專利名稱：一種方位可調(diào)的高頻變低頻聲波發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲波探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是發(fā)射方位可調(diào)的高頻變低頻聲波的發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
聲波探測技術(shù)以其非接觸、高穿透性、方便性等優(yōu)點(diǎn)在工程探測領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。在聲波探測工程技術(shù)領(lǐng)域中進(jìn)行遠(yuǎn)距離高指向性的聲波發(fā)射一直是一個難點(diǎn)，高頻聲波指向性強(qiáng)，但在空氣中衰減嚴(yán)重而難以進(jìn)行遠(yuǎn)距離發(fā)射和傳播；低頻聲波在空氣中衰減相對較小但有較強(qiáng)的發(fā)散特性。高頻變低頻聲波發(fā)射技術(shù)能夠在一定程度上使聲波既具有高指向性特性又具有低衰減特性，可實(shí)現(xiàn)聲波的遠(yuǎn)距離定向發(fā)射，在聲波探測技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。已有的聲學(xué)參量陣在一定條件下可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高指向性高頻聲波的發(fā)射功能，并在發(fā)射方向的某一位置產(chǎn)生低頻的聲波，但是目前還沒有一種與之配套的可用于定向聲波多方位發(fā)射的裝置，本發(fā)明正是針對這一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行展開的。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于克服目前尚無專用的可用于定向聲波多方位發(fā)射裝置方面的問題，提供一種方位可調(diào)的高頻變低頻聲波發(fā)射裝置，可實(shí)現(xiàn)對一個區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波的發(fā)射。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種方位可調(diào)的高頻變低頻聲波發(fā)射裝置，包括計算機(jī)、信號處理器、聲學(xué)參量陣、電機(jī)控制模塊和轉(zhuǎn)動平臺，所述計算機(jī)依次通過導(dǎo)線連接所述信號處理器和所述聲學(xué)參量陣，構(gòu)成聲波發(fā)射系統(tǒng)；所述轉(zhuǎn)動平臺通過導(dǎo)線連接所述電機(jī)控制模塊和所述計算機(jī)，構(gòu)成方位調(diào)整系統(tǒng)；所述聲學(xué)參量陣安裝在所述轉(zhuǎn)動平臺上，實(shí)現(xiàn)繞Y軸及繞Z軸兩個方向的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動平臺由繞Y軸及繞Z軸旋轉(zhuǎn)的兩個組件構(gòu)成，繞Y軸旋轉(zhuǎn)為副運(yùn)動，只需要具有精確的角度定位能力；繞Z軸旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，不僅需要具有精確的角度定位能力，還需要具有連續(xù)的旋轉(zhuǎn)和正反轉(zhuǎn)運(yùn)動能力，根據(jù)所需要完成的運(yùn)動的不同，繞Y軸旋轉(zhuǎn)組件及繞Z軸旋轉(zhuǎn)組件分別采用如下結(jié)構(gòu)
繞Y軸旋轉(zhuǎn)組件包括第一伺服電機(jī)、第一帶座軸承塊、旋轉(zhuǎn)臂、第二帶座軸承塊、帶座軸承安裝塊、轉(zhuǎn)動桿和平衡塊，其中所述旋轉(zhuǎn)臂安裝所述聲學(xué)參量陣，所述第一帶座軸承塊通過焊接固定在所述轉(zhuǎn)動桿一端，所述帶座軸承安裝塊通過焊接固定在所述轉(zhuǎn)動桿同一端，所述第一伺服電機(jī)用螺栓固定在所述第一帶座軸承塊上，所述第一伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸穿過所述旋轉(zhuǎn)臂；在旋轉(zhuǎn)臂上的螺孔內(nèi)擰入緊定螺栓，保證所述旋轉(zhuǎn)臂與所述第一伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸間固定可靠，所述第二帶座軸承塊套在所述第一伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸上與所述帶座軸承安裝塊通過螺栓固定；所述平衡塊用螺栓安裝在所述轉(zhuǎn)動桿另一端，用于平衡所述聲學(xué)參量陣和所述第一伺服電機(jī)的重量，所述轉(zhuǎn)動桿通過螺栓固定在第一轉(zhuǎn)軸上； 