一种无谐波失真的低频线谱发生器的制作方法

1.本发明涉及水声换能器领域，尤其涉及一种低频线谱发生器。


背景技术：

2.近年来水声研究的频段逐渐向低频拓展，特别是低频线谱的研究受到越来越多的关注，低频声源是研究过程中必不可缺的装备，在100hz以下频段，最常用的声源是电动式换能器和机械声源，电动式换能器工作原理与扬声器类似，利用通电线圈在磁场中产生的洛伦兹力推动辐射面运动，进而向水中辐射声波，受工作原理限制，电动式换能器的能量转换效率不高，工作频率存在下限，声源级偏低；机械声源通常以电机为动力源，通过机械结构带动或激励辐射面做周期运动，进而向水中辐射声波，机械声源的声源级较高，但只能保证辐射面做周期运动，辐射声波中除所需频率成份外，存在较多的倍频，谐波失真严重，极大限制了机械声源的使用场景。
3.公开号为cn113410940a公开了一种低频小体积电机式换能器，其属于机械声源，其输出的信号含有倍频影响，会导致发出的声波谐波失真。
4.公开号为cn102075828a公开了一种水下甚低频宽带声源，其属于电动式换能器，声源级较低，且也会产生谐波失真。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提出一种无谐波失真的低频线谱发生器，用以解决现有声源出现谐波失真的技术问题。
6.本发明提出的无谐波失真的低频线谱发生器，它包括基壳，基壳内部设缸体，所述缸体的上端开口处设活塞，活塞的上端设置膜片，膜片的边缘固定在上述基壳的上端外壁，膜片与缸体形成空腔，所述基壳内部具有一根活塞杆，所述活塞固定在活塞杆的上端，所述活塞杆仍与设置在缸体中心孔内的滑动轴承相接，所述基壳的内部设伺服电机，伺服电机的输出端与减速器的输入端相接，减速器的输出端与传动机构相接，传动机构与上述活塞杆相接，伺服电机驱动减速器，减速器驱动传动机构实现上述活塞杆的直线往复运动，活塞杆带动活塞直线往复运动，从而实现膜片振动发声。
7.进一步的，所述传动机构包括支撑座，支撑座上设置两条相对的纵向滑道，每个滑道上分别通过滑动件滑动连接纵向的齿条，即齿条a和齿条b，支撑座上并且位于两个滑道之间设轴承，轴承上安装齿轮轴，齿轮轴上安装分别与齿条a和齿条b配合的齿轮，所述齿条a的上端设有一个带有横向滑槽的导向板，有一转动部件，该转动部件的一端通过滑动件与导向板上的滑槽滑动连接，转动部件的另一端与减速器的输出轴相接，所述齿条a的下端设有与活塞杆固定在一起的连接件，所述减速器带动转动部件以减速器的输出轴心为中心转动，转动部件带动导向板直线往复运动，导向板带动齿条a在其滑道上直线往复滑动，从而实现活塞杆的直线往复运动。
8.更进一步的，所述转动部件包括连接座，该连接座与上述减速器的输出轴相接，连
接座的内部滑动连接一滑座，滑座上设有一根连接轴，连接轴伸出滑座的部分上安装导向轴承，该导向轴承与上述导向板的通过滑槽滑动连接，所述滑座内具有一根将其贯穿的调节螺杆，所述连接轴通过螺纹与调节螺杆相接，所述调节螺杆的一端端部伸出上述连接座并且该端部与堵头相接，所述调节螺杆的另一端并且靠近滑座外端设置锁紧螺杆，所述减速器带动滑座转动，导向轴承在导向板内滑动，实现导向板的往复直线运动，通过调节螺杆能够实现连接轴的位置调节，从而改变滑座的转动半径，实现导向板直线运动距离的调节。
9.进一步的，所述基壳的下端设有气囊，该气囊与上述膜片与缸体形成空腔通过气压管连通，以平衡内外压力，更进一步的，所述气囊外设气囊罩。
10.进一步的，所述膜片的中部通过内压板固定在活塞上，膜片的边缘通过外压圈固定在基壳上。
11.进一步的，所述基壳的内部设支撑板，所述减速器固定在支撑板上，支撑板上还设有两个导向块，活塞杆与导向块的导向孔相接，以实现活塞杆的导向。
12.进一步的，所述基壳内部设电机驱动器，用以控制电机。
13.进一步的，所述活塞杆与滑动轴承之间设密封圈。
