本发明公开了一种基于机械密封的电化学地震检波器及其封装方法，所述电化学地震检波器包括：固定圈、外壳、弹性膜和电极敏感核心；所述电极敏感核心置于两个所述外壳之间，且所述电极敏感核心与外壳之间通过柔性密封垫圈密封；所述弹性膜置于每个所述外壳与固定圈之间，以实现固定圈与外壳之间的密封，所述外壳与所述固定圈之间通过机械方式固定。电极敏感核心采用MEMS加工技术制造出来后，将其密封在小的密封件中，再将小的密封件密封在大的外壳中，最后用螺丝加固完成整个检波器的封装。所有的硬接触面之间均放置一层软垫，螺丝加固时，软垫发生形变，实现机械密封。
1.一种基于机械密封的电化学地震检波器，其包括：固定圈、外壳、弹性膜和电极敏感核心；所述电极敏感核心置于两个所述外壳之间，且所述电极敏感核心与外壳之间通过柔性密封垫圈密封；所述弹性膜置于每个所述外壳与固定圈之间，以实现固定圈与外壳之间的密封，所述外壳与所述固定圈之间通过机械方式固定；所述电极敏感核心为封装后的电极敏感核心，其包括：电极敏感核心和密封件；所述电极敏感核心置于两个所述密封件之间，且在电极敏感核心与所述密封件之间通过所述柔性密封垫圈实现密封。
2.如权利要求1所述的电化学地震检波器，其特征在于，所述固定圈和外壳之间具有相互对应的螺纹孔，其用于将所述固定圈、外壳相互固定。
3.如权利要求2所述的电化学地震检波器，其特征在于，
所述固定圈为一圆环状结构，其下表面由两个圆环构成，其内侧圆环的平面低于外侧圆环；
所述外壳为圆盘状结构，其上表面中间具有边缘凸起的圆盘，所述圆盘外有一圆环，所述圆环外有一固定环，所述圆环与固定环之间具有凸起；其下表面中心位置处具有凹槽，用于放置封装后的电极敏感核心；
所述弹性膜最外侧为一圆环，其内侧为向外凸起的曲面圆环，该曲面圆环中间为一圆盘；
其中，所述电极敏感核心放置在两个所述外壳的下表面中心的凹槽内固定，两个所述外壳上表面分别放置有所述弹性膜，所述弹性膜最外侧的圆环置于所述外壳上表面的圆环上；两个所述固定圈分别固定于放置了所述弹性膜的所述外壳上表面，所述弹性膜最外侧的圆环置于所述固定圈的内侧圆环上，其曲面圆环从所述固定圈的中空部分凸起；所述弹性膜上的曲面圆环、圆盘以及所述外壳上的圆盘共同构成容纳电解液的容器。
4.如权利要求3所述的电化学地震检波器，其特征在于，所述外壳下表面的中心凹槽内具有一圆环状凹槽，该圆环状凹槽用于放置所述柔性密封垫圈，以实现封装后的敏感电极核心与外壳之间的密封。
5.如权利要求3所述的电化学地震检波器，其特征在于，所述外壳下表面的中心凹槽具有向外延伸的凹槽，用于引出电极引线。
6.如权利要求1所述的电化学地震检波器，其特征在于，所述密封件上表面中心有凸起的圆环，其与所述外壳下表面相应位置处的凹槽相匹配；所述密封件的下表面相应位置有圆环形凹槽，用于放置密封垫圈；所述电极敏感核心封装在两个有密封垫圈的密封件之间。
7.如权利要求1所述的电化学地震检波器，其特征在于，所述固定圈由金属、石英或者陶瓷制成；外壳由惰性材料制成；弹性膜和密封垫圈由惰性弹性材料制成。
8.如权利要求1所述的电化学地震检波器，其特征在于，所述密封件中心具有通孔；所述电极敏感核心由多层绝缘层和电极层相间层叠组成，且其表面具有多个通孔；其中，所述密封件中心的通孔和所述电极敏感核心表面的通孔为电解液流动通道。
9.一种基于机械密封的电化学地震检波器的封装方法，其包括：
