一种动磁式水下低频声源发射装置的制作方法

本发明属于水声通信技术领域，尤其涉及一种动磁式水下低频声源发射装置。

背景技术：

利用宽频带声源模拟舰船噪声引诱水雷动作是声频扫雷作业最常用的方法，但随着现代工业水平的发展，舰船噪声越来越小，引信对声信号的处理能力也越来越强，使得扫雷具对传统大功率声源的需求越来越弱，而对声源模拟舰船噪声的相似度要求越来越高。同时随着建制式反水雷能力的发展，对装备的集成化要求越来越高，声源结构的小型化、轻量化将是声扫雷具发展的一个重要方向。

根据舰船噪声特征，声扫雷具需要覆盖的声场频带范围较大，通常利用单个声源很难实现，只能采用多个不同频段的声源组合，并同时工作来产生所需的宽带声场。在当前众多宽带声源中，活塞声源具有驱动力大，低频辐射能力强，可以实现频谱控制，结构紧凑等优点，常常作为低频声源得到广泛应用。而活塞声源的驱动常采用液压和电动方式，现有的电动方式通常采用动圈式，而动圈式是指励磁线圈转动，永久磁体保持不动；因此，在励磁线圈转动的过程中，励磁线圈上的漆包线容易与声源发射装置内部的其他组件发生碰撞而损坏，同时，励磁线圈需要通过接线的方式引入外部电源，从而产生交变磁场，若励磁线圈不断转动，则容易引起接触不良的后果；由此可见，现有的动圈式声源发射装置使用受限，且容易损坏。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种动磁式水下低频声源发射装置，无线缆直接连接动磁路组件，适装性好，避免了动磁路组件运动时可能导致的对电控接头的损伤，提高了声源发射装置工作的可靠性。

一种动磁式水下低频声源发射装置，包括滚动密封圈组件2、辐射膜板4、外磁路组件6、动磁路组件7、壳体8以及电控接头10；

所述壳体8为中空筒体；所述滚动密封圈组件2安装在辐射膜板4的外围后，再与辐射膜板4整体安装在壳体8的任意一端，则滚动密封圈组件2用于为辐射膜板4提供轴向位移；

所述外磁路组件6安装在壳体8内部，所述动磁路组件7嵌套在外磁路组件6的内部，同时，外磁路组件6与壳体8未安装有滚动密封圈组件2的一端固接，动磁路组件7与辐射膜板4固接；

所述电控接头10安装在外磁路组件6上，用于为外磁路组件6接入交变电压信号，使外磁路组件6产生交变磁场；所述交变磁场作用于所述动磁路组件7产生的恒定磁场，使动磁路组件7沿其轴向作直线运动，进而推动辐射膜板4来回振动，向外界辐射声场。

进一步地，所述外磁路组件6包括上盖板14、上线圈15、外导磁筒17、下线圈18、下盖板19以及底板20；

所述外导磁筒17为中空圆柱结构，且中部沿径向延伸有环形隔板；

所述上盖板14和下盖板19均为环形面板，并分别安装在外导磁筒17的两端，从而分别将上线圈15和下线圈18封装在外导磁筒17的内部；其中，所述上线圈15和下线圈18完全相同，并分别安装在所述环形隔板的两侧；

所述底板20安装在下盖板19未与外导磁筒17接触的另一面，用于将上盖板14、上线圈15、外导磁筒17、下线圈18以及下盖板19形成的整体封装在壳体8的内部；其中，所述底板20上还开有安装孔，所述电控接头10设置在所述安装孔中，分别为上线圈15和/或下线圈18接入交变电压信号，其中，当电控接头10同时为上线圈15和下线圈18接入交变电压信号时，上线圈15和下线圈18的电压信号大小相同、方向相反。

进一步地，所述上盖板14、外导磁筒17以及下盖板19沿径向均开有两条以上宽度相同的通槽，且上盖板14、外导磁筒17以及下盖板19上的通槽相互对齐。

进一步地，所述通槽包括内圆周通槽和外圆周通槽，且内圆周通槽和外圆周通槽交替分布；其中，内圆周通槽起始于上盖板14、外导磁筒17以及下盖板19的内圆周，并经径向延伸；外圆周通槽起始于上盖板14、外导磁筒17以及下盖板19的外圆周，并经径向延伸。

进一步地，一种动磁式水下低频声源发射装置，还包括外压板1和内压板3；

所述滚动密封圈组件2为环形结构，且环形结构向外和向内分别延伸有安装沿；所述内压板3将滚动密封圈组件2内部的安装沿固定在所述辐射膜板4的圆周上，同时，所述外压板1将滚动密封圈组件2外部的安装沿固定在壳体8任意一端的圆周上。

