[发明专利]一种用于稀薄大气空间的次声波传感器及声探测载荷舱

权利要求书

1.一种用于稀薄大气空间的次声波传感器，其特征在于，该次声波传感器包括：恒温壳体及设置在壳体内的总通气管、第一通气管、第二通气管、次声波差压检测器、若干谐振腔和通气管路控制模块；所述次声波差压检测器包括：空腔体、第一平衡腔通气管、MEMS敏感膜和第二平衡腔通气管；

空腔体内设置MEMS敏感膜，将空腔体分为第一平衡腔和第二平衡腔，用于根据感知的第一平衡腔和第二平衡腔的压力值，检测第一平衡腔与第二平衡腔之间的压力差，并将该压力差转换为电信号向外输出；第一平衡腔上设有第一通气管，第一通气管与第一声容腔连通；第二平衡腔上设有第二通气管，第二通气管通过总通气管与外界大气压连通；若干谐振腔之间通过若干电控阀进行级联；

所述通气管路控制模块，用于控制总通气管、电控阀、第一通气管、第二通气管的通断；还用于通过控制电控阀的通断，基于外界大气的大气压力，获得最优的谐振腔的声容和声阻抗滤波参数，调整级联的谐振腔的数量，获得最优的谐振腔的组合数量；

具体地，根据公式(1)，获取声容滤波参数R；

其中，r为声阻管的半径；l为声阻管的长度；η为空气动力粘度；

根据公式(2)，获取声阻滤波参数C；

其中，为空气大气压力P的平均值；V为声容腔的体积；ρ为空气密度；c为声速；γ为空气比热容比系数；

其中，根据气体状态方程，获取空气密度ρ；

PM＝ρRT

其中M为当前空气的摩尔质量，T为外界大气的绝对温度；

根据声速-温度公式，获取声速c；

根据公式(3)，并结合公式(1)、公式(2)，获得谐振腔确定的截止频率f：

要保证谐振腔确定的截止频率f恒定，则需要减小声阻管的长度l和声容腔的体积V，从而获得最优的谐振腔的声容和声阻抗滤波参数；

根据公式(3)和获得的最优的谐振腔的声容和声阻抗滤波参数，结合外界大气的大气压力，控制器通过控制电磁阀的通断，不断减少级联谐振腔组合数量，从而获得最优的联谐振腔组合数量；

所述谐振腔包括：声容腔、导气管和第一声阻管；声容腔是一个封闭式硬金属隔热腔体，该腔体外壁设有两个相对放置的对外出口，且分别设有导气管和第一声阻管，谐振腔内的导气管与第一通气管连接，用于与声容腔连通；所述谐振腔的第一声阻管与相邻的谐振腔的第一声阻管之间通过电磁三通阀实现级联；

所述MEMS敏感膜为差压式压阻型气压传感器，用于感知并输出第一平衡腔和第二平衡腔的压力值，通过比较二者的压力值，检测第一平衡腔与第二平衡腔之间是否产生压力差；

如果第一平衡腔的气压与第二平衡腔的气压相同，则第一平衡腔与第二平衡腔之间无产生压力差，输出0值；

如果第一平衡腔的气压与第二平衡腔的气压不相同，则第一平衡腔与第二平衡腔之间存在压力差，输出非零值。

2.一种声探测载荷舱，其特征在于，其包括：螺旋管盘、次声传感器、蓄电池层、控制通讯模块、高增益对地通信天线、减摇舵面作动器和太阳能面板减摇舵；

次声传感器中的总通气管插入保温材料壳体的顶部，且总通气管的一端凸出在保温材料壳体的顶部外，其另一端插入并连通至位于保温材料壳体的内部的次声波传感器；总通气管的另一端上安装螺旋管盘，且螺旋管盘位于次声波传感器之上；两个减摇舵面作动器分别对应安装在保温材料壳体的内壁上，且位于次声传感器与螺旋管盘之间，每个减摇舵面作动器上分别对应的安装太阳能面板减摇舵；

次声波传感器之下依次顺序设置蓄电池层、控制通讯模块；高增益对地通信天线固定在保温材料壳体的底部，且位于控制通讯模块之下；

所述次声波传感器为上述权利要求1所述的用于稀薄大气空间的次声波传感器。

3.根据权利要求2所述的声探测载荷舱，其特征在于，所述设置有高增益对地通信天线部分的保温材料壳体为采用由透波材料制成的壳体。

4.根据权利要求2所述的声探测载荷舱，其特征在于，所述凸出在保温材料壳体的顶部外的总通气管的一端上安装进气隔离罩，用于有效减弱高空风对进气口的冲击效应和风噪声。