CN114255721A - 一种膜板大小、形状可调的振动发声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜板大小和形状可调的振动发声器结构组成、工作原理和使用方法。用该方案设计并制造出的振动发声器，能够根据声场模拟的需要，分别控制内外圈膜板进行工作，从而实现改变振动膜板大小、形状的目的，拓展声源声场频率覆盖范围，从而丰富声源声场特性，提高其对不同对象的声场模拟能力。

Description

一种膜板大小、形状可调的振动发声器

技术领域

本发明涉及活塞声源产生的声场领域，具体涉及一种膜板大小、形状可调的振动发声器。

背景技术

任何舰船在海上航行的过程中，船上的主机和辅机等都在工作，这就使得船体结构部件产生振动并向外辐射噪声，舰船水下辐射噪声对舰船的危害主要有以下几个方面：辐射噪声破坏船舶的隐蔽性，为敌方水声设备提供搜索、探测的信息，同时敌方声制导鱼雷可以根据这种辐射噪声进行跟踪、识别并实施攻击，因此对船舶产生致命危害；船舶辐射噪声有可能引爆某些水中兵器，如装有声引信的水雷、鱼水雷等，对船舶自身的安全也构成巨大威胁；船舶辐射噪声对本船水声设备造成严重干扰，甚至导致“耳目”失灵，无法正常工作。可见，辐射噪声已成为威胁船舶安全和影响战斗力发挥的一个重要因素。

舰船的辐射声场通常是由机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声组成，由船上机械产生的噪声是机械噪声，是舰船总噪声的一部分；螺旋桨噪声是一种混合型式的噪声，它与机械噪声和水动力噪声二者有共同的特征和共同的源，水动力噪声是不规则的水流流过在海中航行的舰船产生的辐射噪声和由水动力过程的变化引起的噪声。

舰船是一个体积目标，然而在远距离观测时，舰船的尺度远小于舰船与观测水听器之间的距离，这时舰船的各个辐射噪声源发出的声波，等效于从一个方向性点声源发出的声波，此时，舰船体积声源的声辐射特征退化为点源特征，其产生的声场特征可被相应的发声器模拟。

活塞式水下声源是由驱动机构带动刚性辐射面(活塞)做往复运动，实现水下声波辐射的声发生器。其是性能优异的低频大功率可控声源，不仅能够获得从次声至声频的宽带辐射，并且可以方便地控制其频谱特性。舰船所产生的噪声在次声频和声频都有很宽的频率覆盖范围。而活塞声源具有低频驱动能力强、频谱控制特性好的优点，作为一种重要的声源模拟结构，广泛应用于水下声场及目标声场特性的模拟、水声对抗以及海底探测等领域。在反水雷、反潜作战中，活塞声源常用于模拟舰船和潜艇的声场，如英国的UW350、UW600，澳大利亚的AAG、IAAG等多型发声器，被多国海军和研究机构使用，这些发声器都是采用活塞作为声辐射单元。

但是现有的活塞式声源作动器与振动膜板设计成型后，其尺寸通常不可变，每一型的作动器主体结构只能与相应尺寸的膜板相配合，且拆装费时费力，而活塞声源声场特性不仅与输入的控制信号有关，还与膜板的尺寸、形状有关，这就使得设计成型后的活塞声源产生的声场具有一定的局限性。

因此，有必要设计开发一种膜板大小和形状可调的活塞式声源，既能丰富声源产生的声场特性，使得声场模拟更具有针对性，又能节约成本，提高时效。

发明内容

本发明的目的是设计一种膜板大小、形状可调的活塞式声源，该发明能够根据声场模拟的需要，改变振动膜板的大小、形状，拓展声源声场频率覆盖范围，从而丰富声源声场特性，提高其对不同对象的声场模拟能力。

本发明目的是这样实现的：一种膜板大小、形状可调的振动发声器，该振动发声器包括有内圈发声器、外圈发声器及微电机、插销、插销接口，微电机驱动插销伸长或收缩，实现插销与插销接口的插接或分离；当插销与插销接口插接时，内圈发声器与外圈发声器同时工作，当插销与插销接口分离时，内圈发声器与外圈发声器可独立工作；内圈发声器与外圈发声器包括有电液伺服系统，对其进行独立驱动。

进一步的，内圈发声器包括内圈伺服阀、内圈伺服缸、内圈活塞、内圈膜板、内圈活动密封圈及内圈膜板限位机构，其中内圈伺服阀进行电能－液压能的转换，内圈伺服阀与内圈伺服缸连接、内圈伺服缸与内圈活塞连接，内圈活塞的活塞杆与发声器的内圈膜板连接，内圈活动密封圈与内圈膜板一体连接，内圈伺服缸的上端设置有内圈膜板限位机构，用来限制内圈膜板的最大位移。

进一步的，内圈伺服阀由动圈式力马达和滑阀式液压放大器构成，所述滑阀式液压放大器的阀芯能够产生与输入信号电流成正比的直线位移，该位移控制进入内圈伺服缸的高压液流的方向和流量，进而控制内圈膜板运动位移。

