全文摘要
一种基于微粒碰撞噪声检测的多通道合成传感器，用于星载电子设备内部活动多余物材质识别及定位，属于无损检测领域。该多通道合成传感器由声发射传感器、信号调理电路、加速度传感器三部分组成，其中声发射传感器由四个声发射敏感元件构成，呈十字环形排列分布于传感器灵敏度最高的部位，加速度采集压电晶片位于整个传感器的中心轴上。多个通道同时采集声信号再经由信号调理电路放大滤波后，传输至数据采集卡。不同通道包含的声信号差异特征，可用作多余物材质识别与定位，对数据进行融合处理，可屏蔽干扰信号。本实用新型和现有技术相比，获取信息更加全面，操作简单、集成度更高，功能性更强可用于多余物检出、识别与定位。
主设计要求
1.一种基于微粒碰撞噪声检测的多通道合成传感器，其特征在于：包括声发射敏感元件(1)、背衬(2)、螺钉(3)、紧固螺母(4)、质量块(5)、加速度采集压电晶片(6)、声匹配层载物台(7)、内置信号调理电路(8)、声信号输出线(9)、加速度信号输出线(10)、壳体(11)、固定底座(12)；声发射敏感元件(1)粘贴在声匹配层载物台(7)背面，背衬(2)与声发射敏感元件(1)粘连，声发射敏感元件(1)输出端与内置信号调理电路(8)相连以放大滤波信号；质量块(5)在加速度采集压电晶片(6)上，紧固螺母(4)将质量块(5)和加速度采集压电晶片(6)固定在固定底座(12)上，螺钉(3)将壳体(11)和声匹配层载物台(7)固定，壳体(11)底部与固定底座(12)通过导电银胶固定，加速度采集压电晶片(6)与加速度信号输出线(10)相连，声发射敏感元件(1)与声信号输出线(9)相连以传输信号。
设计方案
1.一种基于微粒碰撞噪声检测的多通道合成传感器，其特征在于：包括声发射敏感元件(1)、背衬(2)、螺钉(3)、紧固螺母(4)、质量块(5)、加速度采集压电晶片(6)、声匹配层载物台(7)、内置信号调理电路(8)、声信号输出线(9)、加速度信号输出线(10)、壳体(11)、固定底座(12)；声发射敏感元件(1)粘贴在声匹配层载物台(7)背面，背衬(2)与声发射敏感元件(1)粘连，声发射敏感元件(1)输出端与内置信号调理电路(8)相连以放大滤波信号；质量块(5)在加速度采集压电晶片(6)上，紧固螺母(4)将质量块(5)和加速度采集压电晶片(6)固定在固定底座(12)上，螺钉(3)将壳体(11)和声匹配层载物台(7)固定，壳体(11)底部与固定底座(12)通过导电银胶固定，加速度采集压电晶片(6)与加速度信号输出线(10)相连，声发射敏感元件(1)与声信号输出线(9)相连以传输信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于微粒碰撞噪声检测的多通道合成传感器，其特征在于：声匹配层载物台(7)直径为150mm，声匹配层载物台(7)厚度为1mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于微粒碰撞噪声检测的多通道合成传感器，其特征在于：声发射敏感元件呈十字环形排列分布在传感器灵敏度最高的部位，晶体阴极均与声匹配层载物台(7)相连，阳极经内置信号调理电路(8)放大滤波后通过声信号输出线(9)输出四路声信号；加速度采集压电晶片(6)位于多通道合成传感器的中心轴上，用于检测振动台加速度峰值。
4.根据权利要求1所述的一种基于微粒碰撞噪声检测的多通道合成传感器，其特征在于：当检测多余物时，将待测星载电子设备壳体与声匹配层载物台(7)用耦合剂粘贴，通过冲击振动的方法使设备内部活动多余物与腔体发生碰撞，利用四个声发射敏感元件(1)采集撞击产生的能量损耗。
