CN115263961A - 一种用于水下航行器的传感器声子晶体隔振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水下航行器的传感器声子晶体隔振器，属于水下探测设备技术领域，其特征在于，包括前连接部、后连接部、弹性环状部件和刚性环状部件；所述前连接部用于与水下航行器的声学传感器连接；所述后连接部用于与水下航行器的导流罩连接；所述弹性环状部件和刚性环状部件均具有两圆环形端面；其中，若干弹性环状部件和刚性环状部件依次间隔设置构成圆筒形隔振体，所述圆筒形隔振体连接于所述前连接部和后连接部之间。本隔振器可有效阻断水下航行器自身的机械噪声向声学传感器端的传播，以提升水下航行器声学传感器的工作性能。

Description

一种用于水下航行器的传感器声子晶体隔振器
技术领域
本发明属于水下探测设备技术领域，尤其涉及一种用于水下航行器的传感器声子晶体隔振器。
背景技术
随着现代工业技术的进步，各类装备不断向智能化、小型化、精密化、定制化方向发展，各类传感器的采样精度也日渐提高，因此，水下观探测平台所面临的振动噪声干扰声学传感器采集数据的问题也日益突出。近年来，声子晶体技术的出现为实现个性化、定制化的减振降噪提供了新的理论基础和技术途径。声子晶体是由特殊设计的人工结构单元通过规律性分布构成的材料或结构，其具有带隙和缺陷态两种特性，可通过周期性调制以及线、面缺陷对特定频率的振动噪声进行衰减。
在海洋开发日益重要的现在，水下航行器越来越得到了各个国家的重视，无论是在民用还是在军用上，都扮演着重要的角色。水下航行器一般由耐压主体单元、任务传感器单元、姿态调节与能源单元、导航控制单元、通讯单元、浮力驱动单元及螺旋桨推进单元组成，其中未经优化设计的水下航行器，其螺旋桨推进、浮力驱动、姿态调节单元在航行器航行过程中可主动激励并产生噪声，一定程度上影响声学传感器的感知和探测。其中姿态调节单元由于俯仰调节机构、滚装调节机构动作及载荷不均产生振动噪声，并通过固定肋环传递到航行器主壳体上，振动噪声最终经传感器固定悬架及周围流体传递到传感器感应单元，被感应单元拾取，影声学传感器的有效信息采集效果。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种解决目前水下声学信息采集设备自身机械噪音影响声学传感器的信息采集效果的问题的用于水下航行器的传感器声子晶体隔振器。
本发明是这样实现的，一种用于水下航行器的传感器声子晶体隔振器，其特征在于，包括前连接部、后连接部、弹性环状部件和刚性环状部件；所述前连接部用于与水下航行器的声学传感器连接；所述后连接部用于与水下航行器的导流罩连接；所述弹性环状部件和刚性环状部件均具有两圆环形端面；其中，若干弹性环状部件和刚性环状部件依次间隔设置构成圆筒形隔振体，所述圆筒形隔振体连接于所述前连接部和后连接部之间。
在上述技术方案中，优选的，所述前连接部为前法兰，所述后连接部为后法兰。
在上述技术方案中，优选的，相邻的所述弹性环状部件和刚性环状部件的圆环形端面粘接。
在上述技术方案中，优选的，自所述前连接部至所述后连接部之间依次设置弹性环状部件、刚性环状部件、弹性环状部件、刚性环状部件和弹性环状部件。
在上述技术方案中，优选的，所述后法兰的轴向长度为L1，后法兰的法兰面外径为D1；弹性环状部件和刚性环状部件的轴向长度为L2，弹性环状部件和刚性环状部件的的外径为 D2；所述前法兰轴向长度为L3；隔振体的内径为D3；其中D1＞D2，L2＜L1，L2＜L3。
本发明的优点和效果是：
本发明提出一种用于水下航行器的传感器声子晶体隔振器，本隔振器设于水下航行器的声学传感器装载构件与声学传感器之间，可以有效对水下航行器自身的机械噪声所产生的振动噪声进行衰减，能够阻断水下航行器姿态调节单元产生的机械噪声向声学传感器端的传播，避免水下航行器自身机械噪声影响声学传感器的采集数据准确度，以提升水下航行器声学传感器的工作性能。
附图说明
图1为本发明的传感器声子晶体隔振器结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视图；
图3为图1的右视图；
图4为本发明中传感器声子晶体隔振器的立体图；
图5为本发明中后连接部的立体图；
图6为本发明中弹性环状部件或刚性环状部件的立体图；
图7为本发明中前连接部的立体图；
图8为本发明在空气中的振动频率与振动传递率的关系曲线图；
