CN110579270A - 一种适用于强电磁环境的声传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于强电磁环境的声传感器，包括：换能元件、橡胶封装层、导电涂层、橡胶封装层、换能元件正极信号线、换能元件负极信号线、屏蔽电缆正极信号线、屏蔽电缆金属屏蔽膜；通过使用导电涂层和屏蔽电缆金属屏蔽膜一起实现对换能元件的全部包裹，并通过导电涂层和金属屏蔽膜接地，实现对外部电磁场的完全屏蔽，从而可以在强电磁场环境中正常使用。本发明提供的声传感器，所需材料种类少，成本低，制作过程简单，耐腐蚀耐高温且体积小，能在变压器油中长期浸泡而性能保持稳定。
Description
技术领域
本发明涉及声学测试技术领域，更具体地，涉及一种适用于强电磁环境的声传感器。
背景技术
水听器是一种常见的用于液体介质中的声压测试的声传感器，其原理大多是采用各种压电陶瓷材料作为换能元件，将作用在换能元件上的声压波动转换为电信号被测试设备所获取，从而实现介质中的声压测量。水听器通常用于水声测试，相关产品较为常见，如BK8103、8104系列等。
利用水听器测量油浸式变压器内部噪声是一种具有极大应用潜力的技术，但目前可用来进行长期监测的声传感器较为少见。对此，发明专利《一种监测油浸式变压器噪声的传感器(专利号：ZL201710665174.3)》提出了一种新型传感器，可长期在变压器油中实现准确测试。虽然该新型传感器可采用金属网作为屏蔽层，使其具有一定的抗电磁干扰性能，但在强电磁环境中仍会受到影响，从而对测量准确性带来不良影响。
因此，急需设计一种能够适用于强电磁环境中的小型的声传感器，从而能够准确测量油浸式变压器内部噪声。
发明内容
基于此，本发明提出了一种适用于强电磁环境的声传感器，该声传感器的总体体积小，能够耐腐蚀耐高温，且具备很强的抗干扰性能，特别适用于油浸式变压器内部噪声的测量。
为解决上述问题，本发明提供了一种适用于强电磁环境的声传感器，包括：换能元件、内层橡胶封装层、导电涂层、外层橡胶封装层、屏蔽电缆正极信号线和屏蔽电缆金属屏蔽膜；所述换能元件和屏蔽电缆正极信号线由所述内层橡胶封装层进行封装，所述内层橡胶封装层的外侧设有所述导电涂层，所述导电涂层和屏蔽电缆金属屏蔽膜的外侧由所述外层橡胶封装层进行封装；
所述内层橡胶封装层设置于所述屏蔽电缆正极信号线和屏蔽电缆金属屏蔽膜之间；所述换能元件的换能元件正极信号线与屏蔽电缆正极信号线相连，所述换能元件的换能元件负极信号线与屏蔽电缆金属屏蔽膜或者导电涂层相连；所述导电涂层与屏蔽电缆金属屏蔽膜相连并部分重叠，以完全包裹住换能元件和屏蔽电缆正极信号线。
进一步的，所述屏蔽电缆正极信号线为单芯金属线。
进一步的，所述换能元件为PZT-5系列的压电陶瓷管。
进一步的，所述导电涂层和屏蔽电缆金属屏蔽膜接地或连接到设备地线。
进一步的，所述导电涂层与屏蔽电缆金属屏蔽膜为无任何孔洞的膜状结构。
进一步的，所述导电涂层为30μm的TF-801银导电漆，该银导电漆的电阻小于等于0.025欧姆/平方厘米。
进一步的，所述内层橡胶封装层和/或外层橡胶封装层采用聚氨酯材料。
进一步的，将所述声传感器置于油浸式变压器的油液中，以根据所述换能元件监测油液中的声压信号。
本发明中提出了一种适用于强电磁环境的声传感器，其通过外部设有超薄的导电涂层实现对换能元件的立体式全方位包裹，使得导电涂层包覆换能元件的同时保证其能够进行微弱噪声测量，并同时不显著增大传感器的体积；此外，使用带有金属膜屏蔽层的屏蔽线缆，并通过导电涂层和金属屏蔽膜接地，实现对外部电磁场的完全屏蔽，从而使得传感器完全可以在强电磁场环境中正常使用；最后，本发明提供的声传感器，所需材料种类少，成本低，可以从内向外进行层层包覆制作而成，其制作过程简单，本发明的声传感器的总体体积小(屏蔽线缆的直径可为3～5mm，传感部分体积为大拇指指头大小)，噪声测量准确，能够耐腐蚀耐高温，且具备很强的抗电磁干扰性能，特别适用于油浸式变压器内部噪声的测量。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本发明实施例所提供的声传感器的剖面图。
