[发明专利]基于海流能驱动的低阻尼机械式水声换能器及其换能方法

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机械式敲击产生低频声音信号的机构。

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，水下声源产生方式主要有以下7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、电磁式声源、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：需要外部能源持续供应的情况下才能长期在水中发声；运转时摩擦阻力大，能量利用率低；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。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于海流能驱动的低阻尼机械式水声换能器及其换能方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于海流能驱动的低阻尼机械式水声换能器，该水声换能器包括传动轴、叶轮、发声筒以及设置于发声筒内的敲击装置，所述传动轴与叶轮相连，敲击装置包括与传动轴相连的双头支座，双头支座的两端设置有可伸缩的敲击杆，发声筒的内壁圆周上等间距均匀分布有若干个与敲击杆配合的阶梯齿，阶梯齿是具有圆弧上升轮廓线的三角齿形突起。

所述双头支座的两端开设有凹槽，凹槽内设置有直线轴承，敲击杆设置于直线轴承内，凹槽的底部设置有与敲击杆的一端配合的压簧，敲击杆的另一端设置有可以转动的敲击轮。

所述敲击杆上套设有与凹槽的顶部相连的用于固定直线轴承的直线轴承挡板。

所述阶梯齿在保证能实现敲击轮运动的情况下，采用尽量窄的齿宽，阶梯齿的齿宽比敲击轮宽2～5mm。

所述阶梯齿为奇数个，阶梯齿的齿长与相邻两阶梯齿的间隔长度相等。

所述水声换能器还包括与传动轴相连的用于轴向定位双头支座的紧固螺母。

所述水声换能器还包括前端盖、连接筒以及后端盖，发声筒的一端与前端盖相连，另一端与连接筒的一端相连，连接筒的另一端与后端盖的一端相连，叶轮与后端盖的另一端相对设置，前端盖以及连接筒内分别设置有轴承支架，轴承支架上设置有与传动轴相连的深沟球轴承，叶轮与由后端盖伸出的传动轴端部相连。

所述前端盖与发声筒之间、发声筒与连接筒之间以及连接筒与后端盖之间分别采用O型橡胶密封圈进行密封，后端盖上设置有与传动轴相连的高低唇Y型橡胶密封圈以及用于固定高低唇Y型橡胶密封圈的压盖。

所述前端盖为具有导流作用的曲面。

上述基于海流能驱动的低阻尼机械式水声换能器的换能方法，包括以下步骤：叶轮在海流能的作用下带动传动轴转动，传动轴带动双头支座相对于发声筒做旋转运动，当敲击杆经过阶梯齿时，随着阶梯齿的升高，压簧压缩；经过阶梯齿最高点后，阶梯齿的高度变为零，阶梯齿对敲击杆的作用力消失，压簧的弹性势能释放，转化为敲击杆的动能，敲击发声筒内壁发声。

本发明的有益效果体现在：

本发明所述水声换能器直接利用叶轮、传动轴将海流能转换为旋转机械能来驱动敲击装置转动，转动过程中敲击杆通过与阶梯齿配合完成蓄能，并周期性敲击发声筒壁面实现发声，结构简单、紧凑，机械损耗小，能量利用率高，驱动功率小，能够降低成本，并且便于生产实践中使用。

本发明所述水声换能器由海流能带动与叶轮相连的传动轴转动，传动轴带动固定在轴上的双头支座做旋转运动，敲击杆在固定于双头支座中的直线轴承中做往复运动，敲击杆连接的压簧由于发声筒内壁面的起伏周期性的蓄能与释放，从而敲击发声筒内壁实现发声，该水声换能器声音信号响度大、频带宽且处于低频范围，能够直接利用海流能来持续产生水下探测所需要的声能，原理新颖，机械损耗小，效率高，制造容易，密封可靠，刚度大，强度高，承压能力强，寿命长。

附图说明

图1为本发明所述基于海流能驱动的低阻尼机械式水声换能器的剖视图；

图2为本发明所述敲击装置的剖视图；