图9为本发明在水中的振动频率与振动传递率的关系曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为解决目前水下声学信息采集设备自身机械噪音影响声学传感器的信息采集效果的问题，本发明特提供一种用于水下航行器的传感器声子晶体隔振器，本隔振器可有效阻断水下航行器自身的机械噪声向声学传感器端的传播，以提升水下航行器声学传感器的工作性能。
为了进一步说明本发明的结构，结合附图详细说明书如下：
请参阅图1-图7，一种用于水下航行器的传感器声子晶体隔振器，包括前连接部1、后连接部2、弹性环状部件3和刚性环状部件4。
前连接部用于与水下航行器的声学传感器连接；后连接部用于与水下航行器的导流罩连接。本实施例中，具体的，前连接部为前法兰，所述后连接部为后法兰。前法兰由筒形部和四条圆周均布于筒形部端部的径向凸台部构成，径向凸台部上设有孔，径向凸台部的侧面与前法兰的筒形部端面构成前法兰的法兰面。前法兰的轴向长度为L3，前法兰的筒形部的内径为D3，前法兰的法兰面宽度为L4，L4即为相互对称的两径向凸台部外端之间的距离。后法兰由筒形部和设于筒形部一端部外周的盘形部构成，盘型部上设有孔，后法兰的筒形部和盘型部的端面构成后法兰的法兰面。后法兰的的轴向长度为L1，后法兰的筒形部的内径为D3，盘型部的外径为D1，后法兰的筒形部外径为D2。本实施例中，前法兰和后法兰为铝合金制成。前法兰通过贯通孔的螺钉与声学传感器连接，后法兰通过贯通孔的螺钉与倒流罩连接。二者起承载、传力和固定隔振器的作用。
弹性环状部件和刚性环状部件均具有两圆环形端面。具体的，弹性环状部件和刚性环状部件的内孔直径为D3，弹性环状部件和刚性环状部件的外圆直径为D2，弹性环状部件和刚性环状部件的轴向长度为L2。进一步的，本实施例中，弹性环状部件为橡胶材质部件，刚性环状部件为铝合金材质材质部件。
若干弹性环状部件和刚性环状部件依次间隔设置构成圆筒形隔振体，圆筒形隔振体连接于前连接部和后连接部之间。圆筒形隔振体与前法兰和后法兰筒轴线。本实施例中，具体的，自前连接部至后连接部之间依次设置弹性环状部件、刚性环状部件、弹性环状部件、刚性环状部件和弹性环状部件，形成材料排列顺序为“弹性层-金属层-弹性层-金属层-弹性层”的声子晶体结构。即在前法兰和后法兰之间设置五个部件。相邻的弹性环状部件和刚性环状部件的圆环形端面粘接，具体可选用Phenolic TD-870粘结剂粘接。位于圆筒形隔振体端部的弹性环状部件与前法兰和后法兰粘接。
本隔振器的安装在水下航行器上形成导流罩-声子晶体隔振器-声学传感器的三层结构。
本实施例中，结构尺寸D1＞D2、L2＜L1、L2＜L3。本尺寸设计可改变声子晶体隔振器动力特性，实现特定的模量矩阵，定制隔振器的带隙，达到需要的隔振效果。
传感器声子晶体隔振器可等效为7自由度弹簧振子系统，通过集中质量间的弹簧实现隔振和缓冲。
参见图8，在本实施方式中，传感器声子晶体隔振器在空气中的振动传递率在两个带隙 650～5000Hz频段明显小于0，因此隔振器在空气中具有较好的隔振效果。
参见图9，在本实施方式中，传感器声子晶体隔振器在水下的振动传递率在200～5000Hz 频段明显小于0，因此隔振器在水下同样具备良好的隔振效果。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于水下航行器的传感器声子晶体隔振器，其特征在于，包括：
前连接部，用于与水下航行器的声学传感器连接；
后连接部，用于与水下航行器的导流罩连接；
弹性环状部件，具有两圆环形端面；
刚性环状部件，具有两圆环形端面；
其中，若干弹性环状部件和刚性环状部件依次间隔设置构成圆筒形隔振体，所述圆筒形隔振体连接于所述前连接部和后连接部之间。
2.根据权利要求1所述的于水下航行器的传感器声子晶体隔振器，其特征在于，所述前连接部为前法兰，所述后连接部为后法兰。
3.根据权利要求2所述的于水下航行器的传感器声子晶体隔振器，其特征在于，相邻的所述弹性环状部件和刚性环状部件的圆环形端面粘接。
4.根据权利要求3所述的于水下航行器的传感器声子晶体隔振器，其特征在于，自所述前连接部至所述后连接部之间依次设置弹性环状部件、刚性环状部件、弹性环状部件、刚性环状部件和弹性环状部件。
5.根据权利要求4所述的于水下航行器的传感器声子晶体隔振器，其特征在于，所述后法兰的轴向长度为L1，后法兰的法兰面外径为D1；弹性环状部件和刚性环状部件的轴向长度为L2，弹性环状部件和刚性环状部件的的外径为D2；所述前法兰轴向长度为L3；隔振体的内径为D3；其中D1＞D2，L2＜L1，L2＜L3。
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