[发明专利]一种基于海流能驱动的敲击式低频水声换能器

说明书

技术领域

本发明属于新能源利用和换能器设计领域，涉及一种在水下利用海流能通过永磁力来控制机构敲击发声外壳产生低频声音信号的装置，具体涉及一种基于海流能驱动的敲击式低频水声换能器。

背景技术

人们对现代水声学的研究始于1826年瑞士物理学家科拉东和法国数学家斯图谟在日内瓦湖展开的测量水中声速的实验。1911年，有人用炸弹作为声源，进行了最初的水下回声探测实验，并成功的记录到海底的回声。可以说，炸弹爆炸的声源是人们应用最早的水下声源。近年来，随着人类活动领域向海洋的不断扩展，人们根据不同的要求对水下声源进行广泛的运用。深海地质探测，海洋石油勘探，水下目标探测等领域都用到水下声源。不仅如此，水下声源还广泛的运用于军事水声对抗领域，用来诱骗、干扰敌方声纳及声自导鱼雷的探测，使敌方鱼雷的命中概率从80%降到20%左右，从而保护我方舰艇，提高海军的生存能力。

目前，主要的水下声源产生方式有以下6种：炸药爆炸声源、电声换能器声源、参数阵列声源、流体动力式声源、激光声源和等离子体声源。然而主要的水下声源产生方式有以下不足：机械传动，能量损失大，海流能利用率低；需要外部能源持续供应的情况下才能长期在水中发声；发声信号以高频为主，低频声音信号小；均不是通过机械敲击产生的，很难真实的模仿在水中运行的机械设备的声音；声源在密封腔体中，有声能传递损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于海流能驱动的敲击式低频水声换能器。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该水声换能器包括封闭的发声外壳、敲击装置以及通过磁力与敲击装置配合的海流能驱动装置。

所述海流能驱动装置包括传动轴、设置于发声外壳内的磁体套以及设置于发声外壳一侧的叶轮，传动轴的一端与叶轮相连，另一端与磁体套相连，磁体套上设置有若干块沿传动轴圆周排布的主圆柱形永磁体，相邻主圆柱形永磁体的磁极相反。

所述发声外壳内设置有圆筒，磁体套设置于圆筒内，敲击装置包括设置于圆筒外壁圆周上的导轨以及设置于导轨内的直线轴承，直线轴承与导轨过盈配合，直线轴承内设置有可以往复滑动的敲击件，敲击件包括敲击头以及与敲击头相连的敲击套筒，敲击套筒内设置有副圆柱形永磁体，副圆柱形永磁体的两端分别设置有缓冲垫。

所述圆筒内设置有轴承架，轴承架上设置有用于支撑传动轴的深沟球轴承。

所述发声外壳为四块板材首尾相接形成的两侧开口的立方体形或长方体形，发声外壳的一侧开口上焊接有前挡板，另一侧开口上焊接有后挡板。

所述水声换能器还包括发声管，发声管为四个不同材料、不同内径与外径的圆柱形空心管，圆柱形空心管分别固定在发声外壳内的发声管固定架上，发声管固定架焊接在前挡板上。

所述板材和发声管的前10阶固有频率分布在低频段的不同频率段内。

所述敲击装置为8个，其中4个敲击装置的敲击头与四块板材分别相对设置，余下4个敲击装置的敲击头与四个发声管分别相对设置，敲击头同时敲击四块板材或同时敲击四个发声管。

所述发声外壳内设置有前连接件以及后连接件，圆筒的一侧开口与前连接件相连，另一侧开口与后连接件相连，前连接件与设置于前挡板上的定位环相连，后挡板上设置有支撑板，支撑板上开设有限位通孔，后连接件卡于限位通孔内。

所述后挡板上设置有后盖，后盖与后挡板的连接处设置有O形橡胶密封圈，传动轴套设于后盖上，后盖与传动轴的连接处设置有高低唇Y形橡胶密封圈，后盖上设置有防止高低唇Y形橡胶密封圈轴向运动的压盖。

本发明具有下列显著优势：1）发声所需要的能量直接从海流能中转换而来，可在没有外部能源供应的情况下长期在水下发声，在远海海域利用中具有极大的优势。2）采用磁力传动，省去了机械传动的摩擦，减小了能量损失。

本发明所述基于海流能驱动的敲击式低频水声换能器直接利用海流能提供动力，通过驱动装置控制敲击件，使敲击件间歇性敲击发声外壳和发声管实现发声，本发明所述发声外壳采用全密封式，并且将外壳作为发声体，在内部放置了发声管，相对于将单独的发声体置于海流中来说，同等条件下，发声响度更大，远场的发声性能更优；相对于将单独的发声体置于密封体内部来说，声音衰减小。

本发明所采用的永磁体均为圆柱形，主圆柱形永磁体的磁力线相对于瓦形永磁体来说更加密集并且垂直于上下端面，副圆柱形永磁体受到更小的侧向力，进一步减小了敲击件壁面的摩擦力，提高了能量利用率。