并聯(lián)振動組件，同 時具有抗壓和密封效果，金屬外殼3與鏤空振動梁2的連接縫隙處需要焊接密封，鏤空振動 梁2上焊接固定有金屬端蓋4，金屬端蓋4的作用是支撐兩個雙疊片并聯(lián)振動組件的另一 端，同時也作為引出線的轉(zhuǎn)接平臺，金屬端蓋4的表面設(shè)有助焊和防腐涂層，金屬端蓋4上 焊接有小型玻璃絕緣子5，小型玻璃絕緣子5由中間導(dǎo)線柱和圍殼體組成，中間導(dǎo)線柱位于 圍殼體中央，表面鍍有金或鎳。小型玻璃絕緣子5分別與矩形薄板電元件1的正負(fù)電極相 連，電路上形成并聯(lián)關(guān)系，小型玻璃絕緣子5的引出端連接有PVC引出導(dǎo)線7，PVC引出導(dǎo)線7與小型玻璃絕緣子5的連接處設(shè)有防滲漏層6，防滲漏層6對PVC引出導(dǎo)線7與小型玻璃 絕緣子5的接頭進(jìn)行全包覆，起到防水滲透的作用，防滲漏層6為聚醚型的聚氨酯橡膠，滲 水率低，耐油、耐酸堿，具有良好的穩(wěn)定性，適合壓電地震檢波器能夠長久工作。矩形薄板電元件1由高靈敏度的PZT-5壓電材料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制成，厚度約為0. 2毫米，矩形薄板電元件1的正電極面經(jīng)頂端翻邊圓滑過渡到負(fù)電極面，形成正、負(fù)電極共面 的“花片”，花片中間留有絕緣區(qū)，電極面光潔平整，與錫焊料可焊性好。鏤空振動梁2是由金屬銅合金精密制成的長方體，中心鏤空貫通，鏤空后的內(nèi)部 凹面為低頻聲波的接收面，四周邊緣厚度均勻且平整，表面有助焊和防腐涂層。兩片矩形薄 板壓電元件1用粘結(jié)劑8精確粘貼在鏤空振動梁2的工作面，用細(xì)導(dǎo)線并聯(lián)連接，組成兩個 雙疊片并聯(lián)振動組件。鏤空振動梁2的厚度需要與矩形薄板壓電元件1和粘結(jié)層進(jìn)行匹配， 才能取得最佳的振動轉(zhuǎn)換效果。首先是粘結(jié)劑的配制，不能產(chǎn)生氣泡和分層，膠體流動性要好；兩片矩形薄板壓電 元件1經(jīng)打毛和去油處理后，精確、平整地粘接在鏤空振動梁2的工作面指定位置，使用專 用的夾具，施加合適的預(yù)應(yīng)力，待粘結(jié)劑8固化后，形成兩個雙疊片，分別用細(xì)導(dǎo)線連接雙 疊片的正、負(fù)極，用聚酰胺絕緣膠帶保護(hù)好細(xì)導(dǎo)線，這樣就完成了雙疊片振動組件的組裝； 兩個小型玻璃絕緣子5安裝固定在金屬端蓋4上，一端與雙疊片振動組件的正、負(fù)極焊接連 接，另一端用雙色PVC引出線7分別焊接引出，作為檢波器的引出電極，完成連線后，將振動 組件和金屬端蓋4 一同裝入金屬外殼3內(nèi)固定，所有接逢處用低溫金屬釬焊技術(shù)密封牢固， 形成抗壓、耐腐、防滲效果。注意低溫金屬釬焊的溫度要盡可能的降低，避免由于熱傳導(dǎo)引 起的敏感元件退極化。最后用聚氨酯橡膠澆鑄密封PVC導(dǎo)線焊接點，待固化和清潔后，防滲 漏層這樣就做好了，同時也完成了全金屬封裝的壓電地震檢波器制作全過程。由兩片高靈敏度的矩形薄板壓電元件1與鏤空振動梁2粘接，形成一個并聯(lián)的雙 疊片振動組合，內(nèi)嵌于圓柱形金屬外殼3中央。鏤空振動梁2與金屬外殼3和金屬端蓋4之 間剛性密封聯(lián)接。其工作原理是利用矩形壓電薄片1與鏤空振動梁2組成的雙疊片彎曲振 動，簡支邊界條件，空氣背襯，外形為金屬密封的圓柱體，具有抗壓和防腐作用。為提高檢波 器的防滲漏，耐腐蝕能力，信號引出線通過高溫?zé)Y(jié)的小型玻璃絕緣子5轉(zhuǎn)接。由于采用了 金屬低溫焊接和密封技術(shù)，使檢波器內(nèi)部的敏感元件與海水等液態(tài)媒介完全隔離，極大地 提高了檢波器的絕緣強(qiáng)度，有效地抑制漏電，降低了環(huán)境中的電磁干擾對檢波器的影響，延 長了檢波器的使用壽命，并且聲壓靈敏度、加速度靈敏度、電容量等聲學(xué)性能隨壓力、溫度、 時間的變化具有穩(wěn)定性好等優(yōu)點。