一种双驱动超低频振动系统及其使用方法与流程

：本发明属于超低频振动系统，具体涉及一种双驱动超低频振动系统及其使用方法。

背景技术

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背景技术：

1、海洋中传播着各种来源于不同自然声源的声波，其中由海洋运动、地震等引起的甚低频水下声、频率低至0.01hz以下。为了对海洋中声波特性进行研究或利用声波在海洋中的传播特性来探索、开发海洋或研究气候都必须对海洋中的超低频信号进行测量。

2、为了保证这种测量的准确有效，必须对超低频水声设备预先进行校准。这样就需要建立超低频水声声压校准系统，对水听器超低频范围内的声压灵敏度进行校准。。

3、由于在超低频段产生可测声压所需声源振动幅度相当大，所以在超低频测量水听器的校准中利用普通的方法产生水中超低频信号是非常困难的。

4、要形成超低频水声声压场，亟需研制超低频振动系统，以满足超低频段校准的需要。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种双驱动超低频振动系统及其使用方法，该双驱动超低频振动系统壳用于在超低频频率范围内精确校准水听器的声压灵敏度，满足超低频段校准的需要。

2、本发明的技术解决方案是，提供一种双驱动超低频振动系统,用于在0.001hz～0.1hz频率范围内精确校准水听器的声压灵敏度，该系统包括测量水腔、控制盒、振动机构、开口容器；

3、测量水腔，其包括圆筒状的腔体，腔体底端密封连接有换能器安装座，换能器安装座上设有换能器，腔体中注满水，腔体的顶端密封连接有水腔盖，水腔盖)上贯穿设有水听器，水听器下端向下延伸，水听器与水腔盖之间水密连接；

4、控制盒，控制盒内设有伺服电机驱动器、空气开关，控制盒上还设有bnc插头、开关；

5、振动机构，设于控制盒上，其由伺服电机组件、差速齿轮组件、简谐运动组件组成，其中，伺服电机组件有两组，分别包括安装板、伺服电机和第一齿轮，第一齿轮与伺服电机的输出轴连接，伺服电机通过安装板固定在控制盒上；差速齿轮组件由轴承座组件、主轴、第二齿轮、行星轴、锥齿轮组成，行星轴从主轴连接孔中垂直贯穿并固定连接，行星轴的两端分别连接有锥齿轮，并用固定盖和螺钉固定，主轴的两端也分别连接有锥齿轮且主轴两端的锥齿轮与行星轴上的锥齿轮分别啮合，主轴两端还分别连接有第二齿轮，第二齿轮与主轴同一端的锥齿轮固定连接，主轴28两端端部还分别与轴承座组件(轴承座组件包括轴承座、端盖、轴承盖)连接，第二齿轮分别与两组伺服电机组件中的第一齿轮啮合；简谐运动组件由固定框、偏心轮、连接杆、接头和导向轴组成，偏心轮与差速齿轮组件的主轴过盈配合，导向轴与固定框顶板滑动连接，导向轴下端贯穿固定框顶板并深入固定框中与接头连接，连接杆的两端分别连接偏心轮与接头；

6、开口容器，开口容器下端设有连杆，连杆与导向轴上端连接，开口容器通过连通管与测量水腔连通，开口容器内装有水。

7、伺服电机通电转动以后，将开口容器上下移动产生的压力变化传导到测量水腔，并在密闭的测量水腔内形成一个交变压力的超低频水声声压场；通过调节伺服电机的旋转速度，可以控制声场的交变压力变化的频率，以满足水听器超低频段声压灵敏度校准的需要。

8、由于超低频水中声波具有波长长和振动幅度大的特点，因此，可以通过周期性变化被测水听器在自由水表面下的深度来得到这种交变的静水压力，从而对水听器进行校准。

9、为降低噪音，第一齿轮采用pom材料加工，且模数尽可能小。工作时，来自信号发生器的驱动信号输入至伺服电机驱动器，经放大后，以脉冲电流驱动伺服电机23，伺服电机带动第一齿轮转动，第一齿轮再啮合至差速齿轮组件。

