[發明專利]基于海流能驅動的低阻尼機械式水聲換能器及其換能方法

有效

• 申請號: 201310272668.7
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN103366725A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 李兵;強磊;王巨龍;卓頡
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G10K9/08
• 分類號: G10K9/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明屬于新能源利用和換能器設計領域，涉及一種在水下利用海流能通過機械式敲擊產生低頻聲音信號的機構。

背景技術

人們對現代水聲學的研究始于1826年瑞士物理學家科拉東和法國數學家斯圖謨在日內瓦湖展開的測量水中聲速的實驗。1911年，有人用炸彈作為聲源，進行了最初的水下回聲探測實驗，并成功的記錄到海底的回聲。可以說，炸彈爆炸的聲源是人們應用最早的水下聲源。近年來，隨著人類活動領域向海洋的不斷擴展，人們根據不同的要求對水下聲源進行廣泛的運用。深海地質探測，海洋石油勘探，水下目標探測等領域都用到水下聲源。不僅如此，水下聲源還廣泛的運用于軍事領域，例如水下掃雷和水聲干擾對抗等。

目前，水下聲源產生方式主要有以下7種：炸藥爆炸聲源、電聲換能器聲源、參數陣列聲源、流體動力式聲源、電磁式聲源、激光聲源和等離子體聲源。然而主要的水下聲源產生方式有以下不足：需要外部能源持續供應的情況下才能長期在水中發聲；運轉時摩擦阻力大，能量利用率低；均不是通過機械敲擊產生的，很難真實的模仿在水中運行的機械設備的聲音。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于海流能驅動的低阻尼機械式水聲換能器及其換能方法。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種基于海流能驅動的低阻尼機械式水聲換能器，該水聲換能器包括傳動軸、葉輪、發聲筒以及設置于發聲筒內的敲擊裝置，所述傳動軸與葉輪相連，敲擊裝置包括與傳動軸相連的雙頭支座，雙頭支座的兩端設置有可伸縮的敲擊桿，發聲筒的內壁圓周上等間距均勻分布有若干個與敲擊桿配合的階梯齒，階梯齒是具有圓弧上升輪廓線的三角齒形突起。

所述雙頭支座的兩端開設有凹槽，凹槽內設置有直線軸承，敲擊桿設置于直線軸承內，凹槽的底部設置有與敲擊桿的一端配合的壓簧，敲擊桿的另一端設置有可以轉動的敲擊輪。

所述敲擊桿上套設有與凹槽的頂部相連的用于固定直線軸承的直線軸承擋板。

所述階梯齒在保證能實現敲擊輪運動的情況下，采用盡量窄的齒寬，階梯齒的齒寬比敲擊輪寬2～5mm。

所述階梯齒為奇數個，階梯齒的齒長與相鄰兩階梯齒的間隔長度相等。

所述水聲換能器還包括與傳動軸相連的用于軸向定位雙頭支座的緊固螺母。

所述水聲換能器還包括前端蓋、連接筒以及后端蓋，發聲筒的一端與前端蓋相連，另一端與連接筒的一端相連，連接筒的另一端與后端蓋的一端相連，葉輪與后端蓋的另一端相對設置，前端蓋以及連接筒內分別設置有軸承支架，軸承支架上設置有與傳動軸相連的深溝球軸承，葉輪與由后端蓋伸出的傳動軸端部相連。

所述前端蓋與發聲筒之間、發聲筒與連接筒之間以及連接筒與后端蓋之間分別采用O型橡膠密封圈進行密封，后端蓋上設置有與傳動軸相連的高低唇Y型橡膠密封圈以及用于固定高低唇Y型橡膠密封圈的壓蓋。

所述前端蓋為具有導流作用的曲面。

上述基于海流能驅動的低阻尼機械式水聲換能器的換能方法，包括以下步驟：葉輪在海流能的作用下帶動傳動軸轉動，傳動軸帶動雙頭支座相對于發聲筒做旋轉運動，當敲擊桿經過階梯齒時，隨著階梯齒的升高，壓簧壓縮；經過階梯齒最高點后，階梯齒的高度變為零，階梯齒對敲擊桿的作用力消失，壓簧的彈性勢能釋放，轉化為敲擊桿的動能，敲擊發聲筒內壁發聲。

本發明的有益效果體現在：

本發明所述水聲換能器直接利用葉輪、傳動軸將海流能轉換為旋轉機械能來驅動敲擊裝置轉動，轉動過程中敲擊桿通過與階梯齒配合完成蓄能，并周期性敲擊發聲筒壁面實現發聲，結構簡單、緊湊，機械損耗小，能量利用率高，驅動功率小，能夠降低成本，并且便于生產實踐中使用。

本發明所述水聲換能器由海流能帶動與葉輪相連的傳動軸轉動，傳動軸帶動固定在軸上的雙頭支座做旋轉運動，敲擊桿在固定于雙頭支座中的直線軸承中做往復運動，敲擊桿連接的壓簧由于發聲筒內壁面的起伏周期性的蓄能與釋放，從而敲擊發聲筒內壁實現發聲，該水聲換能器聲音信號響度大、頻帶寬且處于低頻范圍，能夠直接利用海流能來持續產生水下探測所需要的聲能，原理新穎，機械損耗小，效率高，制造容易，密封可靠，剛度大，強度高，承壓能力強，壽命長。

附圖說明

圖1為本發明所述基于海流能驅動的低阻尼機械式水聲換能器的剖視圖；

圖2為本發明所述敲擊裝置的剖視圖；