进一步的，外圈发声器包括外圈伺服阀、外圈伺服缸、外圈活塞、外圈膜板、外圈活动密封圈及外圈膜板限位机构，其中外圈伺服阀进行电能－液压能的转换，外圈伺服阀和外圈伺服缸连接、外圈伺服缸和外圈活塞连接，外圈活塞的活塞杆与发声器的外圈膜板连接，外圈活动密封圈与外圈膜板一体连接，外圈伺服缸的上端设置有外圈膜板限位机构，用来限制外圈膜板的最大位移。

进一步的，外圈伺服阀由动圈式力马达和滑阀式液压放大器构成，滑阀式液压放大器的阀芯能够产生与输入信号电流成正比的直线位移，控制进入外圈伺服缸的高压液流的方向和流量，进而控制外圈膜板运动位移。

进一步的，当需要内、外圈发声器同时工作时，由外圈伺服阀调整外圈膜板的高度，使外圈膜板与内圈膜板高度一致，微电机驱动连接插销伸缩杆伸出，与插销接口对接，将内圈膜板和外圈膜板连为一体。

进一步的，伺服阀采用多层伺服阀结构，实现辐射声场的改变。

进一步的，内、外圈振动膜板的形状包括为圆板、圆环板、椭圆板、椭圆环板、方板、方环板。

有益效果：

由于采用了上述结构的组成形式，本发明能够通过内圈伺服阀和外圈伺服阀来控制活塞声源的工作形式，可内圈膜板单独工作，可外圈膜板单独工作，也可内、外圈膜板一起工作。用该方案设计并制造出的振动发声器，能够根据声场模拟的需要，分别控制内外圈膜板进行工作，从而实现改变振动膜板大小、形状的目的，拓展声源声场频率覆盖范围，从而丰富声源声场特性，提高其对不同对象的声场模拟能力。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明总体结构组成示意图

其中，1-内圈伺服阀、2-内圈伺服缸、3-内圈活塞、4-内圈膜板、5-内圈活动密封圈、6-内圈膜板限位机构、7-外圈伺服阀、8-外圈伺服缸、9-外圈活塞、10-外圈膜板、11-外圈活动密封圈、12-内圈膜板限位机构、13-微电机驱动连接插销、14-插销接口。

具体实施方式

如图1所示，一种膜板大小、形状可调的振动发声器，该振动发声器包括有内圈发声器、外圈发声器及微电机、插销13、插销接口14，微电机驱动插销13伸长与收缩，且插销13与插销接口14插接或分离；当插销13与插销接口14插接时，内圈发声器与外圈发声器同时工作，当插销13与插销接口14分离时，内圈发声器与外圈发声器可独立工作；内圈发声器与外圈发声器包括有电液伺服系统，对其进行独立驱动。

内圈发声器包括内圈伺服阀1、内圈伺服缸2、内圈活塞3、内圈膜板4、内圈活动密封圈5及内圈膜板限位机构6，其中内圈伺服阀1由动圈式力马达和滑阀式液压放大器构成，进行电能－液压能的转换，内圈伺服阀1与内圈伺服缸2连接、内圈伺服缸2与内圈活塞3连接，内圈活塞3的活塞杆与发声器的内圈膜板4连接，内圈活动密封圈5与内圈膜板4一体连接，内圈伺服缸2的上端设置有内圈膜板限位机构6，用来限制内圈膜板4的最大位移。

内圈发声器独立工作时：外圈伺服阀7断开，内圈伺服阀1输入信号电流。在输入信号电流产生的电动力作用下，内圈伺服阀的滑阀的阀芯产生与输入信号电流成正比的直线位移，控制进入内圈伺服缸2(作动器)的高压液流的方向和流量，推动内圈活塞3运动，并通过活塞杆带动负载也即内圈膜板运动；内圈活动密封圈5组件在内圈膜板4作往复运动时随之运动，该密封装置使膜板处壳体内外分开，起到静、动态密封的效果，内圈膜板限位机构6用来限制内圈膜板4的最大位移，以免损坏伺服缸机构。当输入的是交变信号电流时，辐射活塞便产生往复振动，向外辐射声波。

外圈发声器包括外圈伺服阀7、外圈伺服缸8、外圈活塞9、外圈膜板10、外圈活动密封圈11及外圈膜板限位机构12，其中外圈伺服阀7由动圈式力马达和滑阀式液压放大器构成，进行电能－液压能的转换，外圈伺服阀7和外圈伺服缸8连接、外圈伺服缸8和外圈活塞9连接，外圈活塞9的活塞杆与发声器的外圈膜板10连接，外圈活动密封圈11与外圈膜板10一体连接，外圈伺服缸8的上端设置有外圈膜板限位机构12，用来限制外圈膜板10的最大位移。