进一步地，所述动磁路组件7包括固定架21、上内导磁铁22、上永磁体23、下内导磁铁24以及下永磁体25；

所述固定架21为中空筒体，且筒体外表面开有两个环形凹槽；

所述上内导磁铁22和下内导磁铁24分别安装在两个凹槽中，同时，所述上永磁体23安装在上内导磁铁22的上方，所述下永磁体25安装在下内导磁铁24的上方；

所述上永磁体23和下永磁体25的产生的恒定磁场方向相反。

进一步地，所述上内导磁铁22和下内导磁铁24均由两个半圆形结构的导磁铁构成；所述上永磁体23和下永磁体25均由四个1/4圆结构的磁体构成，且上永磁体23和下永磁体25的极化方向沿直径方向。

进一步地，一种动磁式水下低频声源发射装置，还包括中心导磁筒16；

所述中心导磁筒16嵌套在动磁路组件7内部，且一端固接在底板20上。

进一步地，一种动磁式水下低频声源发射装置，还包括滑动轴承5；

所述滑动轴承5固接在中心导磁筒16未与底板20固接的一端的内部；

所述辐射模板4向壳体8内部延伸有杆状结构，且所述杆状结构伸入所述滑动轴承5的内部。

进一步地，一种动磁式水下低频声源发射装置，还包括气囊罩12和气囊组件13，且底板20上设有通孔；

所述气囊罩12安装在底板20的外侧；

所述气囊组件13安装在气囊罩12的内部，用于通过所述通孔向壳体8内部补充气体，使辐射模板4内表面和外表面的压力相同。

有益效果：

本发明提供一种动磁式水下低频声源发射装置，通过电控接头向外磁路组件中输入交变电压信号，交变电压信号能够驱动外磁路组件产生相应的交变磁场，该交变磁场能够传递到动磁路组件上，与动磁路组件自身的恒定磁场产生相互排斥和吸引的作用，从而实现动磁路组件与外磁路组件之间的相对运动，并由动磁路组件带动辐射膜板向水中辐射声场；由此可见，本发明的运动部件为辐射模板、滚动密封圈组件以及动磁路组件，而电控接头安装在外磁路组件上，则本发明的运动部件无线缆直接连接，适装性好，避免了动磁路组件运动时可能导致的对电控接头的损伤，提高了声源发射装置工作的可靠性；

此外，本发明的声源发射装置外磁路部件和动磁路部件为两个独立的模块，结构紧凑，方便拆卸、安装和使用。

附图说明

图1为本发明提供的一种动磁式水下低频声源发射装置的结构示意图；

图2为本发明提供的滚动密封圈组件结构示意图；

图3为本发明提供的一种外磁路组件的结构示意图；

图4为本发明提供的通槽开设示意图；

图5为本发明提供的动磁路组件的结构示意图；

图6为本发明提供的上永磁体和下永磁体的磁场极化方向示意图；

图7为本发明提供的下线圈通正向电压，上线圈通反向电压时声源发射装置的工作原理示意图；

图8为本发明提供的下线圈通反向电压，上线圈通正向电压时声源发射装置的工作原理示意图；

图9为本发明提供的下线圈通正向电压时声源发射装置的工作原理示意图；

图10为本发明提供的上线圈通正向电压时声源发射装置的工作原理示意图；

1-外压板、2-滚动密封圈组件、3-内压板、4-辐射膜板、5-滑动轴承、6-外磁路部件、7-动磁路部件、8-壳体、9-o型密封圈、10-电控接头、11-o型密封圈、12-气囊罩、13-气囊组件、14-上盖板、15-上线圈、16-中心导磁筒、17-外导磁筒、18-下线圈、19-下盖板、20-底板、21-固定架、22-上内导磁铁、23-上永磁体、24-下内导磁铁、25-下永磁体、26-滚动圈。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

参见图1，该图为本实施例提供的一种动磁式水下低频声源发射装置的结构示意图。一种动磁式水下低频声源发射装置，包括外压板1、滚动密封圈组件2、内压板3、辐射膜板4、外磁路组件6、动磁路组件7、壳体8以及电控接头10；

所述壳体8为中空筒体；所述滚动密封圈组件2安装在辐射膜板4的外围后，再与辐射膜板4整体安装在壳体8的任意一端，则滚动密封圈组件2用于为辐射膜板4提供轴向位移；具体的：所述滚动密封圈组件2为环形结构，且环形结构向外和向内分别延伸有安装沿；所述内压板3将滚动密封圈组件2内部的安装沿固定在所述辐射膜板4的圆周上，同时，所述外压板1将滚动密封圈组件2外部的安装沿固定在壳体8任意一端的圆周上。

