CN102564565A - 磁悬浮二维柱形矢量水听器 - Google Patents

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本发明提供的是一种磁悬浮二维柱形矢量水听器。包括二维柱形矢量水听器，所述二维柱形矢量水听器位于一个带有侧梁的刚性金属柱形框架中，二维柱形矢量水听器的两个端面上带有抗磁性石墨片，刚性金属柱形框架的每根侧梁上镶嵌两个永久磁铁，两个永久磁铁之间的间距等于二维柱形矢量水听器的两个端面上的抗磁性石墨片之间的间距，各侧梁上部的永久磁铁位于同一平面上、各侧梁下部的永久磁铁也位于同一平面上、且两个平面平行。本发明无接触悬挂方式可以使矢量水听器不受任何束缚，从而自由浮动，也不会对矢量水听器的工作频带产生影响。

Description

磁悬浮二维柱形矢量水听器
技术领域
本发明涉及的是一种二维柱形矢量水听器，特别是一种可以把在水中具有中性浮力的二维柱形矢量水听器悬浮于水中的装置。
背景技术
将小于声波波长的、在水中具有中性浮力的二维柱形矢量水听器置于水中测量点处，可以直接测量水介质指点的振动，此时矢量水听器将以水质点的速度运动，并将这种运动信号转换为电信号，真实获取水质点振动信号的方法。实际测量中，为使矢量水听器处于平衡状态和避免被水流冲走，通常采用柔性悬挂元件将矢量水听器悬挂在某一框架上，悬挂元件一般为柔性较好的、耐海水的橡皮筋或是金属弹簧，这样的柔性悬挂元件的固有频率一般在10Hz以下。对于工作频带为1-100Hz的低频矢量水听器来说，柔性悬挂元件的固有频率直接影响了矢量水听器的低频测量，给测量结果造成一定的误差。因此，柔性悬挂元件也被看成是矢量水听器的一个重要部件，应充分对其进行研究。
近几年国际上开展了抗磁性磁悬浮及其实际应用的研究，这项研究的最大优势在于无源条件下永磁体的完全无接触悬浮，不需要任何外加辅助，被称为真正意义上的悬浮。1999年7月，A.K.Geim和M.D.Simon首次用实验验证了用永久磁铁实现抗磁性悬浮的可能性。之后国外已经在无源抗磁性悬浮方面取得了一系列应用研究成果。利用抗磁性物质实现无源磁悬浮，在工程技术上具有重大的意义。在空气中为了实现永磁体的悬浮，还另外需要用偏置磁体来平衡悬浮体的重力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、在水中使用方便的磁悬浮二维柱形矢量水听器。
本发明的目的是这样实现的：
包括二维柱形矢量水听器，所述二维柱形矢量水听器位于一个带有侧梁的刚性金属柱形框架中，二维柱形矢量水听器的两个端面上带有抗磁性石墨片，刚性金属柱形框架的每根侧梁上镶嵌两个永久磁铁，两个永久磁铁之间的间距等于二维柱形矢量水听器的两个端面上的抗磁性石墨片之间的间距，各侧梁上部的永久磁铁位于同一平面上、各侧梁下部的永久磁铁也位于同一平面上、且两个平面平行。
本发明还可以包括：
所述二维柱形矢量水听器是圆柱形矢量水听器，所述带有侧梁的刚性金属柱形框架是圆柱形框架，所述侧梁均匀分布在圆柱体侧表面。
所述侧梁为4根。
刚性金属柱形框架的上、下端面分别有四个与设备连接固定用的圆孔。
位于同一平面的永久磁铁的相同磁极均指向平面中心。
本发明是一种不依靠其他外力仅用磁力使具有中性浮力的矢量水听器在水中悬浮，这种无接触悬挂方式可以使矢量水听器不受任何束缚，从而自由浮动，也不会对矢量水听器的工作频带产生影响。
本发明将两片抗磁性石墨片粘贴在二维柱形矢量水听器的两个端面，因为石墨的密度比较小，在设计时很容易达到矢量水听器的整体平均密度接近水介质密度的要求。当该柱形矢量水听器处于八个永久磁铁的磁场中时，会受到轻微的排斥力。因为八个永久磁铁分别与两石墨片处于同一平面，石墨片受到均匀的径向排斥力，所以实现了具有中性浮力的柱形矢量水听器在水中的完全无接触的稳定悬浮。矢量水听器受到声信号作用时，会在金属框架中的径向平面上自由运动，完成二维信号的测量，而无信号作用时，就会处于稳定的悬浮状态。
本发明的理论基础依旧是同振柱形矢量水听器设计的理论，也就是如果声学刚硬柱体的几何尺寸远小于声波波长，且平均密度与水介质相同，则其在水中声波的作用下做自由运动时，刚硬柱体的振动速度等同于声场中柱体几何中心处水质点的振动速度，因此柱形矢量水听器可以获得声场中水质点的振动信号。
本发明的优点是：利用抗磁性材料——石墨片作为二维柱形矢量水听器的两个端面，构成在水中零浮力的矢量水听器，并将其置于带有永久磁铁的刚性框架中，利用抗磁性材料与永久磁铁之间的排斥力，达到了柱形矢量水听器在水中完全无束缚稳定悬浮的目的，解决了低频(小于10Hz)情况下，柔性悬挂元件对矢量水听器影响的问题，实现了矢量水听器在低频、甚低频范围的进一步应用。本发明的装置结构简单、易于工程实现，可以广泛应用于水声领域。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：
在设计制作悬置于刚性金属柱形框架1内的柱形矢量水听器3时，在柱形矢量水听器的两个端面分别粘贴石墨片4。然后根据柱形矢量水听器3的高度，在刚性金属柱形框架1的四个侧梁5上对称地镶嵌八个永久磁铁2，使八个永久磁铁2与两个石墨片4分别处在两个平行平面上，八个永久磁铁2的同一磁极均指向所在平面的中心。在刚性金属柱形框架1的上下两个端面分别对称地留有四个螺纹孔6，便于与水声设备的连接。在水中将刚性金属柱形框架1固定到水声设备后，缓慢将柱形矢量水听器3置于刚性金属柱形框架1内，直至柱形矢量水听器3稳定悬浮于刚性金属柱形框架1中。所述二维柱形矢量水听器是圆柱形矢量水听器，所述带有侧梁的刚性金属柱形框架是圆柱形框架，所述侧梁均匀分布在圆柱体侧表面。

