[发明专利]一种流体动力式低频换能器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种流体动力式低频换能器及其设计方法，其中设计方法如下：步骤S01，构建流体动力式低频换能器的模型；步骤S02，根据流体动力式低频换能器的模型进行电声类比建模，得到一个电网络；步骤S03，对电网络中不同的构件进行试验，以确定其设计参数；步骤S04，根据设计参数制作流体动力式低频换能器的实体模型并进行试验，同时对电网络进行数值模拟，与实际试验数据进行比较；步骤S05，经过试验验证后，对流体动力式低频换能器的实体模型进行改进。利用本发明，可以实现低频工作频率可控可调，声源级准确预报的特点。

技术领域

本发明属于水声信号与特征提取领域，尤其是涉及一种流体动力式低频换能器及其设计方法。

背景技术

水下低频声源的应用需求非常广泛迫切，尤其是在目标的准确模拟上。但低频特征声源生成和控制是一项技术瓶颈，也是国内外相关领域极为关注的共性问题。流体动力式的声源可以产生较高的声强，同时还有较低频的宽频带，可以覆盖从几赫兹到几十赫兹的频带范围。同时还具有结构简单，耗电量小以及动力源方便提供的优点，实际应用中性价比较高，因此应用非常广泛。

如公开号为CN105391345A的中国专利文献公开了一种压电发电机流体动力声源激振方法，利用气流流过管道后气流产生的变化特性和声波在空腔、管孔内传播引起结构振动的特性，提供了一种新型的无活动零件的气流致声压电发电强制振动装置，具有机械自调制气流激发流体动力声源的非线性振动机械系统。

公开号为CN113450749A的中国专利文献公开了一种免负压源低频推挽调制流体声源系统，其包括流体动力源子系统和调制部件子系统。流体动力源子系统包括负压室、液体输送装置以及高压室，负压室、液体输送装置以及高压室通过管道依次连接。调制部件子系统包括驱动装置、转子装置以及定子装置，转子装置和定子装置相互贴合，转子装置对定子装置间歇性的导通。

不过，流体动力式声源涉及到的流体动力学是一个比较复杂的学科，对射流激发声波进行数学建模也非常困难，并且，流体动力式声源的声辐射理论模型还没有令人非常满意的结果，大部分的数学模型仅限于实验经验或者是工程应用中的模型。

因此，要拓展低频流体动力式声源的应用范围，需要进一步对流体动力声源声波的产生机理和特征开展深入的研究，建立一套声电类比的数学模型，并通过实验验证低频流体动力式声源的模型准确度。

发明内容

本发明提供了一种流体动力式低频换能器，使得声源的工作频率基本只取决于换向阀的切换频率，从而实现低频工作频率可控可调，声源级准确预报的特点。

一种流体动力式低频换能器，包括双向控制阀、液压缸和液压动力装置；所述的液压缸包括缸体和活塞，缸体在靠近两端的侧壁上分别设有第一流通孔和第二流通孔；所述缸体的两端密封，在靠近第二流通孔的端部外侧设有隔膜，所述活塞的活塞杆穿过缸体的端部后与隔膜连接；所述隔膜和缸体之间设有带气孔的空气腔；

所述的双向控制阀包括设置在腔体内部的滑阀，所述滑阀的一端与腔体外部的驱动机构连接，所述滑阀上设有第一阀芯和第二阀芯；所述的腔体内部设有五个通道，其中，第一通道与第二通道之间、第二通道和第三通道之间通过第一阀芯控制连通，第三通道与第四通道之间、第四通道与第五通道之间通过第二阀芯控制连通；

所述第一通道在腔体内部与第五通道连通，所述的第二通道通过液压管与液压缸的第一流通孔连接，所述的第三通道通过液压管与液压动力装置的压力输出端连接，所述的第四通道通过液压管与液压缸的第二流通孔连接，所述的第五通道通过液压管与液压动力装置的储液端连接。

所述的液压动力装置包括储油罐、泵和蓄能器，所述的压力输出端设置在蓄能器上，所述的储液端设置在储油罐上。

进一步地，所述的第一阀芯上设有第三节流孔和第二节流孔，所述的第二阀芯上设有第一节流孔和第四节流孔；