CN103008217B - 一种方位可调的高频变低频声波发射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方位可调的高频变低频声波发射装置，包括计算机、信号处理器、电机控制模块、转动平台和声学参量阵，所述计算机依次通过导线连接信号处理器和所述声学参量阵，构成声波发射系统；所述转动平台通过导线连接所述电机控制模块和所述计算机，构成方位调整系统。声波发射系统用于发出高指向性正弦声波，在发射方向的某一位置会产生一个幅值较大的低频声波，该低频声波可用于声学探测。所述声学参量阵安装在所述转动平台上，可通过计算机控制方位调整系统使之实现两个方向的转动。本发明可实现对一个区域内任意点远距离高指向性低频声波的发射。
Description
技术领域
本发明涉及声波探测技术领域，尤其是发射方位可调的高频变低频声波的发射装置。
背景技术
声波探测技术以其非接触、高穿透性、方便性等优点在工程探测领域得到了广泛的运用。在声波探测工程技术领域中进行远距离高指向性的声波发射一直是一个难点，高频声波指向性强，但在空气中衰减严重而难以进行远距离发射和传播；低频声波在空气中衰减相对较小但有较强的发散特性。高频变低频声波发射技术能够在一定程度上使声波既具有高指向性特性又具有低衰减特性，可实现声波的远距离定向发射，在声波探测技术领域具有广阔的应用前景。已有的声学参量阵在一定条件下可实现远距离高指向性高频声波的发射功能，并在发射方向的某一位置产生低频的声波，但是目前还没有一种与之配套的可用于定向声波多方位发射的装置，本发明正是针对这一关键技术进行展开的。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于克服目前尚无专用的可用于定向声波多方位发射装置方面的问题，提供一种方位可调的高频变低频声波发射装置，可实现对一个区域内任意点远距离高指向性低频声波的发射。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种方位可调的高频变低频声波发射装置，包括计算机、信号处理器、声学参量阵、电机控制模块和转动平台，所述计算机依次通过导线连接所述信号处理器和所述声学参量阵，构成声波发射系统；所述转动平台通过导线连接所述电机控制模块和所述计算机，构成方位调整系统；所述声学参量阵安装在所述转动平台上，实现绕Y轴及绕Z轴两个方向的转动。
转动平台由绕Y轴及绕Z轴旋转的两个组件构成，绕Y轴旋转为副运动，只需要具有精确的角度定位能力；绕Z轴旋转为主运动，不仅需要具有精确的角度定位能力，还需要具有连续的旋转和正反转运动能力，根据所需要完成的运动的不同，绕Y轴旋转组件及绕Z轴旋转组件分别采用如下结构：
绕Y轴旋转组件包括第一伺服电机、第一带座轴承块、旋转臂、第二带座轴承块、带座轴承安装块、转动杆和平衡块，其中所述旋转臂安装所述声学参量阵，所述第一带座轴承块通过焊接固定在所述转动杆一端，所述带座轴承安装块通过焊接固定在所述转动杆同一端，所述第一伺服电机用螺栓固定在所述第一带座轴承块上，所述第一伺服电机的转轴穿过所述旋转臂；在旋转臂上的螺孔内拧入紧定螺栓，保证所述旋转臂与所述第一伺服电机转轴间固定可靠，所述第二带座轴承块套在所述第一伺服电机转轴上与所述带座轴承安装块通过螺栓固定；所述平衡块用螺栓安装在所述转动杆另一端，用于平衡所述声学参量阵和所述第一伺服电机的重量，所述转动杆通过螺栓固定在第一转轴上；
绕Z轴旋转组件包括第一转轴、法兰型滚珠轴承组件、第一同步带轮、安装罩、安装底座、第一向心滚子轴承、第二向心滚子轴承、第二同步带轮、带法兰滚珠轴承、双膜片联轴器、第二伺服电机和第二转轴；所述第一转轴从上至下依次安装所述转动杆、所述法兰型滚珠轴承组件、所述第一同步带轮以及所述第一向心滚子轴承，所述法兰型滚珠轴承组件通过法兰上的螺孔固定在所述安装罩上，所述第一向心滚子轴承外圈嵌入所述安装底座中，所述第二伺服电机通过螺栓固定在所述安装罩上，所述第二伺服电机的转轴与所述第二转轴通过双膜片联轴器连接，所述第二转轴从上至下依次安装所述带法兰滚珠轴承、所述第二同步带轮和所述第二向心滚子轴承，所述带法兰滚珠轴承外圈嵌入所述安装罩中的孔内，所述第二同步带轮与所述第一同步带轮安装在同一高度构成一组同步带轮，所述第二向心滚子轴承外圈嵌入所述安装底座中，所述安装罩分为对称的两部分，分别通过螺栓与所述安装底座固定。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明设计了一种方位可调的高频变低频声波发射装置，可以通过计算机控制声学参量阵的朝向，解决了目前尚无可用于远距离多方位定向声波发射的装置的问题，在声波探测领域具有一定的实际意义。选用伺服电机作为驱动元件可以有效的控制转向的精度，保证高频变低频的声波可以到达探测区域的任意位置。