Claims (9)

1.一种磁悬浮二维柱形矢量水听器，包括二维柱形矢量水听器，其特征是：所述二维柱形矢量水听器位于一个带有侧梁的刚性金属柱形框架中，二维柱形矢量水听器的两个端面上带有抗磁性石墨片，刚性金属柱形框架的每根侧梁上镶嵌两个永久磁铁，两个永久磁铁之间的间距等于二维柱形矢量水听器的两个端面上的抗磁性石墨片之间的间距，各侧梁上部的永久磁铁位于同一平面上、各侧梁下部的永久磁铁也位于同一平面上、且两个平面平行。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮二维柱形矢量水听器，其特征是：位于同一平面的永久磁铁的相同磁极均指向平面中心。
3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮二维柱形矢量水听器，其特征是：所述二维柱形矢量水听器是圆柱形矢量水听器，所述带有侧梁的刚性金属柱形框架是圆柱形框架，所述侧梁均匀分布在圆柱体侧表面。
4.根据权利要求1或2所述的磁悬浮二维柱形矢量水听器，其特征是：所述侧梁为4根。
5.根据权利要求3所述的磁悬浮二维柱形矢量水听器，其特征是：所述侧梁为4根。
6.根据权利要求1或2所述的磁悬浮二维柱形矢量水听器，其特征是：刚性金属柱形框架的上、下端面分别有四个与设备连接固定用的圆孔。
7.根据权利要求3所述的磁悬浮二维柱形矢量水听器，其特征是：刚性金属柱形框架的上、下端面分别有四个与设备连接固定用的圆孔。
8.根据权利要求5所述的磁悬浮二维柱形矢量水听器，其特征是：刚性金属柱形框架的上、下端面分别有四个与设备连接固定用的圆孔。
9.根据权利要求6所述的磁悬浮二维柱形矢量水听器，其特征是：刚性金属柱形框架的上、下端面分别有四个与设备连接固定用的圆孔。
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