音控瀑布、喷泉、灯光系统的制作方法

文档序号:43011178发布日期:2025-09-16 04:05阅读:39来源:国知局

本实用新型是一种供公众观赏用的音控瀑布、喷泉装置。

目前在使用的音控瀑布、喷泉、灯光系统,其喷水装置是由电机拖动水泵恒速旋转,而在水泵出水管道处并联安装了若干个电磁阀,每个电磁阀分别配有一个电平检测器,使用时,靠音响控制器中的电平检测器随时检测播音设备输出的音乐电平强弱,并控制电磁阀的开启或关闭数目,使管道中水流的压强和流量发生变化,来实现喷泉的扬程和瀑布的流量随音乐节奏不停起伏变化的。其灯光和工作泵的数量以及灯光和水泵互相间的组合变化是采用时间继电器自动循环控制的,与音乐节目变化无关。

上述音控瀑布、喷泉、灯光系统有以下不足之处:

(1)因为音乐信号变化快,电磁阀机械的开启或关闭动作很难与之同步,故该系统控制灵敏度差,反应慢。

(2)这种控制方法,其出水控制是有级的,因而使瀑布的流量和喷泉的射程不能按比例连续平滑的变化。

(3)电磁阀在起动时,其电流很大,频繁的起动容易引起电磁阀发热,甚至烧毁,此外电磁阀迅速频繁的启闭,存在水击现象,则管道和电磁阀需承受很大的水流冲击力,容易损坏,致使系统运行可靠性差。此外电磁阀工作时噪声大。

(4)由于采用多个电磁阀并联,不仅电气控制线路复杂,而且其水管管路也相应复杂,相应地水泵房占地面积大,投资高。

(5)耗电费。

(6)由于灯光及工作水泵的数量以及灯光和水泵间的互相组合是由时间继电器控制的,而与音乐节目无关,所以这些变化与音乐节目不同步、不协调。

本实用新型的目的旨在促进上述这些问题的解决,创造一种控制、结构简单、其瀑布流量、喷泉扬程随音乐节奏同步连续平滑变化的,灯光和工作水泵的数量以及它们之间的互相组合变化同音乐节目变化同步协调、运行可靠、经济性好的瀑布、喷泉、灯光系统。

本实用新型的解决方案是把由播音设备输出的音频信号一路输入音控调速控制器,其输出的受音频信号强弱控制的可变电压供给拖动水泵旋转的调速电机改变转速,以改变水泵的流量和扬程,在喷咀处获得一个随音乐节奏同步变化的瀑布、喷泉;另一路输入音乐节目继电器,其输出供给控制灯光及电机电路通断的接触器开启或闭合,以实现随音乐节目变化来控制灯光及工作水泵的数量以及灯光和水泵间的相互组合变化。根据需要,当不要求用音乐节目变化来控制灯光及工作水泵的数量以及它们之间的相互组合变化时,也可以不采用音乐节目继电器,这时播音设备输出的音频信号仅仅输入音控调速控制器,通过音控调速控制器去改变调速电机及被拖动水泵的转速,以实现音控喷水。

本实用新型由于采用调速电机控制水泵转速来实现音控喷水的,它不需要电磁阀,因而克服了采用电磁阀控制所带来的一系列问题。本系统跟随特性好,反应迅速,其瀑布、喷泉能随音乐节奏同步连续平滑地变化,采用了音乐节目继电器,又使灯光和水泵间的互相组合即灯光和瀑布,喷泉的互相组合变化与音乐节目同步协调,由于省去了电磁阀,不仅使管路安装变得简单,使其水泵房面积相应缩小,基建投资大为降低,而且消除了水击现象,避免了由于水击而引起的水管破裂,使系统运行可靠,此外,由于省去了电磁阀,又根据水泵轴功率与转速三次方成正比,当音乐信号较弱,转速较低时,相应地输入功率也小,可见本系统还能节省电能。

