CN103521424B - 低频声波激励装置 - Google Patents
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Abstract
低频声波激励装置，包括充液管道，充液管道的管壁开孔与外侧密闭腔体通过连通腔连通，腔体与连通腔二者的壳体紧固且密封连接，连通的腔体与连通腔形成测量腔，激励活塞与所述测量腔的内壁密封连接，激励活塞与活塞杆固接，活塞杆贯穿腔体且与腔体滑动连接，腔体的壳体与活塞杆之间密封连接，所述激振机通过活塞杆驱动激励活塞在所述测量腔内滑动，腔体上设有进气孔，激励活塞将所述测量腔分成上腔、下腔，进气孔与所述上腔连通，进一步在空心活塞杆与激励活塞的连接面上设置加速度计。本发明能够有效提高在低频区域的声辐射效率，能够满足充液管路元器件的声学性能测试要求，并且能够直接、准确测量激励活塞在激振机驱动下的运动加速度。
Description
技术领域
本发明涉及低频声波场的激励活塞式激励装置，具体涉及应用于充液管路的低频声波激励装置，尤其涉及应用于充液管路元器件的声学性能测试中的低频声波激励装置。
背景技术
在测试充液管路元器件的声阻抗、声传递特性、插入损失等声学性能时，需要引入外加声源，由外加声源产生所需声波，使处于声场中的充液管路元器件在声波的激励下而产生振动，以便获得相应的激励及其响应。目前用于流体介质中的外加声源的类型主要有两种：声发射换能器及激振机激励活塞。其中，声发射换能器一般用压电元件制成，其产生声波的机理是将电信号转换为弹性波，由于水的可压缩极差，且水中声波波长是空气中声波波长的四倍以上，则需要较大尺寸的测量腔体，因此，相比于在空气管路中，在水介质等充液管路中，声发射换能器在低频区域的声辐射效率较低，且在充液管路中安装时常会受到空间的限制，不能满足充液管路元器件低频区域声学性能测试的要求；激振机激励活塞式声激励装置由激振机与活塞相连接组成，通过激振机激励活塞，活塞及其端部平面驱动管路内的流体介质产生声波，此类声激励装置的口径可根据充液管路所需口径进行调节，且在低频段可产生一定的声辐射效率，能满足充液管路元器件声学性能测试的要求，并且在有静压要求时，此类声激励装置还具有平衡管路静压的作用，而根据激振机的类型，此类声激励装置可以划分为电动式激振机激励活塞式声激励装置及压电式激振机激励活塞式声激励装置，在实际工程应用上，电动式激振机活塞式声激励装置应用较为广泛，压电式激振机活塞式声激励装置仅在静载很大的情况下使用。
现有激振机激励活塞式声激励装置中通常通过弹簧来承受测量腔体中激励活塞盘两侧的静差压，而由于弹簧的刚度较大，所以在低频区域的声辐射效率的提高受到限制，其低频区域的声辐射效率有限。
发明内容
本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种低频声波激励装置，其能够有效提高在低频区域的声辐射效率，能够满足充液管路元器件的声学性能测试要求，并且能够直接、准确测量激励活塞在激振机驱动下的运动加速度。
本发明的技术方案如下：
低频声波激励装置，包括充液管道，充液管道的管壁开孔与外侧密闭腔体通过连通腔连通，腔体的壳体与连通腔的壳体紧固且密封连接，连通的腔体与连通腔形成测量腔，由激振机驱动的激励活塞滑动设于所述测量腔内，激励活塞与所述测量腔的内壁密封连接，激励活塞与活塞杆固接，活塞杆贯穿腔体且与腔体滑动连接，腔体的壳体与活塞杆之间密封连接，所述激振机通过活塞杆驱动激励活塞在所述测量腔内滑动，腔体上设有进气孔，激励活塞将所述测量腔分成上腔、下腔，进气孔与所述上腔连通。
其进一步技术方案为：
所述测量腔的下腔的腔壁上设有排气孔。
所述活塞杆为空心杆，激励活塞与活塞杆的所述连接面盖合活塞杆的中孔，且在盖合活塞杆中孔的所述连接面上固接有加速度计，加速度计位于活塞杆的中孔内。
