一种三分量换能器的制作方法

本实用新型涉及换能器技术领域，具体而言，涉及一种三分量换能器，测试三向震动波。

背景技术：

在物理教学中，世纪40年代超声脉冲技术的发展使得在实验室中进行天然地震和物探人工地震的模拟实验成为可能。50年代起地球物理模型实验在各国相继开展起来。60年代初超声脉冲技术又开始用于岩石高温、高压下的物性测量。60年代中期起超声脉冲技术又被用于地震前兆和地震机制的实验研究领域。在所有这些实验研究中，将超声脉冲机械振动信号转变为电信号的换能器是关键的实验设备。

地震和地球物理模拟实验中使用的换能器，相当于天然地震和人工地震观测所用的地震仪。由于实验的试件尺度与自然界中观测研究的范围相比要小得多，故模拟实验所用的超声波波长比自然界中传播的地震波波长短得多。为适应这差别，实验室换能器的机电信号转换元件一般采用压电晶体。由于实验试件尺度有限，要求换能器尺寸小，结构紧凑。这就为制作实验室用换能器带来了困难。某些实验还要求在高温、高压条件下进行，因此要求换能器在高温、高压环境中性能正常。

现有实验室用的换能器一般为单分向换能器，仅能检测一个方向的振动。而在天然地震和物探人工地震的观测中均使用三分向地震仪。为在实验中测量不同方向的振动需更换三种探头进行三次实验才能取得完整的数据，这给实验带来了困难。而某些实验必需同时观测记录三个方向的振动，无法以三次实验代替。唯一的办法是研制实验室三分量换能器，现有的三分量换能器通常将三个晶片呈三角设置，这就需要晶片承载装置具有较大的承载空间，这限制了换能器的尺寸，导致换能器体积过大。

有鉴于此，设计制造出一种采用叠片式结构，能够有效减小换能器体积的三分量换能器就显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种三分量换能器，采用叠片式结构，能够有效减小换能器的体积。

本实用新型是采用以下的技术方案来实现的。

一种三分量换能器，包括金属壳体、晶片台、第一压电晶片、第二压电晶片以及第三压电晶片，金属壳体罩设在晶片台上并具有晶片容置腔，第一压电晶片设置在晶片台上，且第一压电晶片、第二压电晶片以及第三压电晶片依次重叠设置并共同形成压电叠堆结构。