本实用新型有如下附图。

图1为音控瀑布、喷泉、灯光系统的框图;图2为采用电磁调速异步电机实现音控喷水的实施例;图3为音乐节目继电器电路图。

为了便于理解本实用新型的构成,下面结合图1加以说明。

由播音设备1输出的音频信号一路输入音控调速控制器2,该音控调速控制器可以由音频整流电路2A和与调速电机相配合的调速装置2B组成,输入的音频信号经音频整流电路整流后,获得一个与音频信号成比例的音控电压,该音控电压输入调速电机的调速装置,其输出的随音频信号大小变化的可变电压供给调速电机3改变转速调速电机拖动水泵4一起旋转,因而水泵的转速也随音乐信号的强弱发生变化,由于水泵的流量和扬程分别和转速的一次方、二次方成正比,因此在喷咀处获得的瀑布流量和喷泉扬程是随音乐节奏的强弱而变化的。由播音设备1输出的音频信号另一路输入音乐节目继电器5,该音乐节目继电器包括音频检波及RC充放电电路5A,射极跟随器5B,电平比较器5C,计数器5D,译码器5E,驱动电路5F,输入的音频信号经音频检波及RC充放电电路后,输入实行阻抗变换的射极跟随器,其输出端接电平比较器的输入端,由电平比较器输出的触发脉冲供给计数器,使计数器内的触发器翻转以改变计数状态,其输出端接译码器输入端,通过译码器翻译成相应的输出信号输入驱动电路,由驱动电路控制各组接触器6的开启或闭合,去改变灯光及电机电路通断情况,从而也就改变了灯光及工作水泵的数量以及它们之间的互相组合变化。

本实用新型所采用的音控调速控制器,可以利用已有技术与各调速电机相配合的各类可控硅调速装置改装而成,因为各种调速装置总含有一个给定电压电路,在给定电压电路内有个用于调节输出转速的电位器,改装时,只要把该电位器的滑动触头接线断开,串入音频整流电路即可,串入时,如果使音频整流电路输出的音控电压和给定电压同极性迭加时,则转速随音频信号增强而升高,反之,如果使二电压反极性迭加,则转速随音频信号的增强而降低。为了使电机转速响应加快,一般可以把调速装置中的RC微分负反馈环节拆除。

本实用新型的调速电机可取用各种电机调速,如电磁调速异步电机改变其电磁滑差离合器的激磁调速,直流电机变电源电压调速,三相绕线式异步电机串电势调速,变频调速等等。

由于电磁调速异步电机所需的控制功率小,实施方便,它无电刷装置,不会产生电火花干扰,所以一般采用电磁调速异步电机。

为了具体阐述使用实例,下面结合图2,图3加以说明。

图2所用的调速电机是电磁调速异步电机,其音控调速控制器是利用电磁调速异步电机的出厂附件ZKT-1型调速装置改装的,电磁调速电机的调速装置2B包括给定电压电路,测速负反馈电路、移相触发电路、可控硅整流电路和(RC)电压微分电路。改装时,把该调速装置中的RC电压微分电路去掉,把给定电压电路的电位器R10的滑动触头连接线断开,然后把音频整流电路2A串接进去,即把其输出端A、B两端接入连线断开处,串接时,对调A、B两端,就可实现把音频整流电路输出的音控电压和给定电压同极性迭加或反极性迭加。图2中的音频整流电路由限流电阻R21,隔离变压器B21,整流二极管D21,D22,电容C21和电位器R22组成。输入的音频信号经限流电阻,隔离变压器付边输出,输到整流二极管整流,再经整流二极管输出端并联的电容、电位器充放电后在A、B二端输出,由于R22C21的充放电时间常数直接关系到喷泉跟随响应的同步性,为了加快电机过渡过程,则电容C21,电位器R22值的选取,应使其R22C21充放电时间常数τ略小于电机和水泵的机电时间常数τ′,取τ=0.01~0.5秒。

其音频整流方式可以采用半波整流,也可以采用全波整流。隔离变压器可以采用普通半导体收音机的输出变压器。

播音设备输出的音频信号自F点输入音控调速控制器的音频整流电路2A,其输出的与音频信号成比例的音控电压和调速装置中给定电压电路在R10取出的给定电压迭加,并与检测调速电机转速的测速负反馈电路在R9输出的测速负反馈电压进行比较后,作为控制信号加到移相触发电路的晶体管BG21的基极和发射极,以改变BG21的内阻,使触发脉冲自动移相,去控制可控硅T1的导通角,得到可变电压,音控调速控制器把输出的随音乐节奏强弱而变化的可变直流电压供给电磁转差离合器3B激磁以控制被拖动的水泵4的转速。

工作过程,当电磁调速电机3接通380伏三相交流电源时,其异步电动机3A以恒定转速旋转,而电磁转差离合器3B和水泵4仍保持静止不动,当音控调速控制器接通220伏交流电源时,则电磁滑差离合器获得一个励磁电流,开始拖动水泵一起旋转,调节给定电压电路中的电位器R10,可以得到一个初始转速和稳定的流量和扬程,如此时再输入一个音频信号,这时音控调速控制器输出的电压随音频信号大小而变,使电磁转差离合器的激磁电流也不断随音频信号大小而变,水泵的转速也跟随着发生变化。

