CN103702272A - 一种具有间隙密封结构的活塞发声器及其调整方法 - Google Patents

Abstract

一种具有间隙密封结构的活塞发声器，包括腔体，活塞和支撑装置；腔体与活塞之间有导向件，导向件的外表面与腔体内壁密封连接，内表面与活塞构成间隙配合，导向件和腔体同轴；导向件的外表面有环形气槽，环形气槽内均布有指向导向件轴线的连通气孔，气源接口与环形气槽连通。活塞发声器的安装调整方法包括，使腔体水平放置并使其轴线与驱动部件轴线共面；将活塞插入通入高压气的导向件中，活塞被浮起并与腔体对中；在活塞的法兰与导向件之间放入量块，确定活塞的平衡位置和腔体的容积，使活塞法兰与驱动部件贴紧并紧固，将腔体与腔体底板紧固；移除量块，关闭高压气源。本发明具有能够降低腔体内的声压泄露，同时保证活塞与腔体不发生摩擦的优点。

Description

一种具有间隙密封结构的活塞发声器及其调整方法

技术领域

本发明属于声学计量技术领域，特别是涉及一种活塞发声器及其安装调整方法。

技术背景

传声器是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，是电声系统的重要环节，广泛地应用于声乐、通信、航天等诸多领域。为了保证传声器输出信号准确有效，按照计量检定规程的规定，必须在出厂前或使用一段时间后，对传声器的灵敏度、频率响应等各项性能指标进行校准。

活塞发声器是实现传声器声压灵敏度校准的重要装置，它通过激励装置驱动活塞做给定频率和振幅的正弦振动，在腔体内形成可确定声压的声场，与传声器的开路电压对比即可确定其声压灵敏度。校准时传声器前端插入腔体，振动膜片的前侧与腔体内的声场接触，而振动膜片后腔则与外界环境联通，为了降低外界环境波动（如气压和温度变化）对传声器校准结果的影响，需要腔体也与外界环境联通平衡二者间静压，这由活塞与腔体之间的间隙实现。然而活塞与腔体之间的间隙是活塞发声器设计的难点之一，主要原因在于：1）若间隙过小，活塞往复运动过程中，很容易与腔体之间产生摩擦，从而产生摩擦噪声和活塞输出的位移波形失真(即不是理想的正弦波)，进而造成声压信号也产生失真；2）若间隙过大，活塞与腔体之间的间隙构成了气体媒质的流通通道，将引起腔体内声压的泄漏，从而产生声压泄漏误差，而且活塞发声器的工作频率越低，泄漏误差越大。

发明内容

为了克服现有的活塞发声器结构存在活塞输出低失真的位移波形和降低腔体内声压的泄露两项指标相互掣肘的缺点，即：在可实现的装配精度前提下，若要进一步降低腔体内的声压泄漏，必然要减小活塞与腔体间的间隙，或增加额外的密封装置，这易于增加活塞运动中与腔体间的摩擦，难以保证活塞输出低失真的位移波形；或者若要降低活塞输出的位移波形失真度，必然要增大活塞与腔体间的间隙，导致腔体内声压的泄漏增大。本发明提供了一种能够既降低活塞与腔体间的摩擦又降低腔体内的声压泄露的活塞发声器以及该活塞发声器的安装调整方法。

一种具有间隙密封结构的活塞发声器，包括腔体，用于与激振装置的驱动部件连接的活塞和托持腔体的支撑装置；其特征在于：腔体与活塞之间设有导向件，导向件的外表面与腔体内壁密封连接，导向件的内表面与活塞构成间隙配合，导向件和腔体同轴；所述的导向件的外表面开设有环形气槽，导向件内设有连通环形气槽和导向件内圆柱面的连通气孔，连通气孔指向导向件轴线，腔体上设有气源接口，气源接口与环形气槽连通。

