一种甚低频正弦静水压激励装置

1.本发明涉及水声计量测试技术领域，特别涉及一种甚低频正弦静水压激励装置。


背景技术：

2.水声学作为声学的重要分支，在水下目标探测、信号识别以及信息的传递过程起着重要的作用。声波作为一种探测目标的载体，在水声学领域发挥着重要的作用。而海洋中传播着各种频段的声波信号，有高频的声波信号，低频声波信号甚至由海洋的运动、地震等产生的甚低频信号，在对声波信号进行检测之前，需要对不同频段的信号进行区分，因此通过模拟不同频段的声波信号对检测水听器进行预先校准显得尤为重要。
3.在常用的中高频段内，通常采用自由场比较法或者激光干涉法进行水听器的校准。然而，较低频段的校准只能在管中进行，通常采用管中比较法或者振动液柱法校准水听器。随着水声领域对低频水听器的需求增大，其校准方法也逐渐成熟，通常采用静水压激励法。由于在甚低频段产生可测声压所需声源振动幅度相当大，因此对于甚低频水听器的校准所需产生水中甚低频信号的装置是非常困难的。


技术实现要素：

4.本发明的目的包括，提供一种甚低频正弦静水压激励装置，其用于提供甚低频水听器校准过程所需的甚低频正弦信号，主要频段范围为：0.01hz-2hz，用于水听器甚低频段灵敏度校准。主要通过伺服电机匀速转动，进而带动曲柄滑块运动，使导杆在垂直方向上作周期性的正弦运动，进而产生周期性的正弦信号，通过软管传递到密闭腔体中，用于水听器的甚低频校准。
5.本发明的实施例可以这样实现：
6.本发明的实施例提供一种甚低频正弦静水压激励装置，通过产生甚低频校准信号，实现对甚低频水听器的灵敏度校准，所述装置包括：
7.注水结构、电机驱动系统、曲柄滑块机构、导杆伸缩结构以及支撑结构，其中，
8.所述注水结构与所述导杆通过螺纹连接，所述注水结构为一开口容器，其内灌注适量水淹没连通管，通过伸缩杆的垂直往复运动使得开口容器在垂直方向上以很低的频率作简谐运动；
9.所述电机驱动系统设置在立板的一侧，包括伺服电机、行星减速机和驱动器，所述行星减速机尾座设有螺纹孔，通过四只螺栓固定至立板上，所述驱动器放至电气固定板，通过驱动器驱动伺服电机转动，通过所述行星减速机控制所述伺服电机的输出转速；
10.所述曲柄滑块机构主要由连接块、曲柄转板、水平滑块以及轴承及其轴承座组成，所述连接块通过定位销固定曲柄转板及所述行星减速机输出转轴，所述曲柄转板输出端通过轴承座固定轴承，使得水平滑块在水平导轨上作水平简谐运动；
11.所述导杆伸缩机构包括一根长导杆、导杆固定块以及型材滑块、固定底座组成，所述长导杆刚性连接至导杆固定块上，通过所述水平导轨的上下滑动带动所述导杆垂直直线
简谐运动，所述型材滑块用于固定长导杆，所述型材滑块通过螺纹孔与固定底座连接至立板上；
12.所述支撑结构包括箱体钣金结构、三角形加强筋、电气固定板以及立板、底板、四只橡胶地脚等。所述立板用于固定所述电机驱动系统、所述曲柄滑块机构以及所述导杆伸缩机构，通过所述三角形加强筋提高立板的稳定性，防止其倾斜，所述电气固定板通过螺纹孔固定至底板上，所述底板由四只橡胶地脚支撑，箱体采用钣金结构；
13.可选的，所述电机驱动系统还包括220v电源插座、220v电源开关以及一块触摸屏，220v电源插座固定至箱体钣金封罩上，用于外接220v交流电，通过电源开关控制设备的通电状态，所述触摸屏作为显示面板，可用于控制输出频率，控制伺服电机的运动，设备的启停等；
14.可选的，所述曲柄滑块机构还包括两个垂直滑轨、滑块垫板以及滑轨垫板，所述垂直滑轨通过滑轨垫板固定至立板上，主要由多个螺纹孔衔接，所述左右垂直滑块通过几个螺纹孔连接水平滑轨垫板，通过所述曲柄的转动带动所述垂直滑块的垂直往复运动；