所述激励活塞与所述测量腔的内壁通过至少两层密封圈一密封连接。
所述位于腔体外部的活塞杆上设有限位机构。
所述限位机构为锁紧螺母。
所述活塞杆及所述测量腔的壳体均采用不锈钢制作。
所述激励活塞采用铝材。
所述锁紧螺母采用不锈钢制作。
所述进气孔与外部氮气源通过管路连接。
本发明的技术效果：
本发明中激励活塞将充液管路的测量腔分成上腔与下腔，通过激振机驱动激励活塞对充液管路中的流体介质进行轴向激励由此产生声波，能够为声学性能测试提供外加声源；同时，通过在所述上腔壳体上设置进气孔，在对充液管路加压的同时，通过进气孔向所述上腔通入气体，由此实现激励活塞两侧的压力自平衡，通过气液平衡方式承受激励活塞两侧的静压差的同时，相比于传统的采用弹簧平衡激励活塞两侧的静压差的声激励装置，由于气体的刚度小于弹簧的刚度，所以本发明所述声波激励装置能够有效提高声激励的低频辐射效率，提高低频声信号强度；激励活塞与所述测量腔内壁之间设有多层密封圈，确保激励活塞能在所述测量腔内自由轴向移动并且密封耐压，同时还能够承受高背压；在空心的活塞杆与激励活塞的连接面上设有加速度计，实现了激励活塞在外部激振机驱动作用下的运动加速度的测量，且测量准确、可靠；位于腔体外侧的活塞杆上设有锁紧螺母等其他方式的限位机构，用于对活塞杆在所述测量腔的压力作用下轴向移动的限位。本发明所述的声波激励装置结构简单、经久耐用、拆装方便，具有较大的应用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，图中未示出激振机。
其中：1、充液管道；2、腔体；3、连通腔；4、激励活塞；5、活塞杆；6、进气孔；7、排气孔；8、加速度计；9、密封圈一；10、锁紧螺母；11、密封圈二；12、密封圈三；13、密封圈四。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
见图1，本发明包括充液管道1，充液管道1的管壁开孔与外侧密闭腔体2通过连通腔3连通，腔体2的壳体与连通腔3的壳体紧固连接且通过密封圈二11密封，连通的腔体2与连通腔3形成测量腔，由外部激振机驱动的激励活塞4在所述测量腔内滑动，激励活塞4与所述测量腔的内壁通过密封圈一9密封连接，激励活塞4与活塞杆5通过螺栓固定连接，激励活塞4与活塞杆5之间通过密封圈三12密封，活塞杆5贯穿腔体2且与腔体2滑动连接，腔体2的壳体与活塞杆5之间通过密封圈四13密封连接，活塞杆5的上端面与外部激振机的传动杆传动连接，所述外部激振机通过驱动活塞杆5从而驱动激励活塞4在所述测量腔内滑动，腔体2上设有进气孔6，激励活塞4将所述测量腔分成上腔与下腔，进气孔6与所述上腔连通，其中密封圈一9、密封圈二11、密封圈三12及密封圈四13均采用O型密封圈。
进一步地，为了排除所述下腔中对流体介质加压后产生的气泡，在所述测量腔的下腔的腔壁上设有排气孔7，且排气孔7位于激励活塞4最大行程的下方腔壁上；为了保证所述测量腔内上腔与下腔之间的密封效果，在激励活塞4与所述测量腔的内壁通过至少两层密封圈一9密封连接；在通过进气孔6向所述测量腔中的上腔通入气体时，当所述上腔压力过大足以带动活塞杆5及激励活塞4在所述测量腔内向下移动时，或者当所述上腔压力过小，所述下腔压力足以带动活塞杆5及激励活塞4在所述测量腔内向上移动时，在位于腔体2外部的活塞杆5上设有限位机构，以对由所述上腔或下腔带动活塞杆5及激励活塞4的移动进行限位，确保测试的正常进行，在测试期间，因腔体2与连通腔3保持气液平衡状态，此时，锁紧螺母10不起作用，具体地，所述限位机构为与活塞杆5螺纹连接的锁紧螺母10，也可以在活塞杆5上加工有限位凸缘；活塞杆5、锁紧螺母10及所述测量腔的壳体均采用不锈钢制作，激励活塞4采用铝材制作，使得本发明所述声波激励装置不易生锈，便于清洗，能更好地提高声辐射效率，同时为了稳定实现所述测量腔内上腔与下腔的气液平衡，通过所述进气孔6向所述上腔通入性质稳定的氮气。