外圈发声器独立工作时：内圈伺服阀1断开，外圈伺服阀7实现电能－液压能转换，在输入信号电流产生的电动力作用下，外圈伺服阀7的滑阀的阀芯产生与输入信号电流成正比的直线位移，控制进入外圈伺服缸8(作动器)的高压液流的方向和流量，推动外圈活塞9运动，并通过活塞杆带动负载即外圈膜板10运动；外圈活动密封圈11组件在外圈膜板10作往复运动时随之运动，该密封装置使膜板处壳体内外分开，起到静、动态密封的效果；外圈膜板限位机构12用来限制外圈膜板10的最大位移，以免损坏伺服缸机构。当输入的是交变信号电流时，辐射活塞便产生往复振动，向外辐射声波。

当内、外圈发声器工作时：当需要内、外圈膜板同时工作时，首先外圈伺服阀7工作，慢慢调整外圈膜板10的高度，当外圈膜板10与内圈膜板4高度一致时，启动微电机驱动连接插销13，微电机驱动连接插销13的伸缩杆伸出，与插销接口14完成对接，再按照(1)所示步骤工作，将会带动内圈膜板4和外圈膜板10一同工作。

优选的，工作时可随时调整动作的伺服阀，包括但不限于双层伺服阀结构，即可采用多层伺服阀结构，从而调整振动膜板的组合形式，实现辐射声场的改变。

优选的，内、外圈振动膜板的形状包括但不限于圆板、圆环板、椭圆板、椭圆环板、方板、方环板等；

由于采用了上述结构的组成形式，本发明能够通过内圈伺服阀2和外圈伺服阀7来控制活塞声源的工作形式，可内圈膜板单独工作，可外圈膜板单独工作，也可内、外圈膜板一起工作。用该方案设计并制造出的振动发声器，能够根据声场模拟的需要，分别控制内外圈膜板进行工作，从而实现改变振动膜板大小、形状的目的，拓展声源声场频率覆盖范围，从而丰富声源声场特性，提高其对不同对象的声场模拟能力。

Claims (8)

1.一种膜板大小、形状可调的振动发声器，其特征在于：该振动发声器包括内圈发声器、外圈发声器及微电机、插销、插销接口，微电机驱动插销伸长或收缩，实现插销与插销接口的插接或分离；当插销与插销接口插接时，内圈发声器与外圈发声器同时工作，当插销与插销接口分离时，内圈发声器与外圈发声器可独立工作；内圈发声器与外圈发声器包括有电液伺服系统，对其进行独立驱动。

2.根据权利要求1所述的振动发声器，其特征在于：内圈发声器包括内圈伺服阀、内圈伺服缸、内圈活塞、内圈膜板、内圈活动密封圈及内圈膜板限位机构，其中内圈伺服阀进行电能－液压能的转换，内圈伺服阀与内圈伺服缸连接、内圈伺服缸与内圈活塞连接，内圈活塞的活塞杆与发声器的内圈膜板连接，内圈活动密封圈与内圈膜板一体连接，内圈伺服缸的上端设置有内圈膜板限位机构，用来限制内圈膜板的最大位移。

3.根据权利要求2所述的振动发声器，其特征在于：内圈伺服阀由动圈式力马达和滑阀式液压放大器构成，所述滑阀式液压放大器的阀芯能够产生与输入信号电流成正比的直线位移，该位移控制进入内圈伺服缸的高压液流的方向和流量，进而控制内圈膜板运动位移。

4.根据权利要求1所述的振动发声器，其特征在于：外圈发声器包括外圈伺服阀、外圈伺服缸、外圈活塞、外圈膜板、外圈活动密封圈及外圈膜板限位机构，其中外圈伺服阀进行电能－液压能的转换，外圈伺服阀和外圈伺服缸连接、外圈伺服缸和外圈活塞连接，外圈活塞的活塞杆与发声器的外圈膜板连接，外圈活动密封圈与外圈膜板一体连接，外圈伺服缸的上端设置有外圈膜板限位机构，用来限制外圈膜板的最大位移。

5.根据权利要求4所述的振动发声器，其特征在于：外圈伺服阀由动圈式力马达和滑阀式液压放大器构成，滑阀式液压放大器的阀芯能够产生与输入信号电流成正比的直线位移，控制进入外圈伺服缸的高压液流的方向和流量，进而控制外圈膜板运动位移。

6.根据权利要求1所述的振动发声器，其特征在于：当需要内、外圈发声器同时工作时，由外圈伺服阀调整外圈膜板的高度，使外圈膜板与内圈膜板高度一致，微电机驱动连接插销伸缩杆伸出，与插销接口对接，将内圈膜板和外圈膜板连为一体。

7.根据权利要求3或5所述的振动发声器，其特征在于：伺服阀采用多层伺服阀结构，实现辐射声场的改变。

8.根据权利要求2或4所述的振动发声器，其特征在于：内、外圈振动膜板的形状包括为圆板、圆环板、椭圆板、椭圆环板、方板、方环板。

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