CN109013258A - 一种低频声压发生装置 - Google Patents
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Abstract
一种低频声压发生装置，包括声腔，密封膜，活塞，弹性支撑装置及其驱动机构；其特征在于：声腔前端设置有密封膜，且密封膜处于其平衡位置；活塞安装于弹性支撑装置上并与声腔同轴线，活塞通过密封盖与密封膜相连；低速伺服电机通过驱动机构驱动活塞带动密封膜在声腔内做往复直线运动。本发明的优点在于：初始时密封膜处于平衡位置，对于声腔内理论声压的计算过程更加简便且结果更加准确；活塞安装于弹性支撑装置上避免了其径向的跳动减小了试验误差；通过电机驱动活塞带动密封膜在声腔内产生幅值正弦变化的低频声压。
Description
技术领域
本发明属于声学计量技术领域，特别是涉及一种低频声压发生装置。
背景技术
声波的精确测量是声学研究和应用的前提。声学测量设备是分析研究声学问题的重要工具，可以为理论声学和数值声学的研究提供实验验证。目前几乎所有的声学测量设备中都包含传声器(一种把声压信号转换成电信号的声电换能器)。为了保证传声器输出的电压信号的准确性，按照标准的规定，在传声器出厂前或者是使用之前，都必须使用校准设备对传声器的灵敏度进行校准。
活塞发声装置是最为直接的在声腔内复现声压量值的原级校准方法，并且被广泛认可为最合适传声器低频校准的方法。活塞发声装置的基本原理就是耦合腔内正弦振动的活塞在声腔内产生可以计算声压的声场，校准时传声器前端置于耦合声场内，传声器输出的开路电压与声场声压的比值就可以得到传声器的灵敏度。现有的活塞发声装置一般都是通过电磁激振器驱动活塞做正弦运动，存在制造成本高昂、养户困难、操作复杂等缺点。
发明内容
为了克服现有的活塞发声装置制造成本高昂、养户困难、操作复杂等缺点，本发明提供了一种低速伺服电机驱动的低频声压发生装置。
一种低频声压发生装置，包括声腔，密封膜，活塞，弹性支撑装置和驱动机构，其特征在于：声腔安装于水平平台上，声腔前端设置有密封膜，且密封膜的圆心位于声腔轴线上；活塞安装于弹性支撑装置上并与声腔同轴线，活塞通过密封盖将密封膜夹紧，当活塞处于静平衡位置时，密封膜恰好为一平面，即处于其静平衡位置；驱动机构由低速伺服系统及曲柄连杆机构构成，低速伺服系统包括低速伺服电机及其驱动器，低速伺服电机通过电机支架安装于水平平台上；低速伺服电机的主轴轴线与声腔轴线共面正交，且与水平平台平行；低速伺服电机、曲柄连杆机构和活塞连接在一起，低速伺服电机匀速旋转，进而带动曲柄连杆机构驱动活塞和密封膜在声腔内做往复直线运动，在声腔内产生幅值正弦变化的低频声压。
进一步，弹性支撑装置由6片弹簧片和弹簧片支座构成，6片弹簧片为尺寸完全一致的铜质平面薄片，每三片一组在一个平面呈120°均匀分布；弹簧片外端与弹簧片支座固接，弹簧片里端与活塞固接；活塞一侧两组弹簧片的轴向安装间距与弹簧片支座一侧两组弹簧片的轴向安装间距相同，活塞处于静平衡位置时，弹簧片无初始变形。
进一步，活塞及密封盖的薄膜安装侧均设置有凹槽，凹槽内设置有O型密封圈；密封盖通过螺栓和O型密封圈把密封膜压装于活塞上。
进一步，曲柄连杆机构包括曲柄、曲柄轴、连杆和滚动轴承；曲柄通过轴承座安装于电机输出轴上，曲柄与伺服电机输出轴共轴线；曲柄外侧设置有偏心螺纹孔，曲柄轴通过螺纹孔安装于曲柄上，曲柄轴轴线与伺服电机输出轴轴线平行且不重合；连杆两端安装孔装有滚动轴承，连杆与滚动轴承之间为过盈配合；连杆一端通过螺母固定在曲柄轴上，另一端通过双头螺栓安装于活塞尾部的通孔上。
附图说明
图1为一种低频声压发生装置三维装配图
图2为一种低频声压发生装置侧面剖视图
图3为一种低频声压发生装置薄膜、薄膜安装座、薄膜压紧环、活塞和密封盖的连接示意图
图4为图3的局部放大图
图5为一种低频声压发生装置的伺服电机输出轴装配的剖视图
图6为一种低频声压发生装置的主视图和活塞装配局部放大图
图7为一种低频声压发生装置驱动机构的运行示意图
附图标记说明：声腔1，水平平台2，活塞3，弹簧片支座4，弹簧片5，密封膜6，传声器7，密封盖8，低速伺服电机9，驱动器10，曲柄11，曲柄轴12，连杆13，滚动轴承14，轴承座15，双头螺栓16，电机支架17，曲轴固定螺母18，连杆安装螺母19，密封盖螺栓20，密封盖螺母21，活塞尾部的通孔22，活塞及密封盖的薄膜安装侧的凹槽23，O型密封圈
具体实施例
如图1和图2所示，一种低频声压发生装置，包括声腔1，水平平台2，活塞3，支撑活塞3的弹簧片支座4和6片弹簧片5，活塞3与声腔1同轴线，声腔1安装在平台2上；声腔1前端设置有密封膜6，且密封膜6的圆心位于声腔轴线上；活塞3安装于弹性支撑装置上并与声腔1同轴线，活塞3通过密封盖8将密封膜6夹紧，当活塞3处于静平衡位置时，密封膜6恰好为一平面，即处于其静平衡位置。