进一步地，晶片容置腔内还设置有阻尼材料，阻尼材料罩设在压电叠堆结构上并分别与晶片容置腔的顶壁和底壁相抵接。

进一步地，金属壳体包括压头和容置壳本体，容置壳本体与晶片台可拆卸连接并共同形成晶片容置腔，压头固定设置在容置壳本体远离晶片台的一端。

进一步地，压头的外周面开设有第一过液孔和第二过液孔，且容置壳本体内设置有第一过液通道和第二过液通道，第一过液孔与第一过液通道连通，第二过液孔与第二过液通道连通。

进一步地，第一过液通道和第二过液通道向下贯穿晶片台。

进一步地，晶片台底面有十字槽及环形槽与第一过液通道和第二过液通道向下贯穿便于液体注入岩心。

进一步地，第一过液孔和第二过液孔分别设置在压头相对的两侧，且第一过液孔的开口方向与第二过液孔的开口方向相反。

进一步地，金属壳体的横截面呈圆形或矩形。

进一步地，晶片台包括承载部与连接部，承载部设置在连接部上，第一压电晶片设置在承载部上，金属壳体与连接部连接。

进一步地，连接部与承载部的横截面均呈圆形或矩形。

一种三分量换能器，包括金属壳体、晶片台、第一压电晶片、第二压电晶片、第三压电晶片以及控制电路板，金属壳体罩设在晶片台上并具有晶片容置腔，第一压电晶片设置在晶片台上，且第一压电晶片、第二压电晶片以及第三压电晶片依次重叠设置并共同形成压电叠堆结构，控制电路板设置在晶片容置腔内并分别与第一压电晶片、第二压电晶片以及第三压电晶片电连接，且控制电路板上设置有伸出金属壳体的信号输出线。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种三分量换能器，将金属壳体罩设在晶片台上，第一压电晶片设置在晶片台上，且第一压电晶片、第二压电晶片以及第三压电晶片依次重叠设置并共同形成压电叠堆结构。通过将第一压电晶片、第二压电晶片以及第三压电晶片重叠设置，能够大大减小压电晶片占用的空间，进而可以减小金属壳体的体积，使得该三分量换能器的体积大大减小。相较于现有技术，本实用新型提供的一种三分量换能器，采用叠片式结构，能够有效减小换能器的体积。

本实用新型提供的一种三分量换能器，在金属壳体的压头的外周面开设有第一过液孔和第二过液孔，且第一过液孔与金属壳体的容置壳本体内的第一过液通道连通，第二过液孔与金属壳体的容置壳本体内的第二过液通道连通，通过设置第一过液孔和第二过液孔及底面十字槽及环形槽，将该三分量换能器注液时能够方便液体注入岩块。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的三分量换能器的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的三分量换能器的横截剖面结构示意图；

图3为图1中金属壳体的结构示意图；

图4为图1中晶片台的结构示意图；

图5为本实用新型第二实施例提供的三分量换能器的结构示意图。

图标：100-三分量换能器；110-金属壳体；111-压头；113-容置壳本体；115-第一过液孔；117-第二过液孔；120-十字槽及环形槽；130-晶片台；131-承载部；133-连接部；150-第一压电晶片；151-第二压电晶片；153-第三压电晶片；170-阻尼材料；190-控制电路板； 191-信号输出线。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

结合参见图1和图2，本实施例提供了一种三分量换能器100，包括金属壳体110、晶片台130、第一压电晶片150、第二压电晶片 151以及第三压电晶片153，金属壳体110罩设在晶片台130上并具有晶片容置腔，第一压电晶片150设置在晶片台130上，且第一压电晶片150、第二压电晶片151以及第三压电晶片153依次重叠设置并共同形成压电叠堆结构。

在本实施例中，第一压电晶片150、第二压电晶片151以及第三压电晶片153的外形尺寸一致，且第二压电晶片151重叠设置在第一压电晶片150上，第三压电晶片153设置在第二压电晶片151上，第一压电晶片150通过高能耐热胶粘接在晶片台130上。具体地，第一压电晶片150、第二压电晶片151以及第三压电晶片153在加工间加工好后涂覆有金属保护层，并通过耐热胶粘接在一起。

在本实施例中，晶片容置腔内还设置有阻尼材料170，阻尼材料 170罩设在压电叠堆结构上并分别与晶片容置腔的顶壁和底壁相抵接。具体地，阻尼材料170采用阻尼材料填充而成，且阻尼材料170 也抵接在三个压电晶片上，并将三个压电晶片抵接在一起，对三个压电晶片进行固定。

在本实施例中，第一压电晶片150上焊接有第一信号输出线、第二压电晶片151上焊接设置有第二信号输出线，第三压电晶片153 上焊接设置有第三信号输出线，且第一信号输出线、第二信号输出线以及第三信号输出线均伸出金属壳体110外。

参见图3，金属壳体110包括压头111和容置壳本体113，容置壳本体113与晶片台130可拆卸连接并共同形成晶片容置腔，压头 111固定设置在容置壳本体113远离晶片台130的一端。

在本实施例中，压头111和容置壳本体113均采用不锈钢制成，具有良好的耐蚀性能，同时压头111和容量壳本体通过过盈配合的方式固定在一起。在本实用新型其他较佳的实施例中，压头111和容置壳本体113一体成型。

在本实施例中，压头111的外周面开设有第一过液孔115和第二过液孔117，且容置壳本体113内设置有第一过液通道和第二过液通道，第一过液孔115与第一过液通道连通，第二过液孔117与第二过液通道连通。通过设置第一过液孔115和第二过液孔117，将该三分量换能器100放置在岩芯中时能够方便液体注入岩块。