步骤1、将两个密封垫圈放在两个外壳的内表面正中心的凹槽里，得到两个完全相同的带密封垫圈的外壳；
步骤2、将封装后的电极敏感核心放置在所述两个外壳的内表面正中心的凹槽里；
步骤3、分别在两个外壳的外表面上依次放置弹性膜和固定圈；
步骤4、将两个外壳和两个固定圈紧固在一起，完成电化学地震检波器的封装。
基于机械密封的电化学地震检波器及其封装方法
技术领域
[0001] 本发明涉及地震检波技术领域和传感器封装技术领域，尤其涉及一种基于机械密封的电化学地震检波器及其封装方法。
背景技术
[0002] 地震检波器是属于振动传感器的一种，测量过程中将被测振动参量(如位移、速度、加速度等)转变为不同的信号形式(如机械、电、光信号等)。
[0003] 电化学地震检波器以含碘和碘化钾的电解液为惯性体，其敏感元件是一个包含两对电极的电极敏感核心。该敏感核心中的每对电极均由阳极和阴极构成，两对电极呈阳极-阴极-阴极-阳极分布，敏感核心和电解液封装在有机玻璃和橡胶薄膜构成的外壳里。在地动信号的作用下，电解液和电极敏感核心产生相对运动，从而改变了两对电极附近反应离子的浓度分布，导致其中一对电极的电化学反应速率变快，而另一对电极的电化学反应速率变慢或者几乎不变，进而使其中一对电极的输出电流变大，另一对电极的输出电流变小或者几乎不变，通过测量两对电极之间输出电流的差的变化来检测地震波。因此，电化学检波器有噪声低，不易受热应力影响，抗电磁干扰强，灵敏度高，安装使用简单等优点。
[0004] 传统电化学检波器的电极敏感核心烧结在一个陶瓷圆片中，陶瓷圆片用液态的硅橡胶密封在有机玻璃外壳中，由于液态胶具有流动性，在封装过程中可能会堵住电极敏感核心的流道，影响器件性能和器件间的一致性；另外，液态硅橡胶固化后会大量吸收反应溶液中的碘，从而造成器件灵敏度逐渐降低甚至失效。
发明内容
[0005] 为解决上述问题，本发明提出了一种基于机械密封的电化学地震检波器及其封装方法，其基本原理是，在检波器的所有组成部件之间均放置一层硅橡胶软垫，装配时机械压力压紧硅橡胶软垫从而实现检波器各组成部件之间的密封。
[0006] 本发明公开了一种基于机械密封的电化学地震检波器，其包括：固定圈、外壳、弹性膜和电极敏感核心；所述电极敏感核心置于两个所述外壳之间，且所述电极敏感核心与外壳之间通过柔性密封垫圈密封；所述弹性膜置于每个所述外壳与固定圈之间，以实现固定圈与外壳之间的密封，所述外壳与所述固定圈之间通过机械方式固定。
[0007] 根据本发明的另一方面，本发明还公开了一种基于机械密封的电化学地震检波器的封装方法，其包括：
[0008] 步骤1、将两个密封垫圈放在两个外壳的内表面正中心的凹槽里，得到两个完全相同的带密封垫圈的外壳；
[0009] 步骤2、将封装后的电极敏感核心放置在所述两个外壳的内表面正中心的凹槽里；
[0010] 步骤3、分别在两个外壳的外表面上依次放置弹性膜和固定圈；
[0011] 步骤4、将两个外壳和两个固定圈紧固在一起，完成电化学地震检波器的封装。
[0012] 本发明的有益效果是：(i)检波器的所有部件都是通过机械密封的方式进行组装，因此装配过程简单、高效，并且器件的密封效果好；(ii)与传统的封装方式相比，机械密封方法在所有的装配环节中都不使用液态胶，一方面避免了封装过程中液态胶对电极敏感核心的影响，从而提高了检波器的一致性，另一方面避免了反应溶液中的碘被液态胶吸收，从而保证了检波器的长期有效。
附图说明
