[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

说明书

本发明涉及差压型硅微压阻传感技术领域，具体涉及一种用于稀薄大气空间的次声波传感器，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，其与第一声容腔连通；第二平衡腔上设有第二通气管，其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。

技术领域

本发明属于差压型硅微压阻传感、临近空间测量次声波技术领域，特别涉及一种用于稀薄大气空间的次声波传感器及声探测载荷舱。

背景技术

近年以来，随着学者们的深入研究以及科学技术的不断发展，人们对于次声波有了逐渐深入的认识和理解，并随着计算机技术、电子技术和网络技术的日益成熟，次声波的应用越来越广泛，目前主要应用在定位救援、次声武器、自然灾害预测预警和次声医疗等领域。随着次声波的广泛应用，用于检测次声波的次声波传感器就显得越来越重要。

目前，次声波传感器分为绝压型和差压型，例如法国cea开发的MB2000和 MB2005为绝压型次声波传感器，中科院声学所开发的isa2016型传感器以及其他类型传感器例如光纤式次声传感器则为差压型电容传感器。美国近年来应用在高空气球试验上的次声波传感器，与本传感器的应用场景相似，但原理是不同的。美国在高空气球上的次声波传感器，是直接用现成的地面传感器上天进行测量的。但是，现有的次声波传感器存在信号相应灵敏度和抗干扰能力较差，无法克服和适应多变的稀薄大气空间低压低温条件下，对次声波传感器频响特性的影响和干扰。

美国近年来应用在高空气球试验上的次声波传感器，美国在高空气球上的传感器，是直接用已有的地面传感器上天进行测量的。而临近空间/高空条件下，跟地面大气环境有着很大的不同，直接使用适应于地面环境的普通次声波传感器，会导致原有的频响曲线出现较大偏移，从而直接影响测量数据的准确性。

在大气层高空环境下，从地面每上升1000m，气温将下降6摄氏度，在10km左右对流层顶部气温可以下降至零下50度，即使在更高的20km平流层也在零下30- 40度；另外，随海拔高度的增加，大气压力和密度也在不断下降，在高度5km时，大气压力是海平面大气压力的一半，但在高度10km时，大气压力变为海平面大气压力的四分之一。还有大气的密度随着高度的升高也在降低，从海平面的1.225kg立方米，降低到10km高度的0.413kg立方米，再降低到20km高度的0.089kg立方米。

因此，对高空稀薄大气条件下进行次声波观测时，原有在地面或近地面的大气条件下声学滤波器的设计将无法满足稀薄大气情况的对大气内低频声波/次声波的检测需求，而且随着高空搭载平台停留高度的变化，现有的次声传感器无法满足检测稀薄大气情况下的对大气内的次声波。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的次声波传感器存在的上述缺陷，本发明提出了一种用于稀薄大气空间的次声波传感器及声探测载荷舱，该次声波传感器是与稀薄大气压力和密度匹配的自适应声学滤波器结构和稀薄大气条件匹配的。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于稀薄大气空间的次声波传感器，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；