所述外磁路组件6与动磁路组件7均为安装在壳体8内部的中空圆柱结构，且动磁路组件7嵌套在外磁路组件6的内部，其中，外磁路组件6与壳体8未安装有滚动密封圈组件2的一端固接，动磁路组件7与辐射膜板4固接。

所述电控接头10安装在外磁路组件6上，用于为外磁路组件6接入交变电压信号，使外磁路组件6产生交变磁场；所述交变磁场作用于所述动磁路组件7产生的恒定磁场，使动磁路组件7沿其轴向作直线运动，进而推动辐射膜板4来回振动，向外界辐射声场。

需要说明的是，动磁路组件7与辐射膜板4通过螺钉连接为一个整体，辐射膜板4外边缘的内侧和滚动密封圈组件2通过内压板3与螺钉固定在一起。此时，动磁路组件7、辐射膜板4和滚动密封圈组件2形成了一个整体结构，该结构与外磁路组件6安装，安装时，动磁路组件7嵌套入外磁路组件6内部，而滚动密封圈组件2外缘通过外压板1和螺钉与壳体8连接，使得动磁路组件7与外界密封隔离。滚动密封圈组件2有两个滚动圈26反方向粘合而成，为保证动磁路组件7在运动时受到的阻尼最小，可在形成的内部腔体中充油，如图2所示。

由此可见，本实施例提供的一种动磁式水下低频声源发射装置，通过电控接头向外磁路组件中输入交变电压信号，交变电压信号能够驱动外磁路组件产生相应的交变磁场，该交变磁场能够传递到动磁路组件上，与动磁路组件自身的恒定磁场产生相互排斥和吸引的作用，从而实现动磁路组件与外磁路组件之间的相对运动，并由动磁路组件带动辐射膜板向水中辐射声场；由此可见，本实施例的运动部件为辐射模板、滚动密封圈组件以及动磁路组件，而电控接头安装在外磁路组件上，则本实施例的运动部件无线缆直接连接，适装性好，避免了运动可能导致的对电控接头的损伤，提高了声源发射装置工作的可靠性；

此外，本实施例的声源发射装置外磁路部件和动磁路部件为两个独立的模块，结构紧凑，方便拆卸、安装和使用。

实施例二

基于以上实施例，本实施例对一种动磁式水下低频声源发射装置的外磁路组件和动磁路组件进行进一步说明。

首先对外磁路组件进行详细介绍。

参见图3，该图为本实施例提供的一种外磁路组件的结构示意图。所述外磁路组件6包括上盖板14、上线圈15、外导磁筒17、下线圈18、下盖板19以及底板20；

所述外导磁筒17为中空圆柱结构，且中部经径向延伸有环形隔板；

所述上盖板14和下盖板19均为环形面板，并分别安装在外导磁筒17的两端，从而分别将上线圈15和下线圈18封装在外导磁筒17的内部；其中，所述上线圈15和下线圈18完全相同，并分别安装在所述环形隔板的两侧；

所述底板20安装在下盖板19未与外导磁筒17接触的另一面，用于将上盖板14、上线圈15、外导磁筒17、下线圈18以及下盖板19形成的整体封装在壳体8的内部；其中，所述底板20上还开有安装孔，所述电控接头10设置在所述安装孔中，分别为上线圈15和/或下线圈18接入交变电压信号，其中，当电控接头10同时为上线圈15和下线圈18接入交变电压信号时，上线圈15和下线圈18的电压信号大小相同、方向相反。

需要说明的是，在对外磁路组件6进行具体装配时，首先将上线圈15和下线圈18固定在外导磁筒17中的环形隔板两侧，固定时可采用灌胶的方式处理，防止松动，上线圈15和下线圈18在制作时线径、绕线匝数等参数都要保持一致。在外导磁筒17的两端分别安装上盖板14和下盖板19，通过螺钉固定，则上线圈15和下线圈18固定在外导磁筒17与上盖板14、下盖板19形成的两个环槽内，并形成了一个整体组件，该整体组件又与底板20通过螺钉连接成一个整体。