进一步，同一圆周上的连通气孔形成一个气孔组，且连通气孔在圆周内均匀分布，气孔组的数量为至少两排，且在环形气槽内沿轴向均匀分布；环形气槽的中间横截面与导向件的中间横截面重合；连通气孔如此设置能够保证高压气对活塞的托持力沿活塞轴向和径向均匀分布。

进一步，所述的活塞包括可与激振装置的驱动部件连接的法兰和圆柱形的活塞体，活塞体中空；活塞体位于腔体内的一端封闭构成发声端面，活塞体的另一端开口，法兰为沿活塞体的开口端向外延伸的一圈环边；活塞体中空使得活塞质量轻，易于得到较高的活塞运动加速度。

进一步，所述的支撑装置包括底座，可调垫铁，腔体底板和腔体支座；腔体的两端分别设有腔体支座，腔体上设有环形安装槽；腔体支座包括顶盖和下支座，顶盖和下支座围成与环形安装槽配合的安装孔，顶盖和下支座固定，腔体锁紧于安装孔内；底座、可调垫铁、腔体底板均位于激振装置的前侧，相对于驱动部件轴线所在铅垂面对称放置；腔体底板通过可调垫铁托持放置于底座上；腔体底板的上、下表面均为平面；

下支座两侧分别设有向外延伸的凸台，每个凸台均配有压块，压块可一端压住凸台，另一端贴紧腔体底板，压块上穿设有紧固螺栓，腔体底板上设有T型槽，紧固螺栓的头部位于T型槽内，紧固螺栓的尾部连接有蝶形螺母，可通过蝶形螺母将凸台与腔体底板紧固，进而固定下支座。

安装调整所述的活塞发声器的方法包括以下步骤：

1）、将激振装置的驱动部件锁紧于平衡位置(驱动部件轴线已经调至水平)，然后将具有导向件的腔体放置在支撑装置上，调整可调垫铁，使腔体水平放置并使其轴线与驱动部件轴线处于同一水平面；

2）、向导向件内通入高压气（为保证腔体内气压不至上升，打开腔体的端盖），将活塞插入导向件中，活塞被高压气浮起，气膜均匀分布于活塞与导向件之间，活塞与腔体自动对中；

3）、在活塞的法兰与导向件之间放入量块，量块的长度已知，当量块一端贴紧导向件，另一端贴紧活塞法兰时，活塞在腔体内的平衡位置确定，从而可精确得到腔体内的有效容积；调整腔体位置，使活塞法兰与驱动部件贴紧（为保证结合面贴紧，可微调可调垫铁），驱动部件、活塞和腔体同轴；将活塞法兰和驱动部件采用螺钉连接，拧紧蝶形螺母将腔体与腔体底板紧固在一起，这样驱动部件、活塞和腔体之间的位置被确定；

4）、移除量块，关闭高压气源。此时驱动部件、活塞和腔体同轴，由于驱动部件、活塞和导向件均为轴对称结构，且激振方向与驱动部件轴线同轴，即实现了活塞往复运动时精确地位于导向件中央，且不接触。

步骤3）中，利用量块保证活塞在腔体内的平衡位置，从而精确得到腔体内的有效容积的依据为：自定义活塞在腔体内的平衡位置，量块长度等于处于平衡位置时活塞的法兰与导向件间的距离，将其作为调整过程中保证活塞在腔体内平衡位置的定位装置，从而可以保证腔体内的有效容积。

步骤4）中，检查活塞运动中是否与导向件产生摩擦或碰撞的方法为：轻推活塞，如果活塞可在导向件内自由滑动，则活塞与导向件对中良好，安装调整过程结束；如果活塞运动中出现卡顿或卡死则重复步骤1）~4），直至活塞运动顺畅为止。

本发明通过在腔体和活塞之间设置导向件，向导向件内通入高压气，使活塞与导向件之间形成均匀的气膜，从而实现活塞和导向件自动对中。利用气膜的悬浮作用保证活塞与腔体对中的精确度高，进而能够选择尽可能小的活塞与导向件间隙配合，既保证活塞与导向件不接触又降低腔体内声压的泄漏。

