次聲波傳感器電容式次聲波傳感器

電容式次聲波傳感器是利用電容原理檢測次聲波的傳感元件，將空氣中的被測次聲頻率波動量轉(zhuǎn)化成為電容量，進(jìn)而實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)化，在此基礎(chǔ)上利用檢測電路將電容變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號。電容式次聲傳感器具有頻響寬、通帶內(nèi)特性平坦、非接觸式測量的優(yōu)點，在聲學(xué)領(lǐng)域十分具有發(fā)展前途。

次聲傳感器種類很多，常見的有電容式、波紋管膜盒型、光纖等。電容式傳感器的體積小，靈敏度高，頻率響應(yīng)好，可以直接與記錄器或模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連結(jié)，使用方便。電容型次聲頻傳感器頻率響應(yīng)為勁度控制，系統(tǒng)的高頻由系統(tǒng)的勁度（彈性的倒數(shù)）控制，有平直的響應(yīng)，其下限頻率很容易做得很低，甚至為零赫茲，靈敏度可以做得非常高。傳感器只對聲波敏感，對振動不敏感，使傳感器有很好的抗干擾性能。電容型還有一個特別的優(yōu)越性，由于上限頻率低，膜片勁度可以很低，張力可以很低，膜片可以工作于彈性區(qū)，不會因為外界影響（如溫度，時間等）改變其長期穩(wěn)定性。

中國科學(xué)院噪聲與振動實驗室研制了一系列型號的次聲傳感器，包括動圈式次聲傳感器，波紋管膜盒型次聲傳感器和電容式次聲傳感器，已完成了八個型號的電容式次聲傳感器的研制，CC-1T型、CDC-2B型（中），InSAS2008型（右）次聲傳感器的靈敏度為750mv/Pa至900mv/Pa，可適用于次聲波的聲壓測量和構(gòu)建次聲測量陣列用來測定次聲波的聲源位置和傳播特性。

國內(nèi)多數(shù)次聲觀測站采用電容式次聲傳感器。這種電容式次聲波傳感器已在冰雹預(yù)報、地震次聲預(yù)報及地球物理等研究領(lǐng)域中多有使用。其他類型的傳感器普遍存在的問題是，靈敏度低，頻率響應(yīng)不容易平直以及裝置笨重等。例如，電動型的次聲波傳感器是質(zhì)量控制，其頻率下限由質(zhì)量決定，為得到足夠低的下限頻率，就要求振動系統(tǒng)有足夠大的質(zhì)量和順性，這樣系統(tǒng)必然就很笨重。

次聲波三維動態(tài)頻譜

用次聲接收器 ，以次聲三點陣形式安裝，測量大風(fēng)的次聲波P-t曲線。用快速傅立葉變換得到它們的三維動態(tài)頻譜。

4～8級大風(fēng)均能產(chǎn)生振幅較強(qiáng)、方向可測的次聲波,它們有許多5,8,10,12,15 min左右的短周期成分,同時也有30～65 min的長周期成分,每隔一段時間就出現(xiàn)從短周期到長周期連成一片的現(xiàn)象,風(fēng)力越大,連接出現(xiàn)得越頻繁.大風(fēng)的次聲波三維動態(tài)頻譜的強(qiáng)振幅平均值與風(fēng)力級 數(shù)的大小有關(guān),前者隨后者的增加而增大,根據(jù)風(fēng)的次聲三維動態(tài)頻譜用得到的經(jīng)驗公式可以估算出風(fēng)力級數(shù)。

4級風(fēng)的次聲波三維動態(tài)頻譜的特點：

（1）P-t曲線上的許多尖脈沖對應(yīng)著許多短周期成分，大部分都在1-5min；

（2）P-t曲線同時存在著緩慢的飄移，它對應(yīng)30-65min的長周期成分；

（3）每隔一段時間就會出現(xiàn)從短周期到長周期連成一片（1-65min）的現(xiàn)象；

（4）四級風(fēng)的聲振幅值較小，它包含長、短周期成分，對應(yīng)到三維動態(tài)頻譜上，出現(xiàn)最多的強(qiáng)振幅范圍基本

上都在20-30Pa，個別會達(dá)到31Pa；

（5）因為風(fēng)力級數(shù)指10min內(nèi)的平均風(fēng)速，故經(jīng)統(tǒng)計4級風(fēng)的三維動態(tài)頻譜的強(qiáng)振幅平均值約為24Pa。