15.由上述可知，此甚低频正弦静水压激励装置通过四只橡胶地脚支撑，钣金封罩结构作为箱体，通过外接220v交流电为电机驱动系统供电，通过触摸屏控制输出所需频率信号，当驱动器收到一个脉冲信号时，驱动伺服电机按照设定的方向转动一个固定的角度，经由行星减速机减速后，输出轴通过所述连接块带动曲柄转动，曲柄带动水平滑块在导轨上水平往复运动，同时带动垂直滑块垂直往复运动，导杆伸缩机构固定至水平导轨垫板上，水平导轨的上下滑动带动长导杆作垂直直线简谐运动，通过向所述注水结构中灌入适量水，开口容器在垂直方向上以很低的频率作简谐运动，通过连通软管传输至密闭待测水箱中，输出的甚低频信号经由水听器接收，实现甚低频水听器的灵敏度有效校准。
附图说明
16.附图仅用来提供对本发明的进一步理解，并非构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
17.在附图中：
18.图1、2为本发明的具体实施例甚低频正弦静水压激励装置的结构明细图；
19.图3为本发明的具体实施例甚低频正弦静水压激励装置的整体结构图；
20.图4为本发明的具体实施例甚低频正弦静水压激励装置的校准原理图；
21.图5为本发明的具体实施例甚低频正弦静水压激励装置的伸缩结构图；
22.图6为本发明的具体实施例甚低频正弦静水压激励装置的曲柄滑块结构示意图。
23.图7为本发明的具体实施例甚低频正弦静水压激励装置的曲柄滑块机理图。
24.图中，1：注水结构；2：导杆；3：垂直滑轨；4：导轨垫板；5：垂直滑块；6：滑块垫板；7：滑轨垫板；8：水平滑轨；9：导杆固定块；10：连接块；11：曲柄转板；12：水平滑块；13：轴承座；14：轴承；15：型材滑块；16、17：固定底座；18：立板；19：三角形加强筋；20：底板；21：电气固定板；22：行星减速机；23：伺服电机；24：橡胶地脚；25：220v电源插座；26：220v电源开关；27：驱动器；28：触摸屏；29：钣金封罩。
具体实施方式
25.为使本发明的技术方案、目的以及甚低频正弦静水压激励装置的工作原理更加清晰明了，下面将结合附图对本发明具体实施例进一步的解释说明，方便更加直观的对本发明的具体实施例具有清晰的了解。
26.显然，本发明所描述的实施例并非旨在仅仅保护本发明的范围，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，通常情况下，附图中所描述的所有组件都可用不同尺寸的组件替代或改善，而本实施例仅为本发明的一部分，旨在更加清晰的解释本发明的实施例，仅仅表示为本发明选定的具体实施例。本领域普通的技术人员在没有创造性成果前提下所作的任何修改、等同替换、改进等，都是本发明需要保护的范围。
27.下面将结合附图对本发明的具体实施例加以解释本发明的具体技术方案、目的优势以及甚低频正弦静水压激励装置的工作原理及校准方法。
28.本实施例提供了一种甚低频正弦静水压激励装置，其用于提供甚低频水听器校准过程所需的甚低频正弦信号，主要频段范围为：0.01hz-2hz，用于水听器甚低频段灵敏度校准。主要由伺服电机变速转动，进而带动曲柄滑块运动，使导杆在垂直方向上作周期性的正弦运动，进而在水中产生周期性的正弦信号，通过软管传递到密闭腔体中，用于水听器的甚低频校准。
29.为达到上述目的，本发明提供了一种甚低频正弦静水压激励装置，如图1至图7所示，一种甚低频正弦静水压激励装置，包括：
30.注水结构1、电机驱动系统、曲柄滑块机构、导杆伸缩结构以及支撑结构，其中，
31.所述注水结构1为开口容器，其内灌注适量水淹没连通管，所述注水结构1通过螺纹孔与所述伸缩杆2相连，通过伸缩杆2的垂直直线简谐运动使得开口容器在垂直方向上以很低的频率作直线简谐运动，通过连通管在密闭测量腔体中产生交变的压力起伏作为测量声场，进行水听器甚低频灵敏度的绝对校准；
32.所述电机驱动系统包括伺服电机23、行星减速机22、驱动器27、触摸屏28、220v电源插座25和220v电源开关26，所述行星减速机22能够控制所述伺服电机23的转速，输出的转动通过连接块10至曲柄滑块机构，带动曲柄11转动，实现水平滑块12的水平直线滑动，所述触摸屏28能够通过上位机编写前面板程序，控制输出所需要的频率；
