CN108169340B - 一种机电一体式低频声发射换能器 - Google Patents

一种机电一体式低频声发射换能器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机电一体式低频声发射换能器，由电磁驱动装置、用于平衡管内液体介质静压力的低频声激励装置及声测量腔连接形成一体式结构；本发明结构简单、使用方便，利用粘性阻尼器在低速相对运动时可以自由移动，在高速相对运动时可以当作刚体来解决静态加压时的位移补偿问题，其即可以实现静态位移的补偿又可以实现一定频率以上动态力向机械式活塞的传递，其具有结构紧凑、性能优良及使用方便的优点，有效满足泵与阀声学传递特性测试、管路元件声阻抗特性测试及管道噪声主动控制的需要，同时还满足水下声学材料低频段声阻抗等声学参数测试的需要。

Description

一种机电一体式低频声发射换能器
技术领域
本发明涉及换能器领域，尤其涉及一种可以广泛用于泵与阀的水动力噪声源特性测试、流动状态管路元器件声阻抗测试、以及管内工作介质水动力噪声主动控制、水声材料低频声学性能测试的机电一体式低频声发射换能器。
背景技术
目前在水声测试领域应用的声学换能器基本上均是压电换能器，这种换能器频响范围宽、性能稳定，但工作频率的下限较高，一般为200Hz以上，而管路设备与元件的声学性能测试所要求的频率下限需要达到20Hz甚至更低，压电换能器显然不能满足需要。
采用机械式活塞与电磁激振机的结合可以解决管路低频声学性能测试的问题，但这样应用存在以下缺点：
1)电磁激振机与机械活塞是两个独立结构，安装使用不方便，需要辅助支架或行车吊挂激振机；
2)由于激振机通过连接杆向活塞传递动态力，连接杆较细、刚度不足，由激振机传递给活塞的振动能量受到限制，影响活塞声发射的强度；
3)在进行管内工作介质水动力低频线谱噪声主动控制时，采用激振机与活塞组合的方式相位特性不好，难以工程实用化。
发明内容
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种机电一体式低频声发射换能器，其具有结构紧凑、性能优良及使用方便的优点，有效满足泵与阀声学传递特性测试、管路元件声阻抗特性测试及管道噪声主动控制的需要，同时还满足水下声学材料低频段声阻抗等声学参数测试的需要。
本发明所采用的技术方案如下：
一种机电一体式低频声发射换能器，由电磁驱动装置、用于平衡管内液体介质静压力的低频声激励装置及声测量腔连接形成一体式结构；
所述电磁驱动装置的具体结构如下：
包括磁缸后盖，在所述磁缸后盖内部的上下面分别设置固定磁缸，在所述固定磁缸的表面设置固定磁铁，在上下相邻的两个固定磁铁之间设置可动磁缸，所述可动磁缸的内部设置连接阻尼器；
所述低频声激励装置的具体结构如下：
包括带有出气孔的活塞缸体，前活塞盘和后活塞盘与所述活塞缸体密封连接，所述后活塞盘的一端与活塞顶杆的一端固接，所述前活塞盘与所述活塞顶杆的外周配合，所述活塞顶杆的另一端顺序贯穿隔板、后活塞盘并与连接杆的一端连接，所述连接杆的另一端贯穿阻尼器及可动磁缸；于所述前活塞盘与后活塞盘之间、在所述活塞顶杆的外周还配合隔板，所述隔板使前活塞盘与后活塞盘之间分隔形成左压缩气腔及右压缩气腔，于所述左压缩气腔及右压缩气腔内，在所述隔板的两侧分别连接弹簧，于所述隔板及活塞缸体的内部均开设用于连通左压缩气腔及右压缩气腔的进气孔；
所述声测量腔的具体结构如下：
包括与所述活塞缸体另一侧密封连接的前测量腔，所述前测量腔未接触活塞缸体的一端与后测量腔密封连接，所述后测量腔与后刚性支座固接，于所述前测量腔上设置前测量腔水听器，在所述后测量腔的轴心处还设置后测量腔水听器。
作为上述技术方案的进一步改进：
在各固定磁缸的一端还与调节套的一端连接，所述调节套的另一端与磁缸后盖的内壁连接；
所述左压缩气腔及右压缩气腔中设置的弹簧的长度及刚度一致；
于所述活塞缸的外周还配合前刚性支座；
所述前测量腔的内部形成用于注水的测量腔体；
