專利名稱：磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種二維柱形矢量水聽(tīng)器，特別是一種可以把在水中具有中性浮力的二維柱形矢量水聽(tīng)器懸浮于水中的裝置。
背景技術(shù)：
將小于聲波波長(zhǎng)的、在水中具有中性浮力的二維柱形矢量水聽(tīng)器置于水中測(cè)量點(diǎn)處，可以直接測(cè)量水介質(zhì)指點(diǎn)的振動(dòng)，此時(shí)矢量水聽(tīng)器將以水質(zhì)點(diǎn)的速度運(yùn)動(dòng)，并將這種運(yùn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，真實(shí)獲取水質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的方法。實(shí)際測(cè)量中，為使矢量水聽(tīng)器處于平衡狀態(tài)和避免被水流沖走，通常采用柔性懸掛元件將矢量水聽(tīng)器懸掛在某一框架上，懸掛元件一般為柔性較好的、耐海水的橡皮筋或是金屬?gòu)椈桑@樣的柔性懸掛元件的固有頻率一般在IOHz以下。對(duì)于工作頻帶為I-IOOHz的低頻矢量水聽(tīng)器來(lái)說(shuō)，柔性懸掛元件的固有頻率直接影響了矢量水聽(tīng)器的低頻測(cè)量，給測(cè)量結(jié)果造成一定的誤差。因此，柔性懸掛元件也被看成是矢量水聽(tīng)器的一個(gè)重要部件，應(yīng)充分對(duì)其進(jìn)行研究。近幾年國(guó)際上開(kāi)展了抗磁性磁懸浮及其實(shí)際應(yīng)用的研究，這項(xiàng)研究的最大優(yōu)勢(shì)在于無(wú)源條件下永磁體的完全無(wú)接觸懸浮，不需要任何外加輔助，被稱為真正意義上的懸浮。 1999年7月，A. K. Geim和M. D. Simon首次用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了用永久磁鐵實(shí)現(xiàn)抗磁性懸浮的可能性。之后國(guó)外已經(jīng)在無(wú)源抗磁性懸浮方面取得了一系列應(yīng)用研究成果。利用抗磁性物質(zhì)實(shí)現(xiàn)無(wú)源磁懸浮，在工程技術(shù)上具有重大的意義。在空氣中為了實(shí)現(xiàn)永磁體的懸浮，還另外需要用偏置磁體來(lái)平衡懸浮體的重力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、在水中使用方便的磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括二維柱形矢量水聽(tīng)器，所述二維柱形矢量水聽(tīng)器位于一個(gè)帶有側(cè)梁的剛性金屬柱形框架中，二維柱形矢量水聽(tīng)器的兩個(gè)端面上帶有抗磁性石墨片，剛性金屬柱形框架的每根側(cè)梁上鑲嵌兩個(gè)永久磁鐵，兩個(gè)永久磁鐵之間的間距等于二維柱形矢量水聽(tīng)器的兩個(gè)端面上的抗磁性石墨片之間的間距，各側(cè)梁上部的永久磁鐵位于同一平面上、各側(cè)梁下部的永久磁鐵也位于同一平面上、且兩個(gè)平面平行。本發(fā)明還可以包括所述二維柱形矢量水聽(tīng)器是圓柱形矢量水聽(tīng)器，所述帶有側(cè)梁的剛性金屬柱形框架是圓柱形框架，所述側(cè)梁均勻分布在圓柱體側(cè)表面。所述側(cè)梁為4根。剛性金屬柱形框架的上、下端面分別有四個(gè)與設(shè)備連接固定用的圓孔。位于同一平面的永久磁鐵的相同磁極均指向平面中心。本發(fā)明是一種不依靠其他外力僅用磁力使具有中性浮力的矢量水聽(tīng)器在水中懸浮，這種無(wú)接觸懸掛方式可以使矢量水聽(tīng)器不受任何束縛，從而自由浮動(dòng)，也不會(huì)對(duì)矢量水聽(tīng)器的工作頻帶產(chǎn)生影響。本發(fā)明將兩片抗磁性石墨片粘貼在二維柱形矢量水聽(tīng)器的兩個(gè)端面，因?yàn)槭拿芏缺容^小，在設(shè)計(jì)時(shí)很容易達(dá)到矢量水聽(tīng)器的整體平均密度接近水介質(zhì)密度的要求。當(dāng)該柱形矢量水聽(tīng)器處于八個(gè)永久磁鐵的磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)受到輕微的排斥力。因?yàn)榘藗€(gè)永久磁鐵分別與兩石墨片處于同一平面，石墨片受到均勻的徑向排斥力，所以實(shí)現(xiàn)了具有中性浮力的柱形矢量水聽(tīng)器在水中的完全無(wú)接觸的穩(wěn)定懸浮。矢量水聽(tīng)器受到聲信號(hào)作用時(shí)，會(huì)在金屬框架中的徑向平面上自由運(yùn)動(dòng)，完成二維信號(hào)的測(cè)量，而無(wú)信號(hào)作用時(shí)，就會(huì)處于穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。本發(fā)明的理論基礎(chǔ)依舊是同振柱形矢量水聽(tīng)器設(shè)計(jì)的理論，也就是如果聲學(xué)剛硬柱體的幾何尺寸遠(yuǎn)小于聲波波長(zhǎng)，且平均密度與水介質(zhì)相同，則其在水中聲波的作用下做自由運(yùn)動(dòng)時(shí)，剛硬柱體的振動(dòng)速度等同于聲場(chǎng)中柱體幾何中心處水質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度，因此柱形矢量水聽(tīng)器可以獲得聲場(chǎng)中水質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用抗磁性材料——石墨片作為二維柱形矢量水聽(tīng)器的兩個(gè)端面，構(gòu)成在水中零浮力的矢量水聽(tīng)器，并將其置于帶有永久磁鐵的剛性框架中，利用抗磁性材料與永久磁鐵之間的排斥力，達(dá)到了柱形矢量水聽(tīng)器在水中完全無(wú)束縛穩(wěn)定懸浮的目的，解決了低頻(小于IOHz)情況下，柔性懸掛元件對(duì)矢量水聽(tīng)器影響的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了矢量水聽(tīng)器在低頻、甚低頻范圍的進(jìn)一步應(yīng)用。