33.所述曲柄滑块机构包括连接块10、曲柄转板11、水平滑块12以及轴承14、轴承座13组成，所述曲柄转板11输出端通过轴承座固定轴承，曲柄转板11的转动使得水平滑块12在水平导轨上作水平直线简谐运动；
34.其中，曲柄转板11通过定位销与所述行星减速机22输出转轴相连，其转动的角度取决于所述伺服电机23输出的大小，同时，所述曲柄转板11的长度有限，水平滑块12在水平滑轨8上的运动范围也是受限制的；
35.所述导杆伸缩机构包括一根长导杆2、导杆固定块9以及型材滑块15、固定底座16、17，所述长导杆2刚性连接至导杆固定块9上，通过水平滑轨8的垂直往复运动带动所述导杆2垂直简谐运动，所述型材滑块15主要用于固定导杆2，防止其倾斜产生相对位移，对垂直方向的运动产生影响，所述型材滑块15通过螺纹孔与固定底座16、17相连固定至立板11上；
36.所述支撑结构包括箱体钣金结构29、三角形加强筋19、电气固定板21以及立板18、底板20、四只橡胶地脚24等。所述立板18主要用于固定所述行星减速机22、导杆伸缩机构、
曲柄滑块机构以及垂直滑轨3，所述立板18主要通过两个三角形加强筋19固定到底板20，防止其倾斜，所述电气固定板21通过螺纹孔固定至底板20上，所述底板由四只橡胶地脚24支撑，箱体29采用钣金结构；
37.其中，两个垂直滑轨3通过螺纹孔与导轨垫片4连接至立板18上，所述垂直滑轨3上放置两个垂直滑块5，通过两个滑块垫片6固定，其表面设有螺纹孔，与水平滑轨垫板7连接，通过水平滑块12的水平方向的简谐运动以及曲柄转板11的转动带动水平滑轨8作用垂直滑块5在垂直方向上作简谐运动；
38.因此，本发明的甚低频正弦静水压激励装置，主要通过四只橡胶地脚24作为支撑，钣金封罩29作为箱体，立板18作为辅助支撑材料，其通过三角形加强筋19加固稳定性，两个垂直滑轨3通过导轨垫板4固定到立板18上，行星减速机22通过螺纹孔固定至立板22，所述触摸屏28控制已知频率信号输出，作为前面板显示，当驱动器27接收到脉冲信号时，驱动伺服电机23转动，经由行星减速机22减速控制，输出轴通过连接块10带动曲柄转板11转动，进而带动固定到轴承14上的水平滑块12水平滑动，水平滑块12的水平滑动以及曲柄转板11的转动使水平滑轨8通过垂直滑块5在垂直滑轨3上作往复运动，水平滑轨8上固定导杆固定块9，导杆2在导杆固定块9的作用下在垂直方向上经由型材滑块15作简谐运动，通过向所述注水结构1中灌入适量水，开口容器在垂直方向上以很低的频率作简谐运动，通过连通管传输至密闭待测水箱中，输出的甚低频信号经由水听器接收，实现甚低频水听器的灵敏度有效校准。
39.本发明的工作原理及校准流程：甚低频正弦静水压激励装置前面板触摸屏触发校准频率的正弦信号，校准注水机构开口容器经由导杆带动在垂直方向上以固定幅度h上下作正弦振动，在校准腔体中产生同样频率的交变压力，在校准腔体中产生的压力变化p＝p0cos(ωt)，将待测甚低频水听器的输出接入前置放大器后经过滤波器接入示波器测量其开路电压值u
oc
，得到其被校准水听器的声压灵敏度为。
40.公式：可以计算出待测水听器的声压灵敏度。其中，ρ是水的密度；g是当地重力加速度；h是开口容器页面振幅；ω是测量的角频率；|k0|是系统谐振的静压增量系数；he是反应惯性力影响的等效高度；m为待测水听器甚低频灵敏度值。
41.最后需要说明的是：以上所述仅仅为本发明的优选，并不限制本发明，尽管对于本发明的优选实施例作了详细的阐述说明，但是对于本专业、本领域的相关技术人员来说依旧可以参照本实施例进行方案的修改或完善，或者进行某些组件的等同替换，本发明的优选实施例仅仅为详细阐述本发明的技术方案说明设计等，并不限制本发明本身，凡是在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。