[0013] 图1是本发明中电化学地震检波器的结构示意图；
[0014] 图2是本发明中电化学地震检波器的固定圈结构示意图；
[0015] 图3是本发明中电化学地震检波器的外壳结构示意图；
[0016] 图4是本发明中用于封装后电极敏感核心和外壳之间的密封垫圈结构示意图；
[0017] 图5是本发明中电化学地震检波器的弹性膜结构示意图；
[0018] 图6是本发明中电化学地震检波器的封装后电极敏感核心结构示意图；
[0019] 图7是本发明中用于电极敏感核心和密封件之间的密封垫圈结构示意图；
[0020] 图8是本发明中电化学地震检波器的密封件结构示意图；
[0021] 图9是本发明中电化学地震检波器的电极敏感核心结构示意图。
具体实施方式
[0022] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0023] 本发明提出了一种基于机械密封的电化学地震检波器及其封装方法。
[0024] 图1示出了本发明中所述基于机械密封的电化学地震检波器的结构示意图。如图1所示，该电化学地震检波器是上下对称的，包括：固定圈1、外壳2、弹性膜3和封装后的电极敏感核心4，其中固定圈1、外壳2与弹性膜3均分为结构完全相同的上下两部分。
[0025] 图2示出了本发明中上述固定圈的结构示意图。所述固定圈1为由不锈钢等金属材料或者石英或者陶瓷等材料制成的中空圆环状结构，其两对称侧壁上具有凹陷区，为以后增加外部质量块预留空间；其上表面(图2右)为一圆环平面，下表面(图2左)由圆环5和圆环6组成，圆环5为外圈，分布有螺纹孔7，圆环6为内圈，其平面比圆环5的平面低，为组装时放置弹性膜3预留空间。
[0026] 图3示出了本发明中所述外壳的结构示意图。所述外壳2为由有机玻璃或者聚四氟等化学惰性材料制成，其上表面(图3左)中间为一边缘有凸起的圆盘8，用来容纳电解液；圆盘8外有一个圆环9，用来放置弹性膜3；圆环9外有一个固定环10，分布有螺纹孔13，螺丝贯穿上下两个固定圈1的螺纹孔7、上下两个外壳2的螺纹孔13后将固定圈与外壳固定在一起。圆盘8与圆环9之间的凸起、圆环9与圆环10之间的凸起限制了弹性膜3的圆环16的活动范围，为放置弹性膜3提供定位。所述外壳2的下表面(图3右)为圆盘形状，且其侧壁上具有多处凹陷区14，其中间有一个通孔，螺丝通过固定圈1的螺纹孔7与所述凹陷区14的通孔和外部基座的螺纹孔将检波器固定在外部基座上；下表面中心位置处具有凹槽11，所述凹槽为方形，其中心有一圆环形凹槽用于放置密封垫圈15，所述密封垫圈15用于保证封装后的电极敏感核心4与所述外壳2之间的密封性。下表面的凹槽11有一延伸到外部的凹槽12，用于引出电极引线。
[0027] 图4示出了本发明中用在封装后的电极敏感核心与外壳之间的密封垫圈的结构示意图。所述的密封垫圈15为由硅橡胶或者丁腈橡胶等材料制成，其形状为圆环形，其厚度、内外径的大小与外壳2的凹槽11中心处的圆环形凹槽(图3右)的深度、内外径大小相匹配。
[0028] 图5示出了本发明中所述弹性膜的结构示意图。所述弹性膜3为由硅橡胶或者丁腈橡胶等化学惰性且具有良好弹性的材料制成，其上表面(图5左)最外侧有一圆环16，其与外壳2的圆环9、固定圈1的圆环6相接触，装配时圆环16受到机械压力发生形变，实现固定圈1与外壳2之间的密封。圆环16内侧有一个向外凸起的曲面圆环17，用来容纳电解液；中心有一圆盘18，是为以后增加外部质量块而预留的设计。弹性膜3的厚度为2mm左右，其下表面(图5右)是向内凹陷的，用来容纳电解液，其各个部分的功能与上表面相对应的各个部分的功能相同。