5.根据权利要求1所述的一种基于微粒碰撞噪声检测的多通道合成传感器，其特征在于：声匹配层载物台(7)、壳体(11)一体制成，材料均为铝；壳体(11)内部中空，中空部位对应加速度传感器，壳体(11)底部和固定底座(12)用导电银胶粘接，固定底座材料为钢。
6.根据权利要求1所述的一种基于微粒碰撞噪声检测的多通道合成传感器，其特征在于：四个声发射敏感元件(1)独立工作，分别采集声信号进行放大。
设计说明书
技术领域
本发明设计一种基于微粒碰撞噪声检测的多通道合成传感器，该方法主要用于对星载电子设备多余物材质识别及定位，属于无损检测领域。
背景技术
星载电子设备是航天电子系统中不可或缺的组成部分，直接影响着航天电子系统的可靠性。多余物是影响电子设备可靠性的主要因素之一。多余物是指在电子设备加工制造及使用过程中在其腔体内部残留或产生的各种金属或非金属颗粒。多余物的存在可能会导致电子设备内部器件误动作或损坏，因此，需要对元器件进行多余物检测以避免出现事故。
微粒碰撞噪声检测方法是通过冲击振动的方法使设备内部活动多余物与腔体发生碰撞，通过观察信号波形判断是否存在多余物。目前常用的微粒噪声检测传感器多用于继电器、晶体管等小型密封电子元器件，而星载电子设备内部结构更为复杂、体积更大、质量更重，除了满足多余物检出，还需进行多余物的材质识别和定位以改进工艺环节避免多余物再次产生。普通的单通道合成传感器往往只能进行多余物有无的检出，台面尺寸也无法满足检测需求；而高精度传感器将多个压电阵元并联以减小漏判，无法屏蔽干扰信号易造成误判，仍无法满足材质识别及定位要求。
为了解决对星载电子设备多余物检测，并同时对多通道数据采集以实现多余物识别定位的问题，在传感器灵敏度最高的部位布置四个压电阵元，同时采集四路信号，在内置信号调理电路中进行放大滤波，提高信噪比，灵敏度也有所提升。不同通道包含的声信号差异特征可用作多余物材质识别与定位，对数据进行融合处理，可屏蔽环境电磁干扰及冲击干扰信号。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供多通道合成传感器，在满足多余物检出的同时，可以进行数据融合及材质识别与定位，具有高信噪比、低成本等优点，完全可以满足实验分析的需要。
本实用新型的技术方案是：基于微粒碰撞噪声检测的多通道合成传感器，该多通道合成传感器由声发射传感器、信号调理电路、加速度传感器三部分组成，本实用新型包含了如下部件：声发射敏感元件1、背衬2、螺钉3、紧固螺母4、质量块5、加速度采集压电晶片6、声匹配层载物台7、内置信号调理电路8、声信号输出线9、加速度信号输出线10、壳体11、固定底座12。声发射敏感元件 1粘贴在声匹配层载物台7背面，背衬2与声发射敏感元件1粘连，声发射敏感元件1输出端与内置信号调理电路8相连以放大滤波信号。质量块5在加速度采集压电晶片6上，紧固螺母4将质量块5和加速度采集压电晶片6固定在固定底座12上，螺钉3将壳体11和声匹配层载物台7固定，壳体11底部与固定底座 12通过导电银胶固定，加速度采集压电晶片6与加速度信号输出线10相连，声发射敏感元件1与声信号输出线9相连以传输信号。
声发射敏感元件1直径为12.7mm，厚度为6.5mm，四个声发射敏感元件1 分布在传感器灵敏度最高的部位呈十字环形排列，晶体阴极均与声匹配层载物台 7相连，阳极经内置信号调理电路8放大滤波后通过声信号输出线9输出四路声信号。声匹配层载物台7直径可达150mm，检测小型继电器时将器件直接粘贴于其中一个晶体位置。
