一种旋转对称型五模材料低频声波发射装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种旋转对称型五模材料低频声波发射装置及试验方法，属于声学通信、声学探测和声学超材料技术领域。装置包括金属圆台筒、五模声学超构材料、无指向性换能器和声信号发生装置；五模声学超构材料和无指向性换能器固定安装在金属圆台筒内，换能器前端面距离五模声学超构材料表面的距离介于三分之一倍工作波长和两倍工作波长之间；无指向性换能器的线缆穿过后盖连接声信号发生装置；无指向性换能器将声信号发生装置产生的声信号转换为无指向性声波，五模声学超构材料将无指向性声波进行能量汇聚，金属圆台筒起到对无指向性声波的波形调控和波前导引作用。本发明专利技术能够实现波长等于或大于出口直径的低频声波的定向发射。发射。发射。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转对称型五模材料低频声波发射装置及试验方法


[0001]本专利技术属于声学通信、声学探测和声学超材料
，具体涉及一种旋转对称型五模材料低频声波发射装置及试验方法，装置基于五模声学超构材料设计声波聚焦器件，进而实现高指向性低频声波的发射。

技术介绍

[0002]声纳是利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测、定位和通信任务的一种电子设备，不仅在水下通信、探测和导航作战中有非常重要的地位，而且在和平时期已经成为人类认识、开发和利用海洋的重要手段。由于系统架构和衍射极限的限制，现有水声声源在基本原理上受制于“波长
‑
长度”限制，在尺寸与工作频率间存在着不可调和的矛盾。为了获得高指向性声源，往往要增大声源尺寸或提高频率。传统的水下声学探测装置由于尺寸受限，低频指向性不佳，严重影响了其探测距离和精度。如何颠覆传统声纳设计理念，基于新原理设计高指向性低频声源，成为水声领域极具挑战且意义重大的研究课题，有重要理论和实用价值。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种旋转对称型五模材料低频声波发射装置及试验方法，通过在金属圆台筒内设置旋转对称型五模声学超构材料，可将无指向性声源发出的低频声波(几十kHz范围内)进行聚焦和定向后提高其指向性，实现波长等于或大于出口直径的低频声波的定向发射。
[0004]一种旋转对称型五模材料低频声波发射装置，装置包括金属圆台筒、五模声学超构材料、无指向性换能器和声信号发生装置；
[0005]所述金属圆台筒的外形为圆锥台，圆锥台的内部具有一个等直径的通孔，所述五模声学超构材料和无指向性换能器固定安装在通孔内，换能器前端面距离五模声学超构材料表面的距离介于三分之一倍工作波长和两倍工作波长之间；通孔位于圆锥台大端的开口处由后盖进行封闭，无指向性换能器的线缆穿过后盖连接声信号发生装置；所述无指向性换能器将声信号发生装置产生的声信号转换为无指向性声波，五模声学超构材料将无指向性声波进行能量汇聚，金属圆台筒起到对无指向性声波的波形调控和波前导引作用。
[0006]进一步地，所述金属圆台筒的表面上加工环向孔和限位孔，利用螺栓穿过环向孔和限位孔分别对五模声学超构材料进行径向固定和轴向限位，螺栓的长度尽可能短。
[0007]进一步地，所述五模声学超构材料包括超构金属基体和透声聚氨酯，超构金属基体为内有空腔的封闭式轴对称几何构型，截面呈周期性蜂窝结构排列，最薄处壁厚为0.2mm,壁厚精度要求为
±
0.05mm，超构金属基体的整体精度要求为
±
0.2mm；透声聚氨酯利用注塑模具实现与超构金属基体的结合，五模声学超构材料整体外径与金属圆台筒沉孔内径呈
‑
0.2mm公差配合。
[0008]进一步地，所述金属圆台筒采用铝合金或钛合金材料加工。
[0009]进一步地，所述金属圆台筒所有锐角均未倒角，未注尺寸与孔公差为
±
0.2mm。
[0010]进一步地，所述超构金属基体的材料采用铝合金或钛合金。
[0011]进一步地，所述低频声波发射装置通过抱箍、吊杆和吊架共同将其吊装在水平状态。
[0012]进一步地，所述无指向性换能器在使用过程中处于水平姿态，换能器激励电压有效值不超过400v，在几十kHz低频声学范围内的声源级为170dB。
[0013]一种旋转对称型五模材料低频声波发射装置的试验方法，该方法实现的步骤包括：
[0014]S1：旋转对称型五模材料及换能器安装；
[0015]S2：金属圆台筒吊装固定；
[0016]S3：低频声波发射装置水平及透水性能调整；
[0017]S4：发射装置指向性和发射距离试验及评估。
[0018]进一步地，所述步骤S1中安装五模声学超构材料的过程包括：五模声学超构材料由金属圆台筒的沉孔开口处推入，直至前端限位孔的螺栓处实现轴向限位，随后，通过金属圆台筒上的环向孔利用螺栓对五模声学超构材料进行径向固定。