下面以图3为例,对本实用新型的音乐节目继电器加以说明。

音频信号电压Vi自E点输入,经整流二极管D51检波及R52C51充放电路后,其输出接到实行阻抗变换的射极跟随器BG8的基极,其发射极输出送到由TTL与非门组成的施密特触发器,该触发器的门Ⅰ,门Ⅱ交叉耦合,D52为电平偏移二极管,R54、R55为分压电阻,门Ⅱ输出的V02接到构成二进制加法计数器的第一级D触发器的CP端,在音控喷泉系统中,一般取2位或3位二进制计数器已足够了,现以取3位二进制计数器为例,D触发器的连接方式是前一级的Q端接到下一级的CP端,其D、Q端相连,而Q与Q端接到与门译码器,计数器采用3位二进制,则共有8种不同组合,可有8个输出端Z0~Z7,该8个输出端分别接到驱动电路的BG0~BG7的基极,其集电极接继电器J0~J7,通过继电器去控制接触器的开闭状态。

电平比较器可采用施密特触发器,其门Ⅰ,门Ⅱ可用各种型号的TTL或者CMOS与非门小规模集成电路,计数器中的触发器也可采用JK触发器或T触发器,而译码器可用TTL或者CMOS的正与门小规模集成电路。

工作时,假使当一首乐曲停止时,则音频信号电压Vi=0,这时电容C51的电压VC通过电阻R52和BG8放电,电容电压VC下降,BG8发射极的输出电压VE也跟随下降,此时门Ⅰ截止,门Ⅱ导通。当下一首乐曲开始时,音频信号电压(一般为4~6))通过整流管D51向电容C51充电,电容电压VC上升,BG8发射极的输出电压VE也跟随上升,当VE上升到门槛电压VT时,则门Ⅰ的2输入端电压V′E仍低于VT,门Ⅰ仍处于截止状态,当VE升高到使V′E=VT时,门Ⅰ开始导通,并引起正反馈,使电路迅速翻转到门Ⅰ导通,门Ⅱ截止状态,门Ⅱ由低电平升到高电平时,它就向D触发器送入触发脉冲,使D触发器翻转以改变计数器的计数状态,通过译码器翻译成相对应的输出信号,经驱动电路吸合相应的继电器去控制接触器的关闭状态,以后不管音乐信号如何变化,因为V′E已由V02维持在高电平,只要跟随VC的VE>VT,电路状态就不会改变,则接触器开闭状态不变,只有当音乐节目改变时,以致使跟随VC的VE下降到VT以下时,门Ⅰ才开始截止,并产生正反馈,使电路迅速返回到门Ⅰ截止,门Ⅱ导通。只有当音乐节目又重新开始时,电路又恢复以上过程。由此可见,通过音乐节目继电器去控制各组接触器的开启或关闭,可以改变灯光和工作水泵的数量以及它们之间的互相组合变化,如采用3位2进制计数器,则播放8首节目,变化自动循环一次。

音乐节目继电器RC充放电电路的C51、R52和BG8的输入电阻间的充放电时间常数取2~5秒,因为时间常数过短时,遇到音乐信号稍有停顿就会发生误动作,过长,则容易发生音乐节目改变而不动作。

音乐节目继电器也可以很方便地改成时间继电器,只要用无稳态电路去代替音频检波及RC充放电电路,射极跟射器,电平比较器即可,如果在第一级D触发器的输入端,装一只开关,利用开关或接通门Ⅱ输出端或接通无稳态电路输出端,就可实现节目控制或时间控制二种功能。

本实用新型的一个实例,是采用一台22KW的电磁调速异步电机拖动一台4PW型水泵,在0~3伏音频信号电压控制下,当水泵转速在750~1250转/分范围内变化时,其扬程在6.5~18m,对应的流量在23~38升/秒之间无级变化。

另一实例,是采用一台4KW的电磁调速电机拖动一台21/2PW型水泵,瀑布出水口至水池的位置高度5.5m,在0~3伏音频信号电压控制下,当水泵转速在870~1200转/分范围内变化时,对应的流量在0~14升/秒之间变化。如用于喷泉,当水泵转速在600~1200转/分范围内变化时,其扬程在1.6~7m间,对应的流量在7~13升/秒间变化

本实用新型瀑布的流量和喷泉的扬程随音乐强弱变化又快又明显,而水泵房面积较电磁阀控制可缩小一半以上,成本仅是电磁阀控制的1/5左右。

对于现有的一般普通的瀑布、喷泉系统只需将电机改成调速电机即可实现本发明。

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