本实用新型的多通道合成传感器和现有技术相比具有以下优势：可以实现四通道数据同时采集，对四个通道采集的数据进行相干函数分析实现数据融合以屏蔽电磁干扰和冲击干扰，减少误判的可能性。增加内置调理电路简化试验操作过程，对微弱信号进行放大滤波预处理，减少漏判率，提高信号精度，具有有高信噪比、低成本的优势。不同通道包含的声信号差异特征，可用作多余物材质识别与定位，进而实现改进工艺环节避免多余物再次产生的目的。
附图说明
图1传感器整体装配图；
图2传感器压电阵元分布示意图；
图3传感器原理图；
图4a-4c传感器放大滤波前后对比图；
图5a-5b多通道数据融合图；
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
图1所示为基于微粒碰撞噪声检测的多通道传感器整体装配图，主要由声发射传感器、信号调理电路、加速度传感器三部分组成，待测星载设备壳体置于声匹配层载物台7上表面，声发射敏感元件1粘贴在声匹配层载物台7下表面，用于接收多余物碰撞产生的声发射应力波。由于检测到的多余物微粒信号很微弱，经调理电路8放大滤波再输出至示波器，观察示波器即可判断多余物有无，简化了操作流程，提高了信噪比。
紧固螺母4将质量块5和加速度采集压电晶片6固定在固定底座12上，位于整个传感器的中心轴上，通过加速度信号输出线10输出加速度峰值，用于检测振动台电枢沿垂直轴的直线运动。
图2所示为传感器压电阵元分布示意图，四个声发射敏感元件1分布在传感器灵敏度最高的部位呈十字环形排列，声发射敏感元件1检测范围可以覆盖整个声匹配层载物台7。检测小型继电器时将器件直接粘贴于其中一个晶体位置。
图3所示为传感器原理图，四通道声信号经过内置信号调理电路8进行放大滤波后，和单通道加速度信号实现同时采集，通过运放跟随电路保持信号完整性，示波器采集到的波形可以直接判断多余物有无，简化了以往由分离元件组成的使用过程，提高传感器集成度、可靠性。四个声发射敏感元件1独立工作，分别采集声信号进行放大，以便于将多通道数据进行融合，屏蔽环境电磁干扰及冲击干扰信号。
图4a-4c所示为传感器放大滤波前后对比图，图4a原始信号，多余物随机碰撞壳体内壁，产生的窄带衰减信号具有幅值随机性。图4b信号放大，微小多余物时域信号很容易被噪声所覆盖，经信号调理电路放大，从图中可以明显看出信号幅值变化，多余物信号和环境噪音得以较明显的区分开。图4c信号滤波，在放大后信号的基础上进行带通滤波，滤波频带为10～100kHz，从滤波结果可以看出时域信号中环境噪音和工频干扰被滤除，信噪比更高。
图5a-5b所示为多通道数据融合图，针对环境电磁干扰及冲击干扰信号易对微小颗粒物信号特征存在误判，本传感器采用四个通道同时采集声信号，由图5 a可以看出通道2信号存在干扰信号，对四组数据进行相干函数分析实现数据融合以屏蔽电磁干扰和冲击干扰，从融合效果可以看出与单一传感器相比,传感器组的信息具有互补性、可靠性。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920096503.1
申请日:2019-01-21
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209784128U
授权时间:20191213
主分类号:G01N15/06
专利分类号:G01N15/06;G01N27/04
范畴分类:31E;
申请人:北京工业大学
第一申请人:北京工业大学
申请人地址:100124 北京市朝阳区平乐园100号
发明人:褚昆;龚裕;吕炎;宋国荣;李庆波;任志超;何存富;吴斌
第一发明人:褚昆
当前权利人:北京工业大学
代理人:沈波
代理机构:11203
代理机构编号:北京思海天达知识产权代理有限公司 11203
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计