专利名称：实验室三分量换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于实验室中测量超声波三向振动波形的换能装置。
本世纪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。据1995年8月28日中国专利局信息中心检索结果，证明本实用新型具有新颖性。
本实用新型的目的是提供一种实验室用的换能器。它的尺寸小，结构紧凑，能安装在小尺度试件上并能在实验的高温、高压环境中同时测量三个互相垂直方向的超声振动。
图1和图2给出了本实用新型的实施例1。在实施例1中，三分量换能器由圆柱形金属壳体(1)，圆锥形金属晶片台(2)，三块压电晶片(3)、(4)、(5)和三根信号输出屏蔽线(6)、(7)、(8)组成。
图3和图4给出了本实用新型的实施例2。实施例2与实施例1不同之处在于金属晶片台(2)为圆柱形。
图5和图6给出了本实用新型的实施例3。实施例3与实施例1不同之处在于金属壳体(1)和金属晶片台(2)均为方柱形。
在本实用新型中三块压电晶片是三分量换能器的换能元件。晶片在加工间加工好，具有良好的方向性。在晶片表面镀一层金属膜，然后将三块晶片按一定配置用耐高温胶粘接在晶片台上。这样，三块晶片分别接受空间三个互相垂直方向的振动，并将振动的机械能转换为电信号。每块晶片上焊接一根屏蔽线，三根屏蔽线通过壳体顶孔引出将信号传输到测量仪器中去。本实用新型实施例1和实施例2中，壳体与晶片台靠螺纹拧固。实施例3中，壳体与晶片台靠耐高温胶粘接。
本实用新型结构紧凑，体积小，重量轻，便于安装在实验模型和试件之上。接收到的波形清晰、方向性强、灵敏度高，有较宽的频带。可用于0-1GPa的压力范围和0-300℃的温度范围。适合地震模拟实验与岩石物性测量的需要。
权利要求1.一种换能器，由金属壳体，金属晶片台，压电晶片和信号输出线组成，其特征在于金属壳体(1)包括圆柱形和方柱形，金属晶片台(2)包括圆锥形，圆柱形和方柱形，压电晶片(3)(4)(5)三块，信号输出线(6)(7)(8)三根。
2.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于圆柱形壳体与圆锥形晶片台或圆柱形晶片台配用，二者之间用螺纹拧固。
3.根据权利要求1所述换能器，其特征在于方柱形壳体与方柱形晶片台配用，二者之间用耐高温胶粘接。
4.根据权利要求1所述换能器，其特征在于压电晶片(3)(4)(5)表面镀有金属膜，并用耐高温胶粘接在金属晶片台(2)上。
5.根据权利要求1所述换能器，其特征在于三根信号输出线(6)(7)(8)分别焊接在三块压电晶片(3)(4)(5)上，并通过金属壳体(1)的顶孔引出，同时做为屏蔽线。
专利摘要本实用新型提供了一种用于地震模拟实验研究和岩石物性测量的三分量换能器。主要由金属壳体(1)、金属晶片台(2)、三块压电晶体片(3)、(4)、(5)和信号输出屏蔽线(6)、(7)、(8)等组成。三块晶片分别接收三个互相垂直方向的振动并将振动信号转变为电信号，再输入测量仪器。本换能器接收到的波形清晰、方向性强、灵敏度高(6K(mv/g))，有较宽的频带，并可用于高温(0-300℃)、高压(0-1GPa)实验条件。
文档编号G01H11/00GK2249894SQ9522179
公开日1997年3月19日 申请日期1995年9月22日 优先权日1995年9月22日
发明者刘晓红 申请人:国家地震局地球物理研究所