通过调整可调垫铁的高度来调节腔体底板的水平和高度，使腔体水平放置，使腔体和激振装置驱动部件的轴线处于同一水平面；利用量块保证活塞在腔体内的平衡位置，从而可精确得到腔体内的有效容积；通过调整腔体支座的位置，至活塞法兰与驱动部件贴紧，实现驱动部件、活塞和腔体同轴，且驱动部件、活塞和腔体之间的相对位置被确定。

本发明利用在导向件与活塞之间形成高压气膜实现活塞与导向件的自动对中，从而能够选择尽可能小的活塞与导向件间隙配合，既能够降低腔体内声压的泄露，减小声压泄漏误差；又能够保证活塞相对导向件运动时精确地位于导向件中央，不产生摩擦，降低活塞输出的位移波形失真度。

附图说明

图1是本发明的剖视图。

图2是腔体的示意图。

图3是导向件的示意图。

图4是本发明的分解示意图。

图5是压块与底板连接的局部剖视图。

具体实施方式

实施例1

如图1、2所示，一种具有间隙密封结构的活塞发声器，包括腔体4，用于与激振装置的驱动部件22连接的活塞1和托持腔体4的支撑装置；腔体4与活塞1之间设有导向件3，导向件3的外表面与腔体4内壁密封连接，导向件3的内表面与活塞1构成间隙配合，导向件3和腔体4同轴；所述的导向件3的外表面开设有环形气槽10，导向件3内设有连通环形气槽10和导向件3内圆柱面的连通气孔11，连通气孔11指向导向件3轴线，腔体4上设有气源接口13，气源接口13与环形气槽10连通。

如图3所示，同一圆周上的连通气孔11形成一个气孔组，且连通气孔11在圆周内均匀分布，气孔组的数量为至少两排，且在环形气槽10内沿轴向均匀分布；环形气槽10的中间横截面与导向件3的中间横截面重合；连通气孔11如此设置能够保证高压气对活塞1的托持力沿活塞1轴向和径向均匀分布。

所述的活塞1包括可与激振装置的驱动部件22连接的法兰和圆柱形的活塞体，活塞体中空；活塞体位于腔体4内的一端封闭构成发声端面，活塞体的另一端开口，法兰为沿活塞体的开口端向外延伸的一圈环边；活塞体中空使得活塞1的质量轻，易于得到较高的活塞1运动加速度。

如图1、4所示，支撑装置包括底座9，可调垫铁8，腔体底板7和腔体支座5；腔体4的两端分别设有腔体支座5，腔体4上设有环形安装槽14；腔体支座5包括顶盖15和下支座16，顶盖15和下支座16围成与环形安装槽14配合的安装孔，顶盖15和下支座16固定连接将腔体4锁紧于安装孔内；底座9、可调垫铁8、腔体底板7均位于激振装置的前侧，相对于驱动部件22轴线所在铅垂面对称放置；腔体底板7通过可调垫铁8托持放置于底座9上；腔体底板7的上、下表面均为平面。

如图4、5所示，下支座16两侧分别设有向外延伸的凸台18，每个凸台18均配有压块6，压块6可一端压住凸台18，另一端贴紧腔体底板7，压块6上穿设有紧固螺栓21，腔体底板7上设有T型槽19，紧固螺栓21的头部位于T型槽19内，紧固螺栓21的尾部连接有蝶形螺母20，可通过蝶形螺母20将凸台18与腔体底板7紧固，进而固定下支座16。

本发明通过在腔体4和活塞1之间设置导向件3，向导向件3内通入高压气，活塞1与导向件3之间形成均匀的气膜，从而实现活塞1和导向件3自动对中。利用气膜的悬浮作用来保证活塞1与腔体4对中的精确度高，进而能够选择尽可能小的活塞1与导向件3间隙配合，既保证活塞1与导向件3不接触又降低腔体4内声压的泄漏。