[0029] 图6示出了本发明中封装后的电极敏感核心的结构示意图。所述封装后的电极敏感核心4由两个密封垫圈19、两个密封件20和一个电极敏感核心21组成。装配时，将所述电极敏感核心21(图9)置于两个密封垫圈19(图7)之间，再在所述两个密封垫圈19的外周分别套接两个密封件20(图8)，拧紧上、下两个密封件20两侧螺纹孔中的螺丝，就可以得到所述的封装后的电极敏感核心4。从装配过程可以看出，通过压缩密封垫圈19可以保证电极敏感核心21与上、下两个密封件20之间的密封性。
[0030] 图7示出了本发明中用在电极敏感核心与密封件之间的密封垫圈的结构示意图。所述的密封垫圈19为由硅橡胶或者丁腈橡胶等材料制成，其形状为圆环形，其内外径的大小、厚度分别与密封件20下表面中心处的圆环24、圆环25(图8右)相匹配。
[0031] 图8示出了本发明所述密封件的结构示意图。所述密封件20由有机玻璃或者聚四氟等化学惰性且具有良好弹性的材料制成，其上表面(图8左)的两侧有螺纹孔23，所述上表面的中心有一个凸起的圆环22，用来与外壳2的下表面中心的圆环形凹槽(图3右)相匹配，所述圆环22中心的孔是电解液的流道。所述密封件20的下表面(图8右)的两侧有螺纹孔23，中心有一圆环24，其内外径大小与密封垫圈19相匹配，其中心的孔是电解液的流道。圆环24的外侧有一凸起的圆环25，用于固定密封垫圈19。
[0032] 图9示出了本发明中所述电极敏感核心的结构示意图。所述电极敏感核心21由硅材料通过微电子机械工艺(MEMS)制成。所述电极敏感核心21为叠层结构，由5层绝缘层和4层电极层相间叠加组成。所述绝缘层和电极层表面布满圆形或方形的通孔，所述通孔是电解液流动的流道。所述电极层是检波器工作的核心部件，检波器检测到地震信号时，电极层会输出电流信号。
[0033] 在装配时，首先将两个密封垫圈15(图4)分别放在两个外壳2的下表面正中心的凹槽11里(图3右)，得到两个完全相同的带密封垫圈的外壳2。然后将封装后的电极敏感核心4(图6)放置在两个外壳2的下表面正中心的凹槽11里，封装后的电极敏感核心4就被卡在两个外壳2之间。再分别在两个外壳2的上表面上依次放置一个弹性膜3(图5)和一个固定圈1(图2)，形成如图1所示的对称结构。最后将长螺丝贯穿在上下两个固定圈1的螺纹孔7、上下两个外壳2的螺纹孔13中，紧固螺丝，完成整个电化学地震检波器的封装。所述固定圈1和外壳2之间通过压缩弹性膜3来实现密封，所述外壳2与所述封装后的电极敏感核心4之间也有一层密封垫圈15以保证其密封性。
[0034] 所述的电化学地震检波器，其所述的固定圈1可以由不锈钢等金属材料或者石英或者陶瓷等材料制成。
[0035] 所述的电化学地震检波器，其所述的外壳2和密封件20可以由有机玻璃或者聚四氟等化学惰性材料制成。
[0036] 所述的电化学地震检波器，其所述的弹性膜3、密封垫圈15和密封垫圈19可以由硅橡胶或者丁腈橡胶等化学惰性且具有良好弹性的材料制成。
[0037] 电极敏感核心21也可以通过低温陶瓷烧结技术烧结在陶瓷中完成密封。
[0038] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