可作為探測海底地震波反射信號的聲學(xué)傳感器，主要應(yīng) 用于海洋物探領(lǐng)域的拖曳線列陣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，尤其適合作為數(shù)字聲納多線陣零浮力拖曳 纜的聲信號接收基元。除上述實施例外，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實用新 型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種全金屬封裝的壓電地震檢波器，主要包括矩形薄板電元件(1)、鏤空振動梁(2)、金屬外殼(3)、金屬端蓋(4)和小型玻璃絕緣子(5)，其特征在于矩形薄板電元件(1)固定在鏤空振動梁(2)的工作面上，矩形薄板電元件(1)及鏤空振動梁(2)設(shè)于金屬外殼(3)內(nèi)，鏤空振動梁(2)的一端伸出金屬外殼(3)，鏤空振動梁(2)上焊接固定有金屬端蓋(4)，金屬端蓋(4)上焊接有小型玻璃絕緣子(5)，小型玻璃絕緣子(5)分別與矩形薄板電元件(1)的正負(fù)電極相連，小型玻璃絕緣子(5)的引出端連接有PVC引出導(dǎo)線(7)，PVC引出導(dǎo)線(7)與小型玻璃絕緣子(5)的連接處設(shè)有防滲漏層(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全金屬封裝的壓電地震檢波器，其特征是所述矩形薄板電 元件⑴與鏤空振動梁⑵之間通過粘結(jié)劑⑶固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全金屬封裝的壓電地震檢波器，其特征是所述粘結(jié)劑(8) 為環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全金屬封裝的壓電地震檢波器，其特征是所述防滲漏層(6) 為聚醚型的聚氨酯橡膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全金屬封裝的壓電地震檢波器，其特征是所述矩形薄板電 元件(1)的正電極面經(jīng)頂端翻邊圓滑過渡到負(fù)電極面，形成正、負(fù)電極共面的花片，花片中 間留有絕緣區(qū)，電極面光潔平整。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全金屬封裝的壓電地震檢波器，其特征是所述鏤空振動梁 (2)是由金屬銅合金精密制成的長方體，中心鏤空貫通，鏤空后的內(nèi)部凹面為低頻聲波的接 收面，四周邊緣厚度均勻且平整，表面有助焊和防腐涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全金屬封裝的壓電地震檢波器，其特征是所述金屬端蓋(4) 的表面設(shè)有助焊和防腐涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全金屬封裝的壓電地震檢波器，其特征是所述小型玻璃絕 緣子(5)由中間導(dǎo)線柱和圍殼體組成，中間導(dǎo)線柱位于圍殼體中央，表面鍍有金或鎳。
專利摘要本實用新型涉及一種全金屬封裝的壓電地震檢波器，主要包括矩形薄板電元件、鏤空振動梁、金屬外殼、金屬端蓋和小型玻璃絕緣子，矩形薄板電元件固定在鏤空振動梁的工作面上，矩形薄板電元件及鏤空振動梁設(shè)于金屬外殼內(nèi)，鏤空振動梁上焊接固定有金屬端蓋，金屬端蓋上焊接有小型玻璃絕緣子，小型玻璃絕緣子分別與矩形薄板電元件的正負(fù)電極相連，小型玻璃絕緣子的引出端連接有PVC引出導(dǎo)線，PVC引出導(dǎo)線與小型玻璃絕緣子的連接處設(shè)有防滲漏層。本實用新型有益的效果是本實用新型有效地提高檢波器的絕緣強(qiáng)度，能夠抗壓、耐油和防腐蝕，延長檢波器的使用壽命。有效降低外界電磁信號和流噪聲對檢波器的干擾，也可降低焊接過程熱傳導(dǎo)的影響。
文檔編號G01V1/18GK201562053SQ20092019869
公開日2010年8月25日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者徐平, 費騰 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所