附图说明
图1是本发明的方位可调的高频变低频声波发射装置结构示意图；
图2是声学参量阵及其转动平台图；
图3是绕Y轴旋转组件局部视图；
图4是绕Y轴旋转组件剖视图；
图5是绕Z轴旋转组件局部视图；
图6是绕Z轴旋转组件剖视图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图论述如下：
实施例一：
参见图1，一种方位可调的高频变低频声波发射装置，包括计算机101、信号处理器102、声学参量阵103、电机控制模块104和转动平台105，所述计算机101依次通过导线连接所述信号处理器102和所述声学参量阵103，构成声波发射系统；所述转动平台105通过导线连接所述电机控制模块104和所述计算机101，构成方位调整系统；所述声学参量阵103安装在所述转动平台104上，实现绕Y轴及绕Z轴两个方向的转动。
本实施例中用到的声学参量阵103和信号处理器102采用由美国Holosonics公司生产的24英寸音频聚光灯超声换能器阵列（24-in diameter Audio Spotlight ultrasonic transducer array）和与其配套的信号处理放大器（Processor/Amplifier）。
实施例二：
参见图2~图6，一种方位可调的高频变低频声波发射装置，上述转动平台104由绕Y轴及绕Z轴旋转的两个组件构成，绕Y轴旋转为副运动，只需要具有精确的角度定位能力；绕Z轴旋转为主运动，不仅需要具有精确的角度定位能力，还需要具有连续的旋转和正反转运动能力，根据所需要完成的运动的不同，绕Y轴旋转组件及绕Z轴旋转组件分别采用如下结构：
绕Y轴旋转组件包括第一伺服电机1、第一带座轴承块2、旋转臂3、第二带座轴承块4、带座轴承安装块5、转动杆6和平衡块7，其中所述旋转臂3安装所述声学参量阵103，所述第一带座轴承块2通过焊接固定在所述转动杆6一端，带座轴承安装块5通过焊接固定在所述转动杆6同一端，所述第一伺服电机1用螺栓固定在所述第一带座轴承块2上，所述第一伺服电机1的转轴穿过所述旋转臂2；在旋转臂3上的螺孔9内拧入紧定螺栓，保证所述旋转臂3与所述第一伺服电机1转轴间固定可靠，所述第二带座轴承块4套在所述第一伺服电机1转轴上与所述带座轴承安装块5通过螺栓固定；所述平衡块7用螺栓安装在所述转动杆6另一端，用于平衡所述声学参量阵103和所述第一伺服电机1的重量，所述转动杆6通过螺栓固定在第一转轴8上；
绕Z轴旋转组件包括第一转轴8、法兰型滚珠轴承组件10、第一同步带轮11、安装罩12、安装底座13、第一向心滚子轴承14、第二向心滚子轴承15、第二同步带轮16、带法兰滚珠轴承17、双膜片联轴器18、第二伺服电机19和第二转轴20；所述第一转轴8从上至下依次安装所述转动杆6、所述法兰型滚珠轴承组件10、所述第一同步带轮11以及所述第一向心滚子轴承14，所述法兰型滚珠轴承组件10通过法兰上的螺孔固定在所述安装罩12上，所述第一向心滚子轴承14外圈嵌入所述安装底座13中，所述第二伺服电机19通过螺栓固定在所述安装罩12上，所述第二伺服电机19的转轴与所述第二转轴20通过双膜片联轴器18连接，所述第二转轴20从上至下依次安装所述带法兰滚珠轴承17、所述第二同步带轮16和所述第二向心滚子轴承15，所述带法兰滚珠轴承17外圈嵌入所述安装罩中13的孔内，所述第二同步带轮16与所述第一同步带轮11安装在同一高度构成一组同步带轮，所述第二向心滚子轴承15外圈嵌入所述安装底座13中，所述安装罩12分为对称的两部分，分别通过螺栓与所述安装底座13固定。