如图2和图3所示，为了保证活塞3与声腔1同轴线，6片弹簧片5为尺寸完全一致的铜质平面薄片，每三片一组在一个平面呈120°均匀分布；弹簧片5外端与弹簧片支座4固接，弹簧片5里端与活塞3固接；活塞3一侧两组弹簧片5的轴向安装间距与弹簧片支座4一侧两组弹簧片5的轴向安装间距相同，活塞3处于静平衡位置时，弹簧片4无初始变形。
如图3和图4所示，为了保证密封膜6处于其平衡位置，活塞3及密封盖8的薄膜安装侧均设置有凹槽23，凹槽23内设置有O型密封圈24；密封盖通过螺栓20、螺母21和O型密封圈24把密封膜6压装于活塞3上。
如图2、图5和图6所示，驱动系统包括伺服系统和曲柄连杆机构，伺服系统包括低速伺服电机9及驱动器10，低速伺服电机9通过电机支架17安装在水平平台2上；曲柄连杆机构包括曲柄11、曲柄轴12、连杆13和滚动轴承14；曲柄11通过轴承座15安装于伺服电机9输出轴上，曲柄11与伺服电机9输出轴共轴线；曲柄11外侧设置有偏心螺纹孔，曲柄轴12通过螺纹孔安装于曲柄11上，曲柄轴12轴线与伺服电机9输出轴轴线平行且不重合；连杆13两端安装孔装有滚动轴承14，连杆与滚动轴承14之间为过盈配合；连杆13一端通过螺母18固定在曲柄轴12上，另一端通过双头螺栓16和螺母19安装于活塞3尾部的通孔22上。
如图2和图7所示传声器7前端插入声腔1内，活塞3和密封膜6处于静平衡位置时，曲柄轴12处于其圆周行程的上顶点位置；当低速伺服电机9逆时针匀速旋转时，曲柄轴12匀速经过上顶点、前定点、下顶点、后定点并回到上顶点，带动活塞3和密封膜6从0、最大正行程、0、最大负行程并回到0；活塞3行程等于曲柄轴12轴线与低速伺服电机9输出轴轴线间的距离，活塞3行程决定了声腔1内声压的幅值大小，满足p＝κP0π(a2+ab+b2)ξa/3V0，式中p为声腔1内声压的幅值，κ为腔体1中气体的绝热指数，P0为静压，a为密封膜6的半径，b为活塞3直径，ξa为活塞3位移幅值，V0为活塞处于平衡位置时腔体1的容积。
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 (4)
1.一种低频声压发生装置，包括声腔(1)，水平平台(2)，活塞(3)，密封膜(6)，弹性支撑装置和驱动机构，其特征在于：声腔(1)安装于水平平台(2)上，声腔(1)前端设置有密封膜(6)，且密封膜的圆心位于声腔轴线上；活塞(3)安装于弹性支撑装置上并与声腔(1)同轴线，活塞(3)通过密封盖(8)将密封膜(6)夹紧，当活塞(3)处于静平衡位置时，密封膜(6)恰好为一平面，即处于其静平衡位置；驱动机构由低速伺服系统及曲柄连杆机构构成，低速伺服系统包括低速伺服电机(9)及其驱动器(10)，低速伺服电机(9)通过电机支架(17)安装于水平平台(2)上；低速伺服电机(9)的主轴轴线与声腔(1)轴线共面正交，且与水平平台(2)平行；低速伺服电机(9)、曲柄连杆机构和活塞(3)连接在一起，低速伺服电机(9)匀速旋转，进而带动曲柄连杆机构驱动活塞(3)和密封膜(6)在声腔(1)内做往复直线运动，在声腔(1)内产生幅值正弦变化的低频声压。
2.如权利要求1所述的一种低频声压发生装置，其特征在于：弹性支撑装置由6片弹簧片(5)和弹簧片支座(4)构成，6片弹簧片(5)为尺寸完全一致的铜质平面薄片，每三片一组在一个平面呈120°均匀分布；弹簧片(5)外端与弹簧片支座(4)固接，弹簧片(5)里端与活塞(3)固接；活塞(3)一侧两组弹簧片(5)的轴向安装间距与弹簧片支座(4)一侧两组弹簧片(4)的轴向安装间距相同，活塞(3)处于静平衡位置时，弹簧片(4)无初始变形。
3.如权利要求1所述的一种低频声压发生装置，其特征在于：活塞(3)及密封盖(8)的薄膜安装侧均设置有凹槽(23)，凹槽(23)内设置有O型密封圈(24)；密封盖通过螺栓(20)、螺母(21)和O型密封圈(24)把密封膜(6)压装于活塞(3)上。
4.如权利要求1所述的一种低频声压发生装置，其特征在于：曲柄连杆机构包括曲柄(11)、曲柄轴(12)、连杆(13)和滚动轴承(14)；曲柄(11)通过轴承座(15)安装于伺服电机(9)输出轴上，曲柄(11)与伺服电机(9)输出轴共轴线；曲柄(11)外侧设置有偏心螺纹孔，曲柄轴(12)通过螺纹孔安装于曲柄(11)上，曲柄轴(12)轴线与伺服电机(9)输出轴轴线平行且不重合；连杆(13)两端安装孔装有滚动轴承(14)，连杆与滚动轴承(14)之间为过盈配合；连杆(13)一端通过螺母(18)固定在曲柄轴(12)上，另一端通过双头螺栓(16)和螺母(19)安装于活塞(3)尾部的通孔(22)上。
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