繞Z軸旋轉(zhuǎn)組件包括第一轉(zhuǎn)軸、法蘭型滾珠軸承組件、第一同步帶輪、安裝罩、安裝底座、第一向心滾子軸承、第二向心滾子軸承、第二同步帶輪、帶法蘭滾珠軸承、雙膜片聯(lián)軸器、第二伺服電機(jī)和第二轉(zhuǎn)軸；所述第一轉(zhuǎn)軸從上至下依次安裝所述轉(zhuǎn)動桿、所述法蘭型滾珠軸承組件、所述第一同步帶輪以及所述第一向心滾子軸承，所述法蘭型滾珠軸承組件通過法蘭上的螺孔固定在所述安裝罩上，所述第一向心滾子軸承外圈嵌入所述安裝底座中，所述第二伺服電機(jī)通過螺栓固定在所述安裝罩上，所述第二伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與所述第二轉(zhuǎn)軸通過雙膜片聯(lián)軸器連接，所述第二轉(zhuǎn)軸從上至下依次安裝所述帶法蘭滾珠軸承、所述第二同步帶輪和所述第二向心滾子軸承，所述帶法蘭滾珠軸承外圈嵌入所述安裝罩中的孔內(nèi)，所述第二同步帶輪與所述第一同步帶輪安裝在同一高度構(gòu)成一組同步帶輪，所述第二向心滾子軸承外圈嵌入所述安裝底座中，所述安裝罩分為對稱的兩部分，分別通過螺栓與所述安裝底座固定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明設(shè)計了一種方位可調(diào)的高頻變低頻聲波發(fā)射裝置，可以通過計算機(jī)控制聲學(xué)參
量陣的朝向，解決了目前尚無可用于遠(yuǎn)距離多方位定向聲波發(fā)射的裝置的問題，在聲波探測領(lǐng)域具有一定的實(shí)際意義。選用伺服電機(jī)作為驅(qū)動元件可以有效的控制轉(zhuǎn)向的精度，保證高頻變低頻的聲波可以到達(dá)探測區(qū)域的任意位置。


圖1是本發(fā)明的方位可調(diào)的高頻變低頻聲波發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)示意 圖2是聲學(xué)參量陣及其轉(zhuǎn)動平臺 圖3是繞Y軸旋轉(zhuǎn)組件局部視 圖4是繞Y軸旋轉(zhuǎn)組件剖視 圖5是繞Z軸旋轉(zhuǎn)組件局部視 圖6是繞Z軸旋轉(zhuǎn)組件剖視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖論述如下
實(shí)施例一
參見圖1，一種方位可調(diào)的高頻變低頻聲波發(fā)射裝置，包括計算機(jī)101、信號處理器102、聲學(xué)參量陣103、電機(jī)控制模塊104和轉(zhuǎn)動平臺105，所述計算機(jī)101依次通過導(dǎo)線連接所述信號處理器102和所述聲學(xué)參量陣103，構(gòu)成聲波發(fā)射系統(tǒng)；所述轉(zhuǎn)動平臺105通過導(dǎo)線連接所述電機(jī)控制模塊104和所述計算機(jī)101，構(gòu)成方位調(diào)整系統(tǒng)；所述聲學(xué)參量陣103安裝在所述轉(zhuǎn)動平臺104上，實(shí)現(xiàn)繞Y軸及繞Z軸兩個方向的轉(zhuǎn)動。本實(shí)施例中用到的聲學(xué)參量陣103和信號處理器102采用由美國Holosonics公司生產(chǎn)的24英寸音頻聚光燈超聲換能器陣列(24-1n diameter Audio Spotlightultrasonic transducer array)和與其配套的信號處理放大器(Processor/Amplifier)。實(shí)施例二
參見圖2 圖6，一種方位可調(diào)的高頻變低頻聲波發(fā)射裝置，上述轉(zhuǎn)動平臺104由繞Y軸及繞Z軸旋轉(zhuǎn)的兩個組件構(gòu)成，繞Y軸旋轉(zhuǎn)為副運(yùn)動，只需要具有精確的角度定位能力；繞Z軸旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，不僅需要具有精確的角度定位能力，還需要具有連續(xù)的旋轉(zhuǎn)和正反轉(zhuǎn)運(yùn)動能力，根據(jù)所需要完成的運(yùn)動的不同，繞Y軸旋轉(zhuǎn)組件及繞Z軸旋轉(zhuǎn)組件分別采用如下結(jié)構(gòu)