通过调整可调垫铁8的高度来调节腔体底板7的水平和高度，使腔体4水平放置，使驱动部件22和腔体4的轴线处于同一水平面；利用量块2保证活塞1在腔体4内的平衡位置，从而可精确得到腔体内的有效容积；通过调整腔体支座5的位置，至活塞1法兰与驱动部件22贴紧，并采用螺钉紧固，实现腔体4、活塞1和驱动部件22同轴，同时驱动部件22、活塞1和腔体4之间的相对位置被确定。

量块2具有确定的设计尺寸，利用量块2保证活塞1在腔体4内的平衡位置，从而精确得到腔体内的有效容积的依据为：任意定义活塞1在腔体4内的平衡位置，量块2长度等于处于平衡位置时活塞1的法兰与导向件3间的距离，将其作为调整过程中保证活塞1在腔体4内平衡位置的定位装置，从而可以保证腔体4内的有效容积。

本发明利用在导向件3与活塞1之间形成高压气膜来实现活塞1与导向件3的自动对中，从而能够选择尽可能小的活塞1与导向件3间隙配合，既能够降低腔体4内的声压泄露，减小声压泄漏误差；又能保证活塞1相对导向件3运动时精确地位于导向件3中央，不产生摩擦，降低活塞1输出的位移波形失真度。

实施例2

安装调整所述的活塞发声器的方法包括以下步骤：

1）、将激振装置的驱动部件22锁紧于平衡位置(驱动部件22的轴线已经调至水平)，然后将具有导向件3的腔体4放置在支撑装置上，调整可调垫铁8，使腔体4呈水平放置并与驱动部件22轴线处于同一水平面；

2）、向导向件3内通入高压气（为保证腔体内气压不至上升，打开腔体4左侧的端盖26），将活塞1插入导向件3中，活塞1被高压气浮起，气膜均匀分布于活塞1与导向件3之间，活塞1与腔体4自动对中；

3）、在活塞1的法兰与导向件3之间放入量块2，量块2的长度已知，当量块2一端贴紧导向件3，另一端贴紧活塞1法兰时，活塞1在腔体4内的平衡位置确定，从而可精确得到腔体4内的有效容积；调整腔体4位置，使活塞1法兰与驱动部件22贴紧(为保证结合面相互平行，可以微调可调垫铁8)，驱动部件、活塞和腔体同轴；将活塞1和驱动部件22用螺钉连接在一起，拧紧蝶形螺母20将腔体4与腔体底板7紧固在一起，这样驱动部件22、活塞1、腔体4之间的位置被确定；

4）、移除量块2，关闭高压气源。此时驱动部件22、活塞1和腔体4同轴，由于驱动部件22、活塞1和导向件3均为轴对称结构，且激振方向与驱动部件22轴线同轴，即实现了活塞1往复运动时位于导向件3中央，且不接触。

步骤4）中，检查活塞1运动中是否与导向件3产生摩擦或碰撞的方法为：轻推活塞1，如果活塞1可在导向件3内自由滑动，则活塞1与导向件3对中良好，安装调整过程结束；如果活塞1运动中出现卡顿或卡死则重复步骤1）~4），直至活塞1运动顺畅为止。

本发明通过调整可调垫铁8的高度，使腔体4和驱动部件22的轴线处于同一水平面；利用量块2保证活塞1在腔体4内的平衡位置，从而可精确得到腔体4内的有效容积；通过调整腔体4位置，实现腔体4、活塞1和驱动部件22同轴，并最终确定驱动部件22、活塞1和腔体4之间的相对位置。