附图标记说明：换能元件—1、内层橡胶封装层—2、导电涂层—3、外层橡胶封装层—4、换能元件正极信号线—5、换能元件负极信号线—6、屏蔽电缆正极信号线—7、屏蔽电缆金属屏蔽膜—8、接地线—9、屏蔽电缆—10。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行清楚、完整地描述，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
图1是本发明所提供的适用于强电磁环境的声传感器的剖面图，所述声传感器包括：换能元件1、内层橡胶封装层2、导电涂层3、外层橡胶封装层4、换能元件正极信号线5、换能元件负极信号线6、屏蔽电缆正极信号线7、屏蔽电缆金属屏蔽膜8、接地线9、屏蔽电缆10。
如图1所示，本发明的声传感器中，各个部件的关系如下：换能元件1和屏蔽电缆正极信号线7由一层内层橡胶封装层2进行封装，从而让作为压电陶瓷管的换能元件1与屏蔽电缆10中的屏蔽电缆金属屏蔽膜8之间不形成闭合回路，进而使声传感器能正常运行。此外，内层橡胶封装层2的外侧设有一层超薄的导电涂层3，导电涂层3的外侧再次由外层橡胶封装层4进行封装，以使得传感能够绝缘隔热且耐腐蚀；屏蔽电缆10中包括屏蔽电缆正极信号线7和屏蔽电缆金属屏蔽膜8(即为屏蔽电缆的负极)，内层橡胶封装层2设置于屏蔽电缆正极信号线7和屏蔽电缆金属屏蔽膜8之间，以进行绝缘，屏蔽电缆金属屏蔽膜8的外侧再次由外层橡胶封装层4进行封装；换能元件1的换能元件正极信号线5与屏蔽电缆正极信号线7相连，换能元件负极信号线6与屏蔽电缆金属屏蔽膜8或者导电涂层3相连，导电涂层3的一端与屏蔽电缆金属屏蔽膜8相连并部分重叠；最终实现导电涂层3和屏蔽电缆金属屏蔽膜8能完全包裹住换能元件1和屏蔽电缆正极信号线7。
进一步的，为了实现传感器在水中的密封性和强电磁隔离，导电涂层3与屏蔽电缆金属屏蔽膜8为无任何孔洞的膜状结构，从而使得导电涂层和金属屏蔽膜能够完全包裹住换能元件1和屏蔽电缆正极信号线7。
在另外一个实施例中，屏蔽电缆正极信号线7可为单芯金属铜软线，单芯金属铜软线外为内层橡胶封装层2构成的橡胶绝缘层，橡胶绝缘层外为屏蔽电缆金属屏蔽膜8，所述内层橡胶封装层2可构成中空的柔性空心圆管结构，以密封包裹住屏蔽电缆正极信号线7和换能元件1，图1中的传感器上部所伸出的屏蔽电缆10的长度如需要进行延长，则可以通过与其它的延长屏蔽电缆进行对接，以深入放置到液体中进行噪声探测。
在另外一个实施例中，所述换能元件1可采用压电陶瓷材料，如PZT-5系列的压电陶瓷管，该材料为常用的水听器换能元件，适用于进行信号的接收，具有灵敏度高、稳定性好的优点。所述压电陶瓷管可以为图1中口字型的空心压电陶瓷管，当然也可以为其他形状的压电陶瓷材料结构，只要其能够实现噪声测量即可。
在另外一个实施例中，为了实现导电涂层3与屏蔽电缆金属屏蔽膜8的电磁屏蔽作用，所述导电涂层3和屏蔽电缆金属屏蔽膜8接地或连接到设备地线，优选地，如图1所示，屏蔽电缆金属屏蔽膜8通过接地线9进行单点接地，且该接地线9可以是与其它的延长屏蔽电缆连接的接地线。
此外，经过多次试验，本发明的导电涂层3可优选为30微米的TF-801银导电漆，该导电漆的电阻≤0.025欧姆/平方厘米(漆膜厚度不少20微米)。如图1所示，换能元件负极信号线6与屏蔽电缆金属屏蔽膜8的一端焊接在一起。换能元件的正极信号线5与屏蔽电缆正极信号线7焊接在一起。导电涂层3与屏蔽电缆的金属屏蔽膜8相连并完全将换能元件1和换能元件1的换能元件的正极信号线5包裹到内部。优选地，导电涂层的涂料也可为聚氨酯高导电涂料等，从而在保证导电性的同时，增强其耐高温等性能。