进一步地，为了测量激励活塞4在外部激振机驱动下的运动加速度，将活塞杆5制作为空心结构，激励活塞4与活塞杆5的所述连接面盖合活塞杆5的中孔，且在盖合活塞杆5中孔的所述连接面上固接有加速度计8，加速度计8位于活塞杆5的中孔内，加速度计8的数据线从活塞杆5侧面引出，方便外部激振机与活塞杆5的连接。
在进行充液管路元器件的声学性能测试时，通过活塞杆5顶部的外部激振机驱动活塞杆5及激励活塞4在所述测量腔内轴向移动，激励活塞4对所述测量腔的下腔内的流体介质进行轴向激励而产生声波，同时，因测试过程中对充液管道1内的流体介质加压，通过腔体2上的进气孔6向所述测量腔的上腔通入气体，通过气液平衡的方式使激励活塞4两侧的压力实现自平衡，由此，不仅为充液管路元器件的声学性能测试提供了外加声源，并且在高背压的测试要求下，通过气液平衡方式来承受激励活塞两侧的静压差，相比于传统的采用弹簧平衡激励活塞两侧的静压差的声激励装置，由于气体的刚度小于弹簧的刚度，所以本发明所述声波激励装置能够有效提高声激励的低频辐射效率。
在提高声激励的低频辐射效率的基础上，本发明在空心的活塞杆5的中孔与激励活塞4的连接面上连接有加速度计8，且加速度计8的数据线从活塞杆5上端侧面的小孔引出后与数据采集设备连接，能够实现激励活塞4中心位置处的运动加速度的测量，且测量准确、可靠。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.低频声波激励装置，包括充液管道（1），充液管道（1）的管壁开孔与外侧密闭腔体（2）通过连通腔（3）连通，腔体（2）的壳体与连通腔（3）的壳体紧固且密封连接，连通的腔体（2）与连通腔（3）形成测量腔，由激振机驱动的激励活塞（4）滑动设于所述测量腔内，激励活塞（4）与所述测量腔的内壁密封连接，其特征在于：激励活塞（4）与活塞杆（5）固接，活塞杆（5）贯穿腔体（2）且与腔体（2）滑动连接，腔体（2）的壳体与活塞杆（5）之间密封连接，所述激振机通过活塞杆（5）驱动激励活塞（4）在所述测量腔内滑动，腔体（2）上设有进气孔（6），激励活塞（4）将所述测量腔分成上腔、下腔，进气孔（6）与所述上腔连通。
2.按权利要求1所述的低频声波激励装置，其特征在于：所述测量腔的下腔的腔壁上设有排气孔（7）。
3.按权利要求1所述的低频声波激励装置，其特征在于：所述激励活塞（4）与所述测量腔的内壁通过至少两层密封圈一（9）密封连接。
4.按权利要求1所述的低频声波激励装置，其特征在于：位于腔体（2）外部的活塞杆（5）杆段上设有限位机构。
5.按权利要求4所述的低频声波激励装置，其特征在于：所述限位机构为锁紧螺母（10）。
6.按权利要求1所述的低频声波激励装置，其特征在于：所述活塞杆（5）及所述测量腔的壳体均采用不锈钢制作。
7.按权利要求1所述的低频声波激励装置，其特征在于：所述激励活塞（4）采用铝材。
8.按权利要求5所述的低频声波激励装置，其特征在于：所述锁紧螺母（10）采用不锈钢制作。
9.按权利要求1所述的低频声波激励装置，其特征在于：所述进气孔（6）与外部氮气源通过管路连接。
10.按权利要求1至9任一权利要求所述的低频声波激励装置，其特征在于：所述活塞杆（5）为空心杆，激励活塞（4）与活塞杆（5）的连接面盖合活塞杆（5）的中孔，且在盖合活塞杆（5）中孔的所述连接面上固接有加速度计（8），加速度计（8）位于活塞杆（5）的中孔内。
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