通过此调整方法，利用在活塞1与导向件3之间形成的均匀高压气膜实现活塞1与导向件3的自动对中，进而能够选择尽可能小的活塞1与导向件3间隙配合，既能够降低腔体4内声压的泄露，减小声压泄漏误差；又能够保证活塞1在相对导向件3运动时位于中央，而不发生摩擦，降低活塞1输出的位移波形失真度。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种具有间隙密封结构的活塞发声器，包括腔体，用于与激振装置的驱动部件连接的活塞和托持腔体的支撑装置；其特征在于：腔体与活塞之间设有导向件，导向件的外表面与腔体内壁密封连接，导向件的内表面与活塞构成间隙配合，导向件和腔体同轴；所述的导向件的外表面开设有环形气槽，导向件内设有连通环形气槽和导向件内圆柱面的连通气孔，连通气孔指向导向件轴线，腔体上设有气源接口，气源接口与环形气槽连通。

2.如权利要求1所述的具有间隙密封结构的活塞发声器，其特征在于：同一圆周上的连通气孔形成一个气孔组，且连通气孔在圆周内均匀分布，气孔组的数量为至少两排，且在环形气槽内沿轴向均匀分布；环形气槽的中间横截面与导向件的中间横截面重合。

3.如权利要求2所述的具有间隙密封结构的活塞发声器，其特征在于：所述的活塞包括可与激振装置的驱动部件连接的法兰和圆柱形的活塞体，活塞体中空；活塞体位于腔体内的一端封闭构成发声端面，活塞体的另一端开口，法兰为沿活塞体的开口端向外延伸的一圈环边。

4.如权利要求3所述的具有间隙密封结构的活塞发声器，其特征在于：所述的支撑装置包括底座，可调垫铁，腔体底板和腔体支座；腔体的两端分别设有腔体支座，腔体上设有环形安装槽；腔体支座包括顶盖和下支座，顶盖和下支座围成与环形安装槽配合的安装孔，顶盖和下支座固定，腔体锁紧于安装孔内；底座、可调垫铁、腔体底板均位于激振装置的前侧，相对于驱动部件轴线所在铅垂面对称放置；腔体底板通过可调垫铁放置于底座上；腔体底板的上、下表面均为平面；下支座两侧分别设有向外延伸的凸台，每个凸台均配有压块，压块可一端压住凸台，另一端贴紧腔体底板，压块上穿设有紧固螺栓，腔体底板上设有T型槽，紧固螺栓的头部位于T型槽内，紧固螺栓的尾部连接有蝶形螺母。

5.安装调整如权利要求1-4之一所述的活塞发声器的方法包括以下步骤：

1）、将激振装置的驱动部件锁紧于平衡位置，然后将具有导向件的腔体放置在支撑装置上，调整可调垫铁，使腔体呈水平放置并使其轴线与驱动部件轴线处于同一水平面；

2）、向导向件内通入高压气，将活塞插入导向件中，活塞被高压气浮起，气膜均匀分布于活塞与导向件之间，活塞与腔体自动对中；

3）、在活塞的法兰与导向件之间放入量块，当量块一端贴紧导向件，另一端贴紧活塞法兰时，活塞在腔体内的平衡位置确定，精确得到腔体内的有效容积；调整腔体位置，使活塞法兰与驱动部件贴紧，驱动部件、活塞和腔体同轴；将活塞法兰和驱动部件采用螺钉连接，拧紧蝶形螺母将腔体与腔体底板紧固在一起；

4）、移除量块，关闭高压气源。

6.如权利要求5所述的活塞发声器的安装调整方法，其特征在于：步骤3）中，量块长度等于处于平衡位置的活塞法兰与导向件间的间隙。

7.如权利要求5所述的活塞发声器的安装调整方法，其特征在于：步骤4）中，检查活塞运动中是否与导向件产生摩擦或碰撞的方法为：轻推活塞，如果活塞可在导向件内自由滑动，则活塞与导向件对中良好，安装调整过程结束；如果活塞运动中出现卡顿或卡死则重复步骤1）~4），直至活塞运动顺畅为止。

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