可选的，在底板20的安装孔中还设置有o型密封圈11，用于实现电控接头10与底板20之间的密封，使得本实施例的声源发射装置可在水下通电工作。

需要说明的是，上线圈15和下线圈18同时通电时，交替接入方向相反和大小相等的电压信号，就会分别在两个线圈内部产生一定强度和方向的电磁场，该磁场直接受到输入电压信号大小和方向的影响，为保证形成的大部分磁力线在线圈外部围绕外导磁筒17、上盖板14、下盖板19和气隙形成闭环回路分布，外导磁筒17、上盖板14和下盖板19采用导磁率较高的材料制作。同时为防止磁场在外导磁筒17、上盖板14和下盖板19内部传递时产生磁滞效应，可选的，所述上盖板14、外导磁筒17以及下盖板19沿径向均开有两条以上宽度相同的通槽，且上盖板14、外导磁筒17以及下盖板19上的通槽相互对齐。

例如，参见图4，该图为本实施例提供的通槽开设示意图。所述通槽包括四条内圆周通槽和四条外圆周通槽，且内圆周通槽和外圆周通槽交替分布；其中，内圆周通槽起始于上盖板14、外导磁筒17以及下盖板19的内圆周，并经径向延伸；外圆周通槽起始于上盖板14、外导磁筒17以及下盖板19的外圆周，并经径向延伸。而两个线圈的线缆头部可通过这些凹槽穿出至电控接头10，该电控接头10通过螺钉固定在底板20上，这样外部的控制系统就可以通过电控接头10控制上线圈15和下线圈18中的工作电压，从而控制其形成的内部磁场大小及方向。

下面对动磁路组件7进行详细介绍。

参见图5，该图为本实施例提供的动磁路组件的结构示意图。所述动磁路组件7包括固定架21、上内导磁铁22、上永磁体23、下内导磁铁24以及下永磁体25；

所述固定架21为中空筒体，且筒体外表面开有两个环形凹槽；

所述上内导磁铁22和下内导磁铁24分别安装在两个凹槽中，同时，所述上永磁体23安装在上内导磁铁22的上方，所述下永磁体25安装在下内导磁铁24的上方；

所述上永磁体23和下永磁体25的产生的恒定磁场方向相反。

可选的，所述上内导磁铁22和下内导磁铁24均由两个半圆形结构的导磁铁构成；所述上永磁体23和下永磁体25均由四个1/4圆结构的磁体构成，且上永磁体23和下永磁体25的极化方向沿直径方向。

也就是说，固定架21上设计有两个环状的凹槽，在上凹槽的底部安装有上内导磁铁22，上内导磁铁22呈半圆形结构，每个凹槽安装有两块，并形成一个圆筒通过螺钉固定在固定架21。在凹槽的外部安装上永磁体23，上永磁体23呈1/4圆结构，且极化方向沿直径方向。每个凹槽采用4个上永磁体23形成一个圆安装在上内导磁铁22外，并与上内导磁铁22通过涂粘胶固定，外部用薄的胶带缠绕即可。由于上永磁体23极化方向沿径向，垂直于上内导磁铁22，为保证上永磁体23形成的大部分磁力线能够仍然沿径向传输，上内导磁铁22采用导磁率高的材料制作，固定架21采用非磁性材料制造，如铝合金、钛合金。下内导磁铁24和下永磁体25安装在固定架21的下凹槽内，结构与安装方式与上内导磁铁22，上内导磁铁22相同，其区别是上永磁体23和下永磁体25的磁场极化方向相反。

例如，参见图6，该图为本实施例提供的上永磁体和下永磁体的磁场极化方向示意图。由图6可知，上永磁体23的内表面为n极，外表面为s极，下永磁体25的内表面为s极，外表面为n极。

可选的，一种动磁式水下低频声源发射装置，还包括中心导磁筒16和滑动轴承5；

所述中心导磁筒16嵌套在动磁路组件7内部，且一端固接在底板20上；所述滑动轴承5固接在中心导磁筒16未与底板20固接的一端的内部；所述辐射模板4向壳体8内部延伸有杆状结构，且所述杆状结构伸入所述滑动轴承5的内部。

需要说明的是，底板20与中心导磁筒16通过螺纹连接，制造时为保证螺纹和装配精度，采用细牙螺纹加工，装配后中心导磁筒16与底板20面的垂直度越好，动磁路组件7运动时出现卡滞等现象的几率就越小。为保证线圈内部形成的气隙磁场小、磁力线集中，中心导磁筒16采用导磁率较高的材料制作。在中心导磁筒16的端部通过螺钉安装滑动轴承5。外磁路组件6在装配完成后，整体装入壳体8中，并通过o形圈9密封，为保证大部分磁力线在壳体内部形成闭环，壳体8的材料可选择无磁或磁阻比较大的材料制作。而辐射模板4的杆状结构伸入所述滑动轴承5的内部，能够使辐射模板4与动磁路组件7形成的整体保持良好的轴向运动。