10、为降低噪音，第二齿轮、锥齿轮都采用pom材料加工。工作时，伺服电机高速平稳运行，经差速齿轮组件，可将主轴的转动频率降低至双驱动超低频振动系统所需要的频率。采用双伺服电机差动输出的方法是为了能使在伺服电机高速运转的条件下达到低频运动，以保证低频周期运动的平滑性。

11、工作时，主轴的旋转运动输出到偏心轮，偏心轮带动连接杆、导向轴把旋转运动转换成垂直直线简谐运动。

12、作为优选，腔体由不锈钢材料加工而成，腔体的厚度为50mm，此时测量水腔中声速约为1421m/s。

13、作为优选，水腔盖上具有至少一个台阶孔，水听器通过柱塞与台阶孔密封连接并用压板和蝶形螺钉固定。设置多个台阶孔可以适配不同尺寸的水听器，小柱塞可以夹持小尺寸水听器，大柱塞可以夹持大尺寸水听器，并且可以根据水听器尺寸大小加工不同尺寸的柱塞，这样就可以拓展双驱动超低频振动系统的使用范围。

14、作为优选，偏心轮上加工有不同偏心距的螺纹孔，用于跟连接杆连接。这样可实现不同的垂直直线简谐运动振幅，进而可以使测量水腔内达到不同的交变静水压。

15、作为优选，连接杆两端嵌有轴承，连接杆的两端分别通过轴承连接偏心轮与接头。这样可有效降低振动机构运动过程中的冗余振动与噪声。

16、作为优选，导向轴的轴截面呈方形，可防止导向轴在运动过程中旋转，从而只能上下运动。

17、作为优选，连接杆通过套管与导向轴上端连接，连接杆与套管上端螺纹连接，套管下端与导向轴上端螺纹连接。

18、作为优选，导向轴上上套设有可滑动的螺母块，螺母块与固定框顶板固定连接。

19、作为优选，套管上下两端及侧面都加工有螺纹孔，上下两端分别与开口容器、导向轴连接，侧面螺纹孔与一个固定螺钉配合，用于开口容器的锁紧固定。

20、本发明还提供一种上述的双驱动超低频振动系统的使用方法，按如下操作，开启开关，来自信号发生器的频率分别为f1和f2的驱动信号通过bnc插头输入至伺服驱动器，经放大后，分别以频率为f1、f2的脉冲电流驱动两个伺服电机，两个伺服电机同型号设置，每个脉冲信号可以驱动伺服电机旋转0.36°；两个伺服电机同时各自驱动两个第一齿轮旋转，带动两个第一齿轮分别以v1＝f1×0.36°和v2＝f2×0.36°的角速度旋转；两个第一齿轮同时啮合至差速齿轮组件，使得差速齿轮组件的输出轴以的角速度回转，并输出到简谐运动组件，通过简谐运动组件把回转运动转换成垂直直线简谐运动；因此，与伺服电机的驱动脉冲频率联系起来，就可以得到垂直简谐运动的频率为：

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22、伺服电机驱动脉冲频率f1和f2可在伺服电机驱动器所允许的技术指标范围内任意选取。但为了使伺服电机运行得更平稳，f1和f2可以取得高些。这里所以采用双伺服电机差动输出的方法就是为了能使在伺服电机高速运转的条件下达到低频运动，以保证一低频周期运动的平滑性。例如，取f2＝600hz，f1＝400hz，可得f＝0.1hz的垂直简谐运动频率，此时测量水腔2内的交变静水压的频率即为0.1hz。

23、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

24、1、采用双伺服电机驱动，配合差速齿轮机构，运行稳定；

25、2、该振动系统可用于在超低频范围内精确校准水听器的声压灵敏度，冗余振动小，噪声低；

26、3、测量水腔开有至少一个测量接口，可以对不同尺寸的水听器进行校准，适应性更强，使用范围更广；

27、4、伺服电机驱动器、空气开关等控制部件集成在振动机构底座内，外观更加美观。