所述声学参量阵绕Y轴转动的实现过程如下：所述计算机101发出命令信号，通过所述电机控制模块104控制所述第一伺服电机1带动所述旋转臂3绕Y轴顺时针或逆时针转动，根据所述计算机101发出的命令信号所述声学参量阵103可以在一定角度范围内精确地运动到某一特定角度并使所述声学参量阵103保持在该特定角度。
所述声学参量阵绕Z轴转动的实现过程如下：所述计算机101发出命令信号，通过所述电机控制模块104控制所述第二伺服电机19通过双膜片联轴器18带动所述第二转动轴20绕Z轴转动，所述第二转动轴20转动带动所述第二同步带轮16绕Z轴转动，所述第二同步带轮16通过同步带带动所述第一同步带轮11绕Z轴转动，所述第一同步带轮11转动带动所述第一转轴8绕Z轴转动，所述第一转轴8转动带动固定在其上的所述绕Y轴转动组件绕Z轴转动，使声学参量阵103绕Z轴转动。根据所述计算机101发出命令信号的不同所述声学参量阵103可以进行顺时针或逆时针的连续转动或在一定角度范围内左右摆动，也可以精确地运动到某一特定角度并使所述声学参量阵103保持在该特定角度。
所述声学参量阵103绕Y轴及绕Z轴两个方向的转动可以分开进行也可同时进行。
Claims (1)
1.一种方位可调的高频变低频声波发射装置，包括计算机（101）、信号处理器（102）、声学参量阵（103）、电机控制模块（104）和转动平台（105），其特征在于，所述计算机（101）依次通过导线连接所述信号处理器（102）和所述声学参量阵（103），构成声波发射系统；所述转动平台（105）通过导线连接所述电机控制模块（104）和所述计算机（101），构成方位调整系统；所述声学参量阵（103）安装在所述转动平台（105）上，实现绕Y轴及绕Z轴两个方向的转动；
所述的转动平台（105）由绕Y轴及绕Z轴旋转的两个组件构成，绕Y轴旋转为副运动，只需要具有精确的角度定位能力；绕Z轴旋转为主运动，不仅需要具有精确的角度定位能力，还需要具有连续的旋转和正反转运动能力，根据所需要完成的运动的不同，绕Y轴旋转组件及绕Z轴旋转组件分别采用如下结构：
绕Y轴旋转组件包括第一伺服电机（1）、第一带座轴承块（2）、旋转臂（3）、第二带座轴承块（4）、带座轴承安装块（5）、转动杆（6）和平衡块（7），其中所述旋转臂（3）安装所述声学参量阵（103），所述第一带座轴承块（2）通过焊接固定在所述转动杆（6）一端，所述带座轴承安装块（5）通过焊接固定在所述转动杆（6）同一端，所述第一伺服电机（1）用螺栓固定在所述第一带座轴承块（2）上，所述第一伺服电机（1）的转轴穿过所述旋转臂（3）；在旋转臂（3）上的螺孔（9）内拧入紧定螺栓，保证所述旋转臂（3）与所述第一伺服电机（1）转轴间固定可靠，所述第二带座轴承块（4）套在所述第一伺服电机（1）转轴上与所述带座轴承安装块（5）通过螺栓固定；所述平衡块（7）用螺栓安装在所述转动杆（6）另一端，用于平衡所述声学参量阵（103）和所述第一伺服电机（1）的重量，所述转动杆（6）通过螺栓固定在第一转轴（8）上；
绕Z轴旋转组件包括第一转轴（8）、法兰型滚珠轴承组件（10）、第一同步带轮（11）、安装罩（12）、安装底座（13）、第一向心滚子轴承（14）、第二向心滚子轴承（15）、第二同步带轮（16）、带法兰滚珠轴承（17）、双膜片联轴器（18）、第二伺服电机（19）和第二转轴（20）；所述第一转轴（8）从上至下依次安装所述转动杆（6）、所述法兰型滚珠轴承组件（10）、所述第一同步带轮（11）以及所述第一向心滚子轴承（14），所述法兰型滚珠轴承组件（10）通过法兰上的螺孔固定在所述安装罩（12）上，所述第一向心滚子轴承（14）外圈嵌入所述安装底座（13）中，所述第二伺服电机（19）通过螺栓固定在所述安装罩（12）上，所述第二伺服电机（19）的转轴与所述第二转轴（20）通过双膜片联轴器（18）连接，所述第二转轴（20）从上至下依次安装所述带法兰滚珠轴承（17）、所述第二同步带轮（16）和所述第二向心滚子轴承（15），所述带法兰滚珠轴承（17）外圈嵌入所述安装罩中的孔内，所述第二同步带轮（16）与所述第一同步带轮（11）安装在同一高度构成一组同步带轮，所述第二向心滚子轴承（15）外圈嵌入所述安装底座（13）中，所述安装罩（12）分为对称的两部分，分别通过螺栓与所述安装底座（13）固定。
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