可选的，一种动磁式水下低频声源发射装置，还包括气囊罩12和气囊组件13，且底板20上设有通孔；

所述气囊罩12安装在底板20的外侧；

所述气囊组件13安装在气囊罩12的内部，用于通过所述通孔向壳体8内部补充气体，使辐射模板4内表面和外表面的压力相同。

需要说明的是，本实施例的声源发射装置在水下工作时会受到水压作用，因此，在声源发射装置下水前，可以根据使用水深，向气囊组件13中充入一定压力的空气，使气囊内部的空气与壳体8内部腔室相通，使其在水中布放后，辐射膜板4内外的压力平衡；气囊罩12安装在气囊组件13的外部，并通过o形圈密封、螺钉与底板20紧固在一起。可选的，本实施例的声源发射装置能够在水下5-10m的深度范围内工作。

下面介绍本实施例提供的一种动磁式水下低频声源发射装置的工作原理：

先向下线圈18通正向的电压信号，由电磁感应的作用，在下线圈18形成的内部环状空间形成一定强度和方向的磁场，假设其方向与下永磁体25的方向相同，由于部分结构采用了磁导率较高的材料制作，磁感应线由下盖板19沿径向垂直穿入下永磁体25，垂直穿入下内导磁铁24，沿径向穿入中心导磁筒16，由于中心导磁筒16采用较高导磁率的材料制作，磁力线进入导磁筒16后，沿径向穿入固定架21中另一个凹槽内的上内导磁铁22，再沿径向穿入上面的上永磁体23，再垂直穿进上盖板14，并沿径向至外导磁筒17，由于外导磁筒17采用较高导磁率的材料制作，磁力线进入外导磁筒17后，将沿着轴向到另一端，并沿径向穿入下盖板19，此时，磁力线形成一个闭环回路。当上线圈15通负向的电压信号是，由电磁感应的作用，在上线圈15形成的内部环状空间形成与下线圈强度相同、且方向相反的磁场，此时方向与下永磁体25的方向相反，磁力线的闭环回路将沿着上述相反的方向分布。

例如，参见图7，该图为本实施例提供的下线圈通正向电压，上线圈通反向电压时声源发射装置的工作原理示意图。假设下线圈通正向电压时，下线圈左端为n极，右端为s极，而上线圈通反向电压时，上线圈左边为s极，右边为n极，则外导磁筒17受到两个线圈的磁化影响，环形隔板为n极；而在本实施例中，上永磁体23的内表面为n极，外表面为s极，下永磁体25的内表面为s极，外表面为n极，则环形隔板的n极将吸引上永磁体23，排斥下永磁体25，进而驱动动磁路组件6向右作轴向直线运动。

同理，参见图8，该图为本实施例提供的下线圈通反向电压，上线圈通正向电压时声源发射装置的工作原理示意图。此时，外导磁筒17受到两个线圈的磁化影响，环形隔板为s极，则环形隔板的s极将排斥上永磁体23，吸引下永磁体25，进而驱动动磁路组件6向左作轴向直线运动。

由此可见，两个线圈交替通电时，动磁路组件7将在内部往复运动，带动辐射膜板4向外振动辐射声场。当线圈的交变信号为正弦、随机或脉冲信号是，动磁路组件7也将在内部产生相应的正弦、随机或脉冲运动，是辐射膜板4形成响应的声学信号。

参见图9和图10，分别为本实施例提供的上线圈和下线圈只有其中一个通电时，声源发射装置的工作原理示意图。由图9和图10可知，单个线圈通电和两个线圈同时通电，驱动动磁路组件6作轴向直线运动的原理相同，本实施例对此不作赘述。

由此可见，本实施例提供的一种动磁式水下低频声源发射装置，工作时，由岸基控制器向电控接头10传输一定幅值的电压信号，该信号驱动上线圈15和下线圈18在内部交替产生相同强度且方向相反的螺线管电磁场，并产生的电磁力，与内部镶嵌的永磁体之间相互耦合，也就是与内部动磁路部件7上的上永磁体23、下永磁体25相互作用，该电磁力驱动动磁路部件7靠近上线圈15或下线圈18产生的电磁场中心位置；当控制电信号为交变通电时，产生的电磁力也为交变变化，因此，内部动磁路部件7就可在此交变电磁力的作用下，在线圈15或下线圈18产生的电磁场中心位置往复运动，从而带动辐射膜板4向水中辐射声场。

根据施加在上线圈15和下线圈18中电压信号类型的变化，产生的交变电磁力类型也随之变化，内部动磁路部件7在电磁力的作用下产生的相对运动类型和辐射的声场信号类型也与之对应，如该电压信号可为正弦信号、随机信号、脉冲信号等。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。