14.与现有技术相比，本发明的驱动器给伺服电机指令，伺服电机经过减速器，减速箱输出轴连接传动机构，传动机构的齿条a连接活塞杆，活塞杆连接活塞膜片压在活塞和壳体中间，起水密作用，活塞在活塞杆的带动下，作直线往复运动，由此向外输出声波，传动机构的结构保证了输出的声波无谐波失真，均为简谐波，活塞运动轨迹为xx沿活塞轴向的投影，电机以恒定转速转动时，活塞沿轴向做严格的简谐运动，可向水中辐射无谐波失真的低频线谱信号。
附图说明
15.图1为本发明的主视剖面示意图。
16.图2为本发明的俯视局部剖面示意图。
17.图3为图1的a-a视图。
18.图4为图2的u-u视图。
19.图5为本发明的传动机构立体示意图。
20.图6为本发明的传动机构主视示意图。
21.图7为本发明的传动机构俯视示意图。
22.图8为传动机构的局部示意图(主视方向)。
23.图9为图8的a-a视图。
24.图10为图8的b-b视图。
25.图11为图8的c-c视图。
26.图12为图8的d-d视图。
27.图13为本发明的转动部件主视剖面示意图。
28.图14为图13的a-a视图。
29.图15为图13的c-c视图。
30.图16为转动部件与减速器的连接关系示意图。
具体实施方式
31.接下来就结合附图对本发明作详细说明
32.如图1-4所示的一种无谐波失真的低频线谱发生器，包括基壳1，基壳内部通过螺栓固定有缸体2，所述缸体的上端开口处设活塞3，活塞的上端设置膜片4，所述膜片的中部通过内压板5固定在活塞上，内压板与活塞通过螺栓固定，膜片的边缘通过外压圈6固定在基壳上，外压圈与基壳通过螺栓固定，膜片与缸体形成空腔15，所述基壳内部具有一根活塞杆7，所述活塞通过键固定在活塞杆的上端，所述活塞杆仍与设置在缸体中心孔内的滑动轴承8相接，所述活塞杆与滑动轴承之间设密封圈9，所述基壳的内部设支撑板10，支撑板的下端固定在基壳的底板上，支撑板的上端通过固定块11与缸体相接，固定块与支撑板通过螺栓固定，支撑板上还设有两个导向块12，活塞杆与导向块的导向孔相接，以实现活塞杆的导向，所述支撑板上固定有减速器13和伺服电机14，伺服电机的输出端与减速器的输入端相接，减速器的输出端与传动机构16相接，传动机构与上述活塞杆相接，所述基壳的下端设有气囊17，该气囊通过气囊压板18固定在基壳的底板上，气囊压板与基壳通过螺栓固定，气囊外设气囊罩19，气囊罩通过螺栓固定在基壳的底板上，气囊与上述膜片与缸体形成空腔通过气压管20连通，气压管分别通过其两端的快接头21与气囊和空腔相接，所述基壳内部设电机驱动器22，驱动器控制伺服电机，伺服电机驱动减速器，减速器驱动传动机构实现上述活塞杆的直线往复运动，活塞杆带动活塞直线往复运动，从而实现膜片振动发声。
33.如图1、图4以及图5-图16所示，所述传动机构16包括支撑座161，支撑座上设置两条相对的纵向滑道162，每个滑道上分别通过移动滑轮170滑动连接纵向的齿条，即齿条a163和齿条b164，支撑座上并且位于两个滑道之间设深沟球轴承165，深沟球轴承上安装齿轮轴166，齿轮轴上安装分别与齿条a 和齿条b配合的齿轮167，所述齿条a的上端设有一个带有横向滑槽的导向板 168，所述齿条a的下端设有与活塞杆7固定在一起的连接件23，导向板上安装转动部件169，所述转动部件包括连接座1691，该连接座与减速器13的输出轴相接，连接座1691的内部滑动连接一滑座1692，滑座上设有一根连接轴1693，连接轴1693伸出滑座的部分上安装导向轴承1694，该导向轴承与上述导向板 168的通过滑槽滑动连接，所述滑座内具有一根将其贯穿的调节螺杆1695，所述连接轴1693通过螺纹与调节螺杆1695相接，所述调节螺杆的一端端部伸出上述连接座1691并且该端部与堵头1696相接，所述调节螺杆的另一端并且靠近滑座1692外端位置设置锁紧螺杆1697，所述减速器13带动滑座1692转动，导向轴承1694在导向板168内滑动，实现导向板168的往复直线运动，导向板 168带动齿条a163在其滑道上直线往复滑动，从而实现活塞杆7的直线往复运动，通过调节螺杆1695能够实现连接轴1693的位置调节，从而改变滑座1691 的转动半径，实现导向板168直线运动距离的调节。