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于工程實(shí)現(xiàn)，可以廣泛應(yīng)用于水聲領(lǐng)域。


附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述在設(shè)計(jì)制作懸置于剛性金屬柱形框架1內(nèi)的柱形矢量水聽(tīng)器3時(shí)，在柱形矢量水聽(tīng)器的兩個(gè)端面分別粘貼石墨片4。然后根據(jù)柱形矢量水聽(tīng)器3的高度，在剛性金屬柱形框架1的四個(gè)側(cè)梁5上對(duì)稱地鑲嵌八個(gè)永久磁鐵2，使八個(gè)永久磁鐵2與兩個(gè)石墨片4分別處在兩個(gè)平行平面上，八個(gè)永久磁鐵2的同一磁極均指向所在平面的中心。在剛性金屬柱形框架1的上下兩個(gè)端面分別對(duì)稱地留有四個(gè)螺紋孔6，便于與水聲設(shè)備的連接。在水中將剛性金屬柱形框架1固定到水聲設(shè)備后，緩慢將柱形矢量水聽(tīng)器3置于剛性金屬柱形框架1內(nèi)，直至柱形矢量水聽(tīng)器3穩(wěn)定懸浮于剛性金屬柱形框架1中。所述二維柱形矢量水聽(tīng)器是圓柱形矢量水聽(tīng)器，所述帶有側(cè)梁的剛性金屬柱形框架是圓柱形框架，所述側(cè)梁均勻分布在圓柱體側(cè)表面。
權(quán)利要求
1.一種磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器，包括二維柱形矢量水聽(tīng)器，其特征是所述二維柱形矢量水聽(tīng)器位于一個(gè)帶有側(cè)梁的剛性金屬柱形框架中，二維柱形矢量水聽(tīng)器的兩個(gè)端面上帶有抗磁性石墨片，剛性金屬柱形框架的每根側(cè)梁上鑲嵌兩個(gè)永久磁鐵，兩個(gè)永久磁鐵之間的間距等于二維柱形矢量水聽(tīng)器的兩個(gè)端面上的抗磁性石墨片之間的間距，各側(cè)梁上部的永久磁鐵位于同一平面上、各側(cè)梁下部的永久磁鐵也位于同一平面上、且兩個(gè)平面平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器，其特征是位于同一平面的永久磁鐵的相同磁極均指向平面中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器，其特征是所述二維柱形矢量水聽(tīng)器是圓柱形矢量水聽(tīng)器，所述帶有側(cè)梁的剛性金屬柱形框架是圓柱形框架，所述側(cè)梁均勻分布在圓柱體側(cè)表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器，其特征是所述側(cè)梁為4根。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器，其特征是所述側(cè)梁為4根。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器，其特征是剛性金屬柱形框架的上、下端面分別有四個(gè)與設(shè)備連接固定用的圓孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器，其特征是剛性金屬柱形框架的上、下端面分別有四個(gè)與設(shè)備連接固定用的圓孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器，其特征是剛性金屬柱形框架的上、下端面分別有四個(gè)與設(shè)備連接固定用的圓孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器，其特征是剛性金屬柱形框架的上、下端面分別有四個(gè)與設(shè)備連接固定用的圓孔。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種磁懸浮二維柱形矢量水聽(tīng)器。包括二維柱形矢量水聽(tīng)器，所述二維柱形矢量水聽(tīng)器位于一個(gè)帶有側(cè)梁的剛性金屬柱形框架中，二維柱形矢量水聽(tīng)器的兩個(gè)端面上帶有抗磁性石墨片，剛性金屬柱形框架的每根側(cè)梁上鑲嵌兩個(gè)永久磁鐵，兩個(gè)永久磁鐵之間的間距等于二維柱形矢量水聽(tīng)器的兩個(gè)端面上的抗磁性石墨片之間的間距，各側(cè)梁上部的永久磁鐵位于同一平面上、各側(cè)梁下部的永久磁鐵也位于同一平面上、且兩個(gè)平面平行。本發(fā)明無(wú)接觸懸掛方式可以使矢量水聽(tīng)器不受任何束縛，從而自由浮動(dòng)，也不會(huì)對(duì)矢量水聽(tīng)器的工作頻帶產(chǎn)生影響。
文檔編號(hào)G01H11/06GK102564565SQ20121001098
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月14日
發(fā)明者周宏坤, 楊德森, 洪連進(jìn) 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)