于所述前活塞盘朝向前测量腔内腔体的表面中心处还设置加速度传感器。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单、使用方便，利用粘性阻尼器在低速相对运动时可以自由移动，在高速相对运动时可以当作刚体来解决静态加压时的位移补偿问题，其即可以实现静态位移的补偿又可以实现一定频率以上动态力向机械式活塞的传递，其具有结构紧凑、性能优良及使用方便的优点，有效满足泵与阀声学传递特性测试、管路元件声阻抗特性测试及管道噪声主动控制的需要，同时还满足水下声学材料低频段声阻抗等声学参数测试的需要。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1、电磁驱动装置；2、低频声激励装置；3、前测量腔；4、后测量腔；5、后刚性支座；6、出气孔；7、加速度传感器；8、前测量腔水听器；9、前刚性支座；10、前测量腔注水；11、可动磁缸；12、阻尼器；13、连接杆； 14、磁缸后盖；15、调节套；16、固定磁铁；17、左压缩气腔；18、右压缩气腔；19、弹簧；20、后测量腔水听器；21、前活塞盘；22、固定磁缸；23、活塞缸；24、进气孔；25、后活塞盘；26、活塞顶杆；27、隔板。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，机电一体式低频声发射换能器，由电磁驱动装置1、用于平衡管内液体介质静压力的低频声激励装置2及声测量腔连接形成一体式结构；
电磁驱动装置1的具体结构如下：
包括磁缸后盖14，在磁缸后盖14内部的上下面分别设置固定磁缸22，在固定磁缸22的表面设置固定磁铁16，在上下相邻的两个固定磁铁16之间设置可动磁缸11，可动磁缸11的内部设置连接阻尼器12。在上述各固定磁缸22 的一端还与调节套15的一端连接，调节套15的另一端与磁缸后盖14的内壁连接。
低频声激励装置2的具体结构如下：
包括带有出气孔6的活塞缸体23，前活塞盘21和后活塞盘25与活塞缸体 23密封连接，后活塞盘25的一端与活塞顶杆26的一端固接，前活塞盘21与活塞顶杆26的外周配合，活塞顶杆26的另一端顺序贯穿隔板27、后活塞盘25 并与连接杆13的一端连接，连接杆13的另一端贯穿阻尼器12及可动磁缸11；于前活塞盘21与后活塞盘25之间、在活塞顶杆26的外周还配合隔板27，隔板27使前活塞盘21与后活塞盘25之间分隔形成左压缩气腔17及右压缩气腔 18，于左压缩气腔17及右压缩气腔18内，在隔板27的两侧分别连接弹簧19，于隔板27及活塞缸体23的内部均开设用于连通左压缩气腔17及右压缩气腔 18的进气孔24。左压缩气腔17及右压缩气腔18中设置的弹簧19的长度及刚度一致，使得常压状态下左压缩气腔17与右压缩气腔18中的气腔容积保持一致。如图1所示，于上述活塞缸23的外周还配合前刚性支座9。于前活塞盘21 朝向前测量腔3内腔体的表面中心处还设置加速度传感器7。
如图1所示，声测量腔的具体结构如下：
包括与活塞缸体23另一侧密封连接的前测量腔3，前测量腔3的内部形成用于注水的测量腔体。前测量腔3未接触活塞缸体23的一端与后测量腔4密封连接，后测量腔4与后刚性支座5固接，于前测量腔3上设置前测量腔水听器 8，在后测量腔4的轴心处还设置后测量腔水听器20。
本发明的具体安装过程如下：
首先将前测量腔3与后测量腔4刚性连接，通过前刚性支座9、后刚性支座5固定在测试平台上，在前测量腔3中安装前测量腔水听器8，然后向前测量腔3的测量腔体中进行前测量腔注水10，通过注入液体介质使测量腔体内的气体排出，然后将本发明连接加压系统，通过橡皮锤敲打来排出测量腔壁面上附着的气泡，将充满液体介质的本发明放置六小时以上。打开排气口进一步排气(排气口图中未示出)，气体排出完毕后关闭排气口，然后将活塞缸23与前测量腔3刚性连接，在活塞缸23中安装前活塞盘21和后活塞盘25，然后将电磁驱动装置1通过螺栓连接到活塞缸23的法兰，连接杆13从磁缸后盖14中间插入，并贯穿可动磁缸11、阻尼器12与活塞顶杆26连接。
本发明的具体工作过程如下：
