CN104835486B - 一种注液调频换能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注液调频换能器，所述注液调频换能器包含注液调频管，所述注液调频管包括调频腔，所述调频腔用于盛放液体；所述注液调频管在与其它物体发生碰撞时能够发出一定频率的声音，在所述调频腔的材质和大小已定的情况下，所述注液调频换能器通过改变调频腔内所装液体的种类方式和/或改变调频腔内所装液体的多少的方式来进行调频。本发明能够直接利用海流能驱动，并在不改变现有机械结构的条件下实现对发声频率的连续调节，原理新颖，制造容易，结构紧凑，易于实现，具有重要工程应用价值。

Description

一种注液调频换能器

技术领域

本发明属于新能源利用和换能器设计领域，具体涉及一种通过机械敲击实现发生并利用湿模态注液实现调频的机构。

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领域，例如水下扫雷和水声干扰对抗等。

目前，主要的水下声源产生方式主要有以下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：声源在密封腔体中，有声能传递损失；机械传动，能量损失大；需要外部能源持续供应的情况下才能长期在水中发声。

现有的机械式换能器是通过改变发声体的形状、尺寸、材质等来实现变频的，也就是说需要加工多个发声体结构或者加工的结构复杂，其调节发声频率麻烦、成本较高，而且技术上难以实现连续变频。因此，研究一种不通过改变发声体结构来实现变频的方法，具有重要工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高效的调节结构发声频率的方法，通过向结构中注入不同量以及不同种类的液体来改变注液调频管的发声频率的方法，实现了机械式发声设备的高效低成本以及发声频率的连续调节。

本发明提供了一种注液调频换能器，所述注液调频换能器包含注液调频管，所述注液调频管包括调频腔，所述调频腔用于盛放液体；所述注液调频管在与其它物体发生碰撞时能够发出一定频率的声音，在所述调频腔的材质和大小已定的情况下，所述注液调频换能器通过改变调频腔内所装液体的种类方式和/或改变调频腔内所装液体的多少的方式来进行调频。

本发明所述的注液调频换能器，直接利用海流能提供动力，通过注液管两侧的压差驱动转臂旋转，使注液管间相互敲击发声，而且可以通过调节注液管中的水量改变发声频率，因此，本发明具有下列显著优势：

1)通过调节注液管中注液量多少改变发声频率，可以方便地实现发声频率的连续调节；

2)注液种类的改变，可以获得不同的调频范围与调频精度；

3)运动实现简单，安装便捷，可以根据实际需要订制不同频率段的结构，便于工程实际应用；

4)发声装置(包括发声体)直接置于海水中发声，免去了声音穿过壁面时的能量损失，更有利于声音的传递。

附图说明

图1为注入不同种类液体(煤油、水、四氯化碳)的调频效果对比；

图2(1)为钢、铝、铜第一阶固有频率的调频效果对比图；

图2(2)为钢、铝、铜第二阶固有频率的调频效果对比图；

图2(3)为钢、铝、铜第三阶固有频率的调频效果对比图；

图3为本发明一个实施例的一种注液调频管的剖面图；

其中：7为可拆卸的推杆；8为顶盖；9为调频腔；10为活塞；11为底部密封塞；12为底盖；13为第一孔；14为第二孔；

图4为本发明一个实施例的一种注液调频换能器的立体图；

其中：1为三角板；2为转轴；3为管子；4为转臂；5为注液调频管；6为轴承；

图5为本发明一个实施例的一种注液调频换能器的俯视图；

其中，15为安装管子的孔；16为安装转轴的孔；17为第三孔。

具体实施方式

在一个基础的实施例中，本发明提供了一种注液调频换能器所述注液调频换能器包含注液调频管，所述注液调频管包括调频腔，所述调频腔用于盛放液体；所述注液调频管在与其它物体发生碰撞时能够发出一定频率的声音，在所述调频腔的材质和大小已定的情况下，所述注液调频换能器通过改变调频腔内所装液体的种类方式和/或改变调频腔内所装液体的多少的方式来进行调频。

在这个实施例中，通过在利用所述注液调频管与其它物体发生碰撞，这个物体可以是另一个注液调频管，也可以是一根管子，而如果是管子，优选的，所述管子采用与注液调频管相同的材料，尺寸与调频管相同；从而所述注液调频管能够发出一定频率的声音，通过调节注液调频管中注液量多少改变发声频率，可以方便地实现发声频率的连续调节；在所述调频腔的材质和大小已定的情况下，所述注液调频换能器通过改变调频腔内所装液体的种类方式，或者改变调频腔内所装液体的多少的方式来进行调频，或者通过采用前述两种结合的方式来进行调频。