技术特征：
1.一种无谐波失真的低频线谱发生器，其特征是：包括基壳，基壳内部设缸体，所述缸体的上端开口处设活塞，活塞的上端设置膜片，膜片的边缘固定在上述基壳的上端外壁，膜片与缸体形成空腔，所述基壳内部具有一根活塞杆，所述活塞固定在活塞杆的上端，所述活塞杆仍与设置在缸体中心孔内的滑动轴承相接，所述基壳的内部设伺服电机，伺服电机的输出端与减速器的输入端相接，减速器的输出端与传动机构相接，传动机构与上述活塞杆相接，伺服电机驱动减速器，减速器驱动传动机构实现上述活塞杆的直线往复运动，活塞杆带动活塞直线往复运动，从而实现膜片振动发声。2.根据权利要求1所述的无谐波失真的低频线谱发生器，其特征是：所述传动机构包括支撑座，支撑座上设置两条相对的纵向滑道，每个滑道上分别通过滑动件滑动连接纵向的齿条，即齿条a和齿条b，支撑座上并且位于两个滑道之间设轴承，轴承上安装齿轮轴，齿轮轴上安装分别与齿条a和齿条b配合的齿轮，所述齿条a的上端设有一个带有横向滑槽的导向板，有一转动部件，该转动部件的一端通过滑动件与导向板上的滑槽滑动连接，转动部件的另一端与减速器的输出轴相接，所述齿条a的下端设有与活塞杆固定在一起的连接件，所述减速器带动转动部件以减速器的输出轴心为中心转动，转动部件带动导向板直线往复运动，导向板带动齿条a在其滑道上直线往复滑动，从而实现活塞杆的直线往复运动。3.根据权利要求2所述的无谐波失真的低频线谱发生器，所述转动部件包括连接座，该连接座与上述减速器的输出轴相接，连接座的内部滑动连接一滑座，滑座上设有一根连接轴，连接轴伸出滑座的部分上安装导向轴承，该导向轴承与上述导向板的通过滑槽滑动连接，所述滑座内具有一根将其贯穿的调节螺杆，所述连接轴通过螺纹与调节螺杆相接，所述调节螺杆的一端端部伸出上述连接座并且该端部与堵头相接，所述调节螺杆的另一端并且靠近滑座外端设置锁紧螺杆，所述减速器带动滑座转动，导向轴承在导向板内滑动，实现导向板的往复直线运动，通过调节螺杆能够实现连接轴的位置调节，从而改变滑座的转动半径，实现导向板直线运动距离的调节。4.根据权利要求1或2或3所述的无谐波失真的低频线谱发生器，其特征是：所述基壳的下端设有气囊，该气囊与上述膜片与缸体形成空腔通过气压管连通，以平衡内外压力。5.根据权利要求1所述的无谐波失真的低频线谱发生器，其特征是：所述膜片的中部通过内压板固定在活塞上，膜片的边缘通过外压圈固定在基壳上。6.根据权利要求1所述的无谐波失真的低频线谱发生器，其特征是：所述基壳的内部设支撑板，所述减速器固定在支撑板上，支撑板上还设有两个导向块，活塞杆与导向块的导向孔相接，以实现活塞杆的导向。7.根据权利要求1所述的无谐波失真的低频线谱发生器，其特征是：所述基壳内部设电机驱动器，用以控制电机。8.根据权利要求1所述的无谐波失真的低频线谱发生器，其特征是：所述活塞杆与滑动轴承之间设密封圈。

技术总结
本发明属于水声换能器领域，涉及一种无谐波失真的低频线谱发生器，它包括基壳，基壳内部设缸体，缸体的上端开口处设活塞，活塞的上端设置膜片，膜片的边缘固定在上述基壳的上端外壁，膜片与缸体形成空腔，所述基壳内部具有一根活塞杆，活塞固定在活塞杆的上端，所述活塞杆仍与设置在缸体中心孔内的滑动轴承相接，基壳的内部设伺服电机，伺服电机的输出端与减速器的输入端相接，减速器的输出端与传动机构相接，传动机构与上述活塞杆相接。本发明可向水中辐射无谐波失真的低频线谱信号。水中辐射无谐波失真的低频线谱信号。水中辐射无谐波失真的低频线谱信号。


技术研发人员：吴迪 高斯博 王莹 张强 杨巍 唐丕十
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七六0研究所
技术研发日：2022.10.14
技术公布日：2023/1/6