在低频声激励装置2的活塞缸23的活塞腔中充入压缩空气或氮气，在前测量腔3中加入液体介质，由于气体的压缩刚度小于液体，当液体压力发生变化时，气体体积容易发生变化并造成前活塞盘21的位移，前活塞盘21的位移会影响电磁驱动装置1，弹簧19的布置采用位移自适应补偿方法，实现在压力变化过程中电磁驱动装置1与前活塞盘21相对位移的自适应补偿。由低频声激励装置2在声测量腔中对流体介质进行轴向激励产生声波，即可满足低频外加声源的试验需要。由电磁驱动装置1驱动低频声激励装置2在声测量中产生平面波，从而满足测试需求。
在本发明中前活塞盘21通过活塞顶杆26及连接杆13与可动磁缸11连接，根据电磁激振机的原理，由于激振机无法承受较大的轴向位移，为了避免损坏电磁激振部分动圈的弹性片，因此采用阻尼器12，其可以自由滑动，且在相对运动速度增加时阻尼力增大，由此实现位移补偿。
本发明结构简单、使用方便，利用粘性阻尼器在低速相对运动时可以自由移动，在高速相对运动时可以当作刚体来解决静态加压时的位移补偿问题，其即可以实现静态位移的补偿又可以实现一定频率以上动态力向机械式活塞的传递，其具有结构紧凑、性能优良及使用方便的优点，有效满足泵与阀声学传递特性测试、管路元件声阻抗特性测试及管道噪声主动控制的需要，同时还满足水下声学材料低频段声阻抗等声学参数测试的需要。
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，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种机电一体式低频声发射换能器，其特征在于：由电磁驱动装置(1)、用于平衡管内液体介质静压力的低频声激励装置(2)及声测量腔连接形成一体式结构；
所述电磁驱动装置(1)的具体结构如下：
包括磁缸后盖(14)，在所述磁缸后盖(14)内部的上下面分别设置固定磁缸(22)，在所述固定磁缸(22)的表面设置固定磁铁(16)，在上下相邻的两个固定磁铁(16)之间设置可动磁缸(11)，所述可动磁缸(11)的内部设置连接阻尼器(12)；
所述低频声激励装置(2)的具体结构如下：
包括带有出气孔(6)的活塞缸体(23)，前活塞盘(21)和后活塞盘(25)与所述活塞缸体(23)密封连接，所述后活塞盘(25)的一端与活塞顶杆(26)的一端固接，所述前活塞盘(21)与所述活塞顶杆(26)的外周配合，所述活塞顶杆(26)的另一端顺序贯穿隔板(27)、后活塞盘(25)并与连接杆(13)的一端连接，所述连接杆(13)的另一端贯穿阻尼器(12)及可动磁缸(11)；于所述前活塞盘(21)与后活塞盘(25)之间、在所述活塞顶杆(26)的外周还配合隔板(27)，所述隔板(27)使前活塞盘(21)与后活塞盘(25)之间分隔形成左压缩气腔(17)及右压缩气腔(18)，于所述左压缩气腔(17)及右压缩气腔(18)内，在所述隔板(27)的两侧分别连接弹簧(19)，于所述隔板(27)及活塞缸体(23)的内部均开设用于连通左压缩气腔(17)及右压缩气腔(18)的进气孔(24)；
所述声测量腔的具体结构如下：
包括与所述活塞缸体(23)另一侧密封连接的前测量腔(3)，所述前测量腔(3)未接触活塞缸体(23)的一端与后测量腔(4)密封连接，所述后测量腔(4)与后刚性支座(5)固接，于所述前测量腔(3)上设置前测量腔水听器(8)，在所述后测量腔(4)的轴心处还设置后测量腔水听器(20)。
2.如权利要求1所述的机电一体式低频声发射换能器，其特征在于：在各固定磁缸(22)的一端还与调节套(15)的一端连接，所述调节套(15)的另一端与磁缸后盖(14)的内壁连接。
3.如权利要求1所述的机电一体式低频声发射换能器，其特征在于：所述左压缩气腔(17)及右压缩气腔(18)中设置的弹簧(19)的长度及刚度一致。
4.如权利要求1所述的机电一体式低频声发射换能器，其特征在于：于所述活塞缸(23)的外周还配合前刚性支座(9)。
5.如权利要求1所述的机电一体式低频声发射换能器，其特征在于：所述前测量腔(3)的内部形成用于注水的测量腔体。
6.如权利要求1所述的机电一体式低频声发射换能器，其特征在于：于所述前活塞盘(21)朝向前测量腔(3)内腔体的表面中心处还设置加速度传感器(7)。
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