结合图1所示，图1为注入不同种类液体(煤油、水、四氯化碳)的调频效果对比。在对比试验中，所述注液调频管的调频腔外半径为0.04m，内半径为0.03m，长度为0.5m，材料为不锈钢。从图中可以发现，当使用煤油时其调频范围为341Hz到718Hz；当使用水时其调频范围为381Hz到718Hz；当使用四氯化碳时其调频范围为240Hz到718Hz。注入液体为四氯化碳时，其调频范围更大；注入液体为水时，其调频精度更高。因此，可以使用煤油、水、四氯化碳等不同的液体来获得不同的调频范围和调频精度。

本发明提供的注液调频换能器不限定所述注液调频管的材质和大小设计，在实际应用时，需要根据调频范围和调频精度的需要来事先订制。如图2(1)、图2(1)、图2(3)所示，分别为钢、铝、铜第一阶固有频率的调频效果对比图，钢、铝、铜第二阶固有频率的调频效果对比图，钢、铝、铜第三阶固有频率的调频效果对比图。从图中可以看出，对于三种不同的材质，均为随着注水深度的增加，其发声频率连续减小。其中，钢的调频范围更大，铜的调频精度更高。在不同注水深度条件下，三种材质前三阶发声频率的规律是相同的。

在一个实施例中，为了方便改变注液的种类和/或注液深度对所述注液调频管进行了进一步的设计。即所述注液调频管包括调频腔，所述调频腔的两端分别连有顶盖和底盖；所述顶盖和底盖上分别有第一孔和第二孔，所述第一孔用于与调频腔内部的活塞相连的推杆穿过，所述第二孔使用密封塞密封。而为了方便读取注液的深度，优选的，推杆杆身上标有刻度，通过读取管口处的刻度观察注液多少。

更进一步的，所述推杆与活塞是可拆卸连接。所述可拆卸连接可以是所述推杆与活塞是通过螺纹方式连接，也可以是有相应的卡扣，或者其它方便插入拔出同时方便推拉活塞的连接方式。在这种方式下，可以方便地增加或减少调频腔的注液量，也可以方便地改变注液种类，进而可以进行方便的调频。。

在一个具体实施例中，所述注液调频管的结构如图3所示，使用该结构的注液调频管(5)时，将推杆(7)从顶盖(8)的第一孔(13)插入，暂时与活塞(10)相连，并能控制活塞(10)的上下运动。打开底盖(12)上的密封塞(11)，向上拉活塞(10)将液体从第二孔(14)吸入到调频腔(9)，吸入液体后关闭密封塞；反之，打开底部密封塞，向下推动活塞排出液体，排出液体后关闭密封塞，取下推杆。通过增加管中的注液量，可以降低注液调频管的发声频率；而通过降低管中的注液量，可以提高注液调频管的发声频率。

可选的，所述密封塞与底盖通过螺纹连接。在这种方式下，可以方便地进行密封或打开，且在密封后，不易脱落，为声音的采集提供可靠保证。

为方便注液调频管便于使用和控制，优选的，所述注液调频管的两端分别被安有转臂，所述转臂的轴承被安装在一个转轴上。

进一步地，所述注液调频管(5)的顶盖和底盖与调频腔之间均有空隙，用于放置转臂上垂直于转臂的空心圆柱。通过这样的方式固定所述注液调频管，具有安装便捷的特点。

在另一个实施例中，为了使得所述注液调频换能器在没有外部能源供应的情况下长期在水下发声，如图4所示，所述的注液调频换能器还包括两个所述管子(3)，在两个管子(3)之间有两个注液调频管(5)，两个注液调频管(5)的两端分别有转臂(4)，所述转臂的轴承(6)被安装在同一个转轴(2)上，所述转臂(4)的长度能够使注液调频管(5)在绕着转轴(2)旋转时与管子(3)相碰以及注液调频管(5)之间相互碰撞。