在另外一个实施例中，所述内层橡胶封装层2和外层橡胶封装层4作为导电涂层3和屏蔽电缆的金属屏蔽膜8的包裹结构，其在具备绝缘性能的同时，由于其小型的声传感器可能要用于放置到一定温度和腐蚀性的液体中进行噪声测量(如变压器油当中)，故内层橡胶封装层2和外层橡胶封装层4可优选采用耐高温耐腐蚀的聚氨酯材料(polyurethane)，聚氨酯材料与如压电陶瓷管之类的换能元件1的粘合性好，同时具有良好的耐变压器油性能，能在变压器油中长期浸泡而性能保持稳定。例如，声传感器可以在80℃左右的温度下的变压器油中长期运行。
此外，本发明实施例中外层橡胶封装层4将所述换能元件1、内层橡胶封装层2、导电涂层3、换能元件正极信号线5、换能元件负极信号线6、屏蔽电缆正极信号线7和屏蔽电缆金属屏蔽膜8都全部封装，以保证传感器工作的稳定性。
具体地，一下说明本发明声传感器的工作方式和原理，以凸显其优点：在利用本发明的声传感器测量油浸式变压器油液内的声压信号时，将小型的声传感器放置于油浸式变压器油液中，因为油浸式变压器的铁芯和绕组等结构的振动会产生噪声，进而会使油液产生一定的声压，由于内层橡胶封装层2、导电涂层3、外层橡胶封装层4等具备一定的柔性且比较薄，故换能元件1此时能够准确的接收到声压信号，声传感器的压电陶瓷管监测到该声压后，将该声压信号转变为电信号进行传输，并同时通过导电涂层3和屏蔽电缆的金属屏蔽膜8构成的屏蔽层屏蔽掉外界电磁场干扰，使得工作人员可以根据该测得的电信号通过灵敏度转换后获得油浸式变压器内部噪声信号。
值得一提的是，本发明的适用于强电磁环境的声传感器，从内到外各个层次分明，布局合理，且所需材料种类和数量都比较少，制作成本低；其次，该声传感器可以从内向外进行层层包覆制作而成，其制作过程简单；此外，本发明的声传感器的总体体积小，传感部分总体积大小为大拇指指头一般大，其屏蔽线缆的直径可为3～5mm，从而可以使得其适用于伸入变压器内狭窄部位的测量环境中。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种适用于强电磁环境的声传感器，其特征在于，包括：换能元件、内层橡胶封装层、导电涂层、外层橡胶封装层、屏蔽电缆正极信号线和屏蔽电缆金属屏蔽膜；所述换能元件和屏蔽电缆正极信号线由所述内层橡胶封装层进行封装，所述内层橡胶封装层的外侧设有所述导电涂层，所述导电涂层和屏蔽电缆金属屏蔽膜的外侧由所述外层橡胶封装层进行封装；
所述内层橡胶封装层设置于所述屏蔽电缆正极信号线和屏蔽电缆金属屏蔽膜之间；所述换能元件的换能元件正极信号线与屏蔽电缆正极信号线相连，所述换能元件的换能元件负极信号线与屏蔽电缆金属屏蔽膜或者导电涂层相连；所述导电涂层与屏蔽电缆金属屏蔽膜相连并部分重叠，以完全包裹住换能元件和屏蔽电缆正极信号线。
2.如权利要求1所述的适用于强电磁环境的声传感器，其特征在于，所述屏蔽电缆正极信号线为单芯金属铜软线。
3.如权利要求1所述的适用于强电磁环境的声传感器，其特征在于，所述换能元件为PZT-5系列的压电陶瓷管。
4.如权利要求1所述的适用于强电磁环境的声传感器，其特征在于，所述导电涂层和屏蔽电缆金属屏蔽膜接地或连接到设备地线。
5.如权利要求1所述的适用于强电磁环境的声传感器，其特征在于，所述导电涂层与屏蔽电缆金属屏蔽膜为无任何孔洞的膜状结构。
6.如权利要求1或5所述的适用于强电磁环境的声传感器，其特征在于，所述导电涂层为30μm的TF-801银导电漆，该银导电漆的电阻小于等于0.025欧姆/平方厘米。
7.如权利要求1所述的适用于强电磁环境的声传感器，其特征在于，所述内层橡胶封装层和/或外层橡胶封装层采用聚氨酯材料。
8.如权利要求1所述的适用于强电磁环境的声传感器，其特征在于，将所述声传感器置于油浸式变压器的油液中，以根据所述换能元件监测油液中的声压信号。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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