常見傳感器對于次聲段的檢測效果不明顯，而檢測環(huán)境次聲波具有現(xiàn)實意義和科學(xué)價值。次聲波檢測核心技術(shù)是次聲傳感器的研制，商品化檢測設(shè)備主要采用自動補(bǔ)償光纖次聲波傳感器、次聲波壓力傳感器、雙電容式次聲接收器、高靈敏度寬頻帶電容次聲傳感器或電容式次聲接收器等進(jìn)行次聲測量。國內(nèi)多數(shù)采用的是電動式和電容式次聲傳感器。電動式的次聲傳感器頻率下限由質(zhì)量決定，要求振動系統(tǒng)有足夠大的質(zhì)量和順性使系統(tǒng)笨重。而電容式的不足之處是要求結(jié)構(gòu)精細(xì)，選材嚴(yán)格，主要零件都要求超精加工， 并且易受環(huán)境條件對系統(tǒng)勁度的影響導(dǎo)致“零漂”。

第1章

傳感器的一般特性1·1 傳感器的靜態(tài)特性1·2 傳感器的動態(tài)特性1·3 傳感器動態(tài)特性分析1·4 傳感器無失真測試條件1·5 機(jī)電模擬和變量分類思考題與習(xí)題

第2章 電阻應(yīng)變式傳感器

2·1 金屬電阻應(yīng)變式傳感器

2·2 半導(dǎo)體應(yīng)變片及壓阻式傳感器

2·3 電位計式傳感器

思考題與習(xí)題

第3章 電感式傳感器

3·1 電感式傳感器

3·2 差動變壓器

3·3 電渦流式傳感器

思考題與習(xí)題

第4章 電容式傳感器

4·1 電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)類型

4·2 電容式傳感器的靜態(tài)特性

4·3 電容式傳感器的等效電路

4·4 電容式傳感器的特點和設(shè)計要點

4·5 電容式傳感器的測量電路

4·6 電容式傳感器的應(yīng)用

附錄a 具有固體介質(zhì)的變間隙電容式傳感器原理特性分析推導(dǎo)

附錄b 變介電常數(shù)電容式傳感器原理特性分析推導(dǎo)

附錄c 電容測厚原理推導(dǎo)

思考題與習(xí)題

第5章 壓電式傳感器

5·1 壓電式傳感器的工作原理

5·2 壓電材料的主要特性

5·3 壓電元件常用的結(jié)構(gòu)形式

5·4 壓電式傳感器的信號調(diào)理電路

5·5 壓電式傳感器的應(yīng)用

思考題與習(xí)題

第6章 磁電式傳感器

6·1 磁電式傳感器的原理和結(jié)構(gòu)

6·2 磁電式傳感器的設(shè)計要點

6·3 磁電式傳感器的應(yīng)用

思考題與習(xí)題

第7章 熱電式傳感器

7·1 熱電阻

7·2 pn結(jié)型溫度傳感器

7·3 熱電偶

思考題與習(xí)題

第8章 光電式傳感器

8·1 光電效應(yīng)

8·2 光電器件

8·3 光源及光學(xué)元件

8·4 光電式傳感器的應(yīng)用

8·5 光纖傳感器

8·6 紅外傳感器

8·7 圖像傳感器簡介

思考題與習(xí)題

第9章 磁敏傳感器

9·1 霍爾傳感器

9·2 磁敏電阻

9·3 結(jié)型磁敏管

思考題與習(xí)題

第10章 數(shù)字式傳感器

10·1 光柵傳感器

10·2 磁柵傳感器

10·3 感應(yīng)同步器

10·4 角數(shù)字編碼器

10·5 頻率式數(shù)字傳感器

思考題與習(xí)題

第11章 氣體傳感器

11·1 熱導(dǎo)式氣體傳感器

11·2 接觸燃燒式氣敏傳感器

11·3 半導(dǎo)體氣體傳感器

11·4 紅外氣體傳感器

11·5 濕式氣體傳感器

思考題與習(xí)題

第12章 濕度傳感器

12.1 濕度及濕度傳感器的特性和分類

12.2 電解質(zhì)系濕度傳感器

12.3 半導(dǎo)體及陶瓷濕度傳感器

12.4 有機(jī)物及高分子聚合物濕度傳感器

12.5 非水分子親合力型濕度傳感器

12.6 濕度傳感器的應(yīng)用

思考題與習(xí)題

第13章 其他傳感器簡介

13.1 超聲波傳感器

13.2 微波傳感器

13.3 超導(dǎo)傳感器

13.4 智能傳感器

思考題與習(xí)題

第14章 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)

14.1 傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定

14.2 傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定

14.3 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)

14.4 振動傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)

14.5 溫度傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)

思考題與習(xí)題2100433B