当采用这种方式的所述注液调频换能器，在使用时把所述注液调频换能器放置在流体中时，能够利用流体流过两个注液调频管中间时，根据文丘里效应，每个注液调频管的两侧存在压差，两个注液调频管(5)会产生相对运动，直至碰撞后反方向运动，与两边的管子(3)碰撞，而在每次碰撞过程中，注液调频管(5)被激励，发出一定频率的声音。采用这种结构的注液调频换能器工作方式运动实现简单，并且可以根据实际需要订制不同频率段的结构，便于工程实际应用；发声所需要的能力直接从流体中转换而来，在远海海域利用中具有极大的优势；而由于将整个注液调频换能器可以直接置于海水中发声，免去了声音穿过壁面时的能量损失，更有利于声音的传递。

为了方便固定管子(3)和转轴(2)，在一个实施例中所述注液调频换能器还包括两块三角板。如图5所示，两块三角板在对应的三个角上有用于安装管子的孔(15)和安装转轴的孔(16)。安装后两个管子(3)和转轴(3)与三角板垂直，可选的，所述管子(3)和转轴(2)通过螺纹固定在两块三角板上。

在一个实施例中，所述两块三角板在安装有转轴(4)的同一角上有对应的第三孔(17)，所述第三孔(17)用于注液调频换能器在流体中拖拽时挂钩子。当所述注液调频换能器在流体中被拖拽下运动时，流体会流过两个注液调频管中间，根据文丘里效应，每个注液调频管的两侧存在压差，两个调频管会产生相对运动，直至碰撞后反方向运动，与两边的固定管碰撞。在每次碰撞过程中，注液调频管被激励，发出一定频率的声音。这样方式下，所述注液调频换能器运动简单，将发声所需的能量直接从流体中转换而来，可在没有外部能源供应的情况下长期发声。

综上所述，本发明提供了一种新型的变频方式，调节方便，克服了传统的依靠改变发声体结构来变频的方式，实现了连续变频。本发明通过调节注液管中注液量多少改变发声频率，可以方便地实现发声频率的连续调节；通过方便改变注液种类，来获得不同的调频范围与调频精度；由于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，将整个装置置于海水中发声，免去了声音穿过壁面时的能量损失，更有利于声音的传递；而整个装置的运动实现简单，安装便捷；在应用前需根据实际需要的调频范围和精度来选择材质、设计好大小，从而在形状、尺寸、材质已定的情况下通过改变注液多少或者注液种类进行调频，便于工程实际应用。

以上对本发明进行的详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种注液调频换能器，其特征在于：

所述注液调频换能器包含注液调频管，所述注液调频管包括调频腔，所述调频腔用于盛放液体；所述注液调频管在与其它物体发生碰撞时能够发出一定频率的声音，在所述调频腔的材质和大小已定的情况下，所述注液调频换能器通过改变调频腔内所装液体的种类方式和/或改变调频腔内所装液体的多少的方式来进行调频。

2.根据权利要求1所述的注液调频换能器，其特征在于：所述调频腔(9)的两端分别连有顶盖(8)和底盖(12)；所述顶盖和底盖上分别有第一孔(13)和第二孔(14)，所述第一孔(13)用于与调频腔(9)内部的活塞(10)相连的推杆(7)穿过，所述第二孔(14)使用密封塞(11)密封。

3.根据权利要求2所述的注液调频换能器，其特征在于：所述推杆杆身上标有刻度。

4.根据权利要求2所述的注液调频换能器，其特征在于：所述推杆与活塞是可拆卸连接。

5.根据权利要求2所述的注液调频换能器，其特征在于：所述密封塞与底盖通过螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的注液调频换能器，其特征在于：所述注液调频管(5)的两端分别有转臂(4)，所述转臂的轴承(6)被安装在一个转轴(2)上。

7.根据权利要求6所述的注液调频换能器，其特征在于：所述注液调频管(5)的顶盖和底盖与调频腔之间均有空隙，用于放置转臂上垂直于转臂的空心圆柱。

8.根据权利要求6所述的注液调频换能器，其特征在于：所述注液调频换能器还包含两个管子(3)，在两个管子(3)之间有两个注液调频管(5)，且所述转臂(4)的长度能够使注液调频管(5)在绕着转轴(2)旋转时与管子(3)相碰以及注液调频管(5)之间相互碰撞。

9.根据权利要求8所述的注液调频换能器，其特征在于：所述注液调频换能器还包括两块三角板，所述三角板用于固定管子(3)和转轴(2)。

10.根据权利要求9所述的注液调频换能器，其特征在于：所述两块三角板在安装有转轴(4)的同一角上有对应的第三孔(17)，所述第三孔(17)用于注液调频换能器在流体中拖拽时挂钩子。