在本实施例中，第一过液通道和第二过液通道向下贯穿晶片台 130。具体地，晶片台130上也开设有分别与第一过液通道和第二过液通道相对应的开孔，开孔垂直向下并与外界连通。在本实用新型其他较佳的实施例中，第一过液通道和第二过液通道通过开设在晶片台 130侧面的开孔与外界连通，其具体结构在此不过多描述。

在本实施例中，第一过液孔115和第二过液孔117分别设置在压头111相对的两侧，且第一过液孔115的开口方向与第二过液孔117 的开口方向相反。在本实用新型其他较佳的实施例中，第一过液孔 115的开口方向与第二过液孔117的开口方向在同一直线上设置，在此不过多描述。

需要说明的是，本实施例中第一过液孔115和第二过液孔117均外接有不锈钢管或者塑料管接口，方便输送液体。

在本实施例中，金属壳体110的横截面呈圆形、锥形或矩形。优选地，金属壳体110的横截面呈圆形，具体地，压头111呈圆柱状、容置壳本体113也呈圆柱状，且压头111的直径大于容置壳本体113 的直径。当然，金属壳体110的形状并不仅仅限于此，金属壳体110 的横截面也可以是菱形、五边形等其他形状，在此不做具体限定。

参见图4，晶片台130包括承载部131与连接部133，承载部131 设置在连接部133上，第一压电晶片150设置在承载部131上，金属壳体110与连接部133连接。

在本实施例中，连接部133的外周面设置有外螺纹，容置壳本体 113的下端内周面设置有内螺纹，容置壳本体113与连接螺纹连接，方便进行拆装，当然，此处容置壳本体113也可以直接通过耐热胶粘接在连接部133上，或者通过点焊的方式焊接在连接部133上，其具体连接方式在此不作具体限定。

在本实施例中，连接部133与承载部131的横截面均呈圆形或矩形。具体地，连接部133与承载部131均为圆柱形，且连接部133 的半径大于承载部131的半径。当然，此处连接部133和承载部131 也可以是整体呈锥台状，或者连接部133与承载部131均呈多棱柱状，其具体结构形式在此不作具体限定。

综上所述，本实施例提供的一种三分量换能器100，将金属壳体 110罩设在晶片台130上，第一压电晶片150设置在晶片台130上，且第一压电晶片150、第二压电晶片151以及第三压电晶片153依次重叠设置并共同形成压电叠堆结构。通过将第一压电晶片150、第二压电晶片151以及第三压电晶片153重叠设置，能够大大减小压电晶片占用的空间，进而可以减小金属壳体110的体积，使得该三分量换能器100的体积大大减小。同时在金属壳体110的压头111的外周面开设有第一过液孔115和第二过液孔117，且第一过液孔115与金属壳体110的容置壳本体113内的第一过液通道连通，第二过液孔117 与金属壳体110的容置壳本体113内的第二过液通道连通，通过设置第一过液孔115和第二过液孔117，将该三分量换能器100放置在岩芯中时能够方便液体注入岩块。相较于现有技术，本实用新型提供的一种三分量换能器100，采用叠片式结构，能够有效减小换能器的体积。

第二实施例

参见图5，本实施例提供了一种三分量换能器100，其基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

本实施例提供的三分量换能器100包括金属壳体110、晶片台 130、第一压电晶片150、第二压电晶片151、第三压电晶片153以及控制电路板190，金属壳体110罩设在晶片台130上并具有晶片容置腔，第一压电晶片150设置在晶片台130上，且第一压电晶片150、第二压电晶片151以及第三压电晶片153依次重叠设置并共同形成压电叠堆结构，控制电路板190设置在晶片容置腔内并分别与第一压电晶片150、第二压电晶片151以及第三压电晶片153电连接，且控制电路板190上设置有伸出金属壳体110的信号输出线191。

在本实施例中，控制电路板190粘接设置在晶片容置腔的顶壁上并焊接设置有4条信号输出线191，将信号传递到外界。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。