[发明专利]一种基于气体弹簧的电磁式水声换能器及控制方法

说明书

本发明提供一种基于气体弹簧的电磁式水声换能器及控制方法，水声换能器包括围成水密空间的筒体、辐射件、密封件；水密空间内容纳有衔铁、导磁底座；导磁底座、衔铁上分别绕设有第一驱动线圈、第二驱动线圈；第一驱动线圈、第二驱动线圈由独立的交流电源供电，使得导磁底座一端、衔铁一端可产生相同或相反的磁极，两组件受电磁斥力或电磁吸力而振动；导磁底座和衔铁之间充有气体当作气体弹簧，用以平衡静水压并提供振动所需刚度。前段振动周期中，控制驱动电流产生电磁斥力推动衔铁从初始平衡位置运动，后段振动周期，主要依靠电磁吸力将衔铁拉回平衡位置。本发明电磁推力更大，振动幅度更大，实现小体积轻重量产生大功率超低频声波输出。

技术领域

本发明涉及一种基于气体弹簧的电磁式（变磁阻式）水声换能器及控制方法，尤其涉及一种用于海洋探测的超低频大功率电磁式水声换能器装置。

背景技术

现今的海洋探测主要依赖于声波，声波在海中的传播距离与频率密切相关，声波的频率越低在水中传播的距离就越远。目前使用的有源材料为核心的低频大功率水声换能器工作频率多在300 Hz以上频段，在水中衰减很大，能量传递效率很低。对于更低频段（如100 Hz以下的超低频段）的应用需求，这些换能器尺寸重量将变得非常巨大，造价也很昂贵。而动圈式、爆炸式超低频声源又存在着功率小、辐射弱、不稳定、连续性不佳等一系列问题。

发明内容

本发明要解决的问题是针对传统低频换能器尺寸大、功率小、辐射弱的问题，提供一种基于气体弹簧的电磁式水声换能器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于气体弹簧的电磁式水声换能器，包括筒体、密封件、与筒体内壁面滑动连接且可沿筒体轴线方向滑动的辐射件，所述筒体、辐射件分别与密封件固定连接，所述筒体、密封件、辐射件围成水密空间；

所述水密空间内容纳有固定于辐射件上的衔铁、在筒体轴线方向上与衔铁相对设置的导磁底座；

所述导磁底座上绕设有第一驱动线圈，所述衔铁上绕设有第二驱动线圈；

所述第一驱动线圈、第二驱动线圈分别通有交变电流，使得靠近衔铁的导磁底座一端、靠近导磁底座的衔铁一端产生相同或者相反的磁极；

所述导磁底座和衔铁之间设置有气体弹簧，用以平衡静水压和提供刚度。

进一步地，所述筒体一端具有开口，所述辐射件设置于筒体一端的开口位置，所述导磁底座固定于与辐射件相对的筒体另一端的内底面上。

进一步地，所述筒体包括与辐射件相对设置的重量块、固定设置在重量块上的筒状壳体，所述辐射件为轻质金属材料，所述导磁底座固定于重量块上，所述重量块、筒状壳体、密封件、辐射件依次连接从而围成所述水密空间。所述辐射件可采用铝合金。所述重量块可采用黄铜。通过将辐射件设置为轻质金属材料，使得辐射件更易于进行往复运动。通过设置重量块，使得筒体可以较为稳定的设置。

进一步地，所述筒状壳体包括固定设置在重量块上的第一筒状结构和固定设置于第一筒状结构上的第二筒状结构，所述重量块、第一筒状结构、第二筒状结构、密封件、辐射件依次连接从而围成所述水密空间，所述第一筒状结构的内径小于第二筒状结构的内径，所述第一筒状结构的内腔与第二筒状结构的内腔相互连通；

所述辐射件与第二筒状结构的内壁面滑动连接；

所述第二筒状结构的内腔在筒体轴线方向上的深度大于辐射件在筒体轴线方向上的厚度。

通过上述设置，使得辐射件仅在第二筒状结构内往复运动，实现对水面的拍击作用，而且可以限制辐射件的运动区域，避免辐射件过于靠近导磁底座。

进一步地，所述筒体两端具有开口，所述辐射件包括分别设置于筒体两端开口位置的第一辐射件、第二辐射件，所述第一辐射件、第二辐射件分别与筒体内壁面滑动连接；

所述第二辐射件、第一辐射件均可沿筒体轴线方向滑动；