[0019]进一步地，所述步骤S1中安装无指向性换能器的过程包括：所述无指向性换能器的线缆通过套筒与后盖紧固并作标记，其球心与后盖凸台端面相距50mm，套筒内径与无指向性换能器的线缆直径相比呈+0.2mm公差配合，套筒外径沿轴向呈楔形变化，以后盖方向为基准，凸台侧直径小；无指向性换能器的线缆由后盖凸台侧穿入，进而穿过套筒，随后将套筒连同无指向性换能器的线缆一并敲入塞子中心孔，以对无指向性换能器进行紧固；所述后盖通过环向均布的限位孔与金属圆台筒固定连接；对无指向性换能器与后盖及金属圆台筒间固定的垂直位和水平位用记号笔进行标示，以保证后续换能器姿态和位置经过塞子拆换后能够保持一致。
[0020]进一步地，所述步骤S2中金属圆台筒吊装固定的过程包括：首先将抱箍与金属圆台筒固定，然后利用吊杆将金属圆台筒与吊架进行吊装固定，最后将吊架与试验平台进行吊装固定。
[0021]进一步地，所述步骤S3中低频声波发射装置水平调整的方式包括：调整吊杆上的螺母来调节低频声波发射装置的固定位置；若在现场不便于通过螺杆长度调节吊架水平，通过在吊架后端两根吊杆上加装吊母，吊母与从平台固定处连接的吊绳通过花篮螺丝来进行长度调节，通过分别调整两侧花篮螺丝的长度调整吊架的水平，并用工装两侧肘板顶部的水平仪确认，以最终保证低频声波发射装置的水平。
[0022]进一步地，所述步骤S3中低频声波发射装置换能器处透水性能调整的过程中，为保证所述金属圆台筒入水后内部所述无指向性换能器完全浸入水中，在距离筒底部65mm处上下各开具M6沉孔，以便将空气有效排出。
[0023]进一步地，所述步骤S2中试验前设备准备及测试环境布置：
[0024]S41：检查发射换能器、功率放大器、信号发生器、数据采集与分析仪、B&K水听器、计算机是否正常工作，将无指向性换能器姿态调至水平，通过标记其顶端位置以确保换能器姿态及角度与放在金属圆台筒内的位姿一致；布置两组水听器，1号水听器距离旋转对称型五模材料低频声波发射装置前端10m，2号水听器为15m；
[0025]S42：发射装置指向性试验及评估；频率取样点可根据实际测量频率范围确定，取样点个数大于10个，以保证数据分析的分辨率；利用2号水听器进行15米距离指向性试验，测试角度(以出口端方向为0
°
)为360
°
周向范围，根据实际情况选取测试角度步长，以及所需评估的分贝角数值；
[0026]S43：发射装置发射距离试验及评估，频率取样点根据实际测量频率范围确定，取样点个数大于10个，以保证数据分析的分辨率；测试距离旋转对称型五模材料低频声波发射装置前端出口10米，15米处的声压。测量评估有效发射距离相对于仅有无指向性换能器13时的比例。
[0027]有益效果：
[0028]1、本专利技术将五模声学超构材料安装在金属圆台筒内部，类似于白鳍豚的头部声学结构，五模声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转对称型五模材料低频声波发射装置，其特征在于，装置包括金属圆台筒、五模声学超构材料、无指向性换能器和声信号发生装置；所述金属圆台筒的外形为圆锥台，圆锥台的内部具有一个等直径的通孔，所述五模声学超构材料和无指向性换能器固定安装在通孔内，换能器前端面距离五模声学超构材料表面的距离介于三分之一倍工作波长和两倍工作波长之间；通孔位于圆锥台大端的开口处由后盖进行封闭，无指向性换能器的线缆穿过后盖连接声信号发生装置；所述无指向性换能器将声信号发生装置产生的声信号转换为无指向性声波，五模声学超构材料将无指向性声波进行能量汇聚，金属圆台筒起到对无指向性声波的波形调控和波前导引作用。2.如权利要求1所述的旋转对称型五模材料低频声波发射装置，其特征在于，所述金属圆台筒的表面上加工环向孔和限位孔，利用螺栓穿过环向孔和限位孔分别对五模声学超构材料进行径向固定和轴向限位，螺栓的长度尽可能短。3.如权利要求1所述的旋转对称型五模材料低频声波发射装置，其特征在于，所述五模声学超构材料包括超构金属基体和透声聚氨酯，超构金属基体为内有空腔的封闭式轴对称几何构型，截面呈周期性蜂窝结构排列，最薄处壁厚为0.2mm,壁厚精度要求为
±
0.05mm，超构金属基体的整体精度要求为
±
0.2mm；透声聚氨酯利用注塑模具实现与超构金属基体的结合，五模声学超构材料整体外径与金属圆台筒沉孔内径呈
‑
0.2mm公差配合。4.如权利要求1所述的旋转对称型五模材料低频声波发射装置，其特征在于，所述金属圆台筒采用铝合金或钛合金材料加工。5.如权利要求1所述的旋转对称型五模...

【专利技术属性】
技术研发人员：张满弓，张向东，吴涛，张昊，陈虹，黄贻苍，吴刚，蔡玄，赵志高，李钊，何鹏，张安付，游卓，胡旭，黎焕敏，王鹏，彭佳宁，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：