繞Y軸旋轉(zhuǎn)組件包括第一伺服電機(jī)1、第一帶座軸承塊2、旋轉(zhuǎn)臂3、第二帶座軸承塊4、帶座軸承安裝塊5、轉(zhuǎn)動桿6和平衡塊7，其中所述旋轉(zhuǎn)臂3安裝所述聲學(xué)參量陣103，所述第一帶座軸承塊2通過焊接固定在所述轉(zhuǎn)動桿6 —端，帶座軸承安裝塊5通過焊接固定在所述轉(zhuǎn)動桿6同一端，所述第一伺服電機(jī)I用螺栓固定在所述第一帶座軸承塊2上，所述第一伺服電機(jī)I的轉(zhuǎn)軸穿過所述旋轉(zhuǎn)臂2 ;在旋轉(zhuǎn)臂3上的螺孔9內(nèi)擰入緊定螺栓，保證所述旋轉(zhuǎn)臂3與所述第一伺服電機(jī)I轉(zhuǎn)軸間固定可靠，所述第二帶座軸承塊4套在所述第一伺服電機(jī)I轉(zhuǎn)軸上與所述帶座軸承安裝塊5通過螺栓固定；所述平衡塊7用螺栓安裝在所述轉(zhuǎn)動桿6另一端，用于平衡所述聲學(xué)參量陣103和所述第一伺服電機(jī)I的重量，所述轉(zhuǎn)動桿6通過螺栓固定在第一轉(zhuǎn)軸8上；
繞Z軸旋轉(zhuǎn)組件包括第一轉(zhuǎn)軸8、法蘭型滾珠軸承組件10、第一同步帶輪11、安裝罩12、安裝底座13、第一向心滾子軸承14、第二向心滾子軸承15、第二同步帶輪16、帶法蘭滾珠軸承17、雙膜片聯(lián)軸器18、第二伺服電機(jī)19和第二轉(zhuǎn)軸20 ;所述第一轉(zhuǎn)軸8從上至下依次安裝所述轉(zhuǎn)動桿6、所述法蘭型滾珠軸承組件10、所述第一同步帶輪11以及所述第一向心滾子軸承14，所述法蘭型滾珠軸承組件10通過法蘭上的螺孔固定在所述安裝罩12上，所述第一向心滾子軸承14外圈嵌入所述安裝底座13中，所述第二伺服電機(jī)19通過螺栓固定在所述安裝罩12上，所述第二伺服電機(jī)19的轉(zhuǎn)軸與所述第二轉(zhuǎn)軸20通過雙膜片聯(lián)軸器18連接，所述第二轉(zhuǎn)軸20從上至下依次安裝所述帶法蘭滾珠軸承17、所述第二同步帶輪16和所述第二向心滾子軸承15，所述帶法蘭滾珠軸承17外圈嵌入所述安裝罩中13的孔內(nèi)，所述第二同步帶輪16與所述第一同步帶輪11安裝在同一高度構(gòu)成一組同步帶輪，所述第二向心滾子軸承15外圈嵌入所述安裝底座13中，所述安裝罩12分為對稱的兩部分，分別通過螺栓與所述安裝底座13固定。所述聲學(xué)參量陣?yán)@Y軸轉(zhuǎn)動的實(shí)現(xiàn)過程如下所述計算機(jī)101發(fā)出命令信號，通過所述電機(jī)控制模塊104控制所述第一伺服電機(jī)I帶動所述旋轉(zhuǎn)臂3繞Y軸順時針或逆時針轉(zhuǎn)動，根據(jù)所述計算機(jī)101發(fā)出的命令信號所述聲學(xué)參量陣103可以在一定角度范圍內(nèi)精確地運(yùn)動到某一特定角度并使所述聲學(xué)參量陣103保持在該特定角度。所述聲學(xué)參量陣?yán)@Z軸轉(zhuǎn)動的實(shí)現(xiàn)過程如下所述計算機(jī)101發(fā)出命令信號，通過所述電機(jī)控制模塊104控制所述第二伺服電機(jī)19通過雙膜片聯(lián)軸器18帶動所述第二轉(zhuǎn)動軸20繞Z軸轉(zhuǎn)動，所述第二轉(zhuǎn)動軸20轉(zhuǎn)動帶動所述第二同步帶輪16繞Z軸轉(zhuǎn)動，所述第二同步帶輪16通過同步帶帶動所述第一同步帶輪11繞Z軸轉(zhuǎn)動，所述第一同步帶輪11轉(zhuǎn)動帶動所述第一轉(zhuǎn)軸8繞Z軸轉(zhuǎn)動，所述第一轉(zhuǎn)軸8轉(zhuǎn)動帶動固定在其上的所述繞Y軸轉(zhuǎn)動組件繞Z軸轉(zhuǎn)動，使聲學(xué)參量陣103繞Z軸轉(zhuǎn)動。根據(jù)所述計算機(jī)101發(fā)出命令信號的不同所述聲學(xué)參量陣103可以進(jìn)行順時針或逆時針的連續(xù)轉(zhuǎn)動或在一定角度范圍內(nèi)左右擺動，也可以精確地運(yùn)動到某一特定角度并使所述聲學(xué)參量陣103保持在該特定角度。所述聲學(xué)參量陣103繞Y軸及繞Z軸兩個方向的轉(zhuǎn)動可以分開進(jìn)行也可同時進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種方位可調(diào)的高頻變低頻聲波發(fā)射裝置，包括計算機(jī)(101)、信號處理器(102)、聲學(xué)參量陣(103)、電機(jī)控制模塊(104)和轉(zhuǎn)動平臺(105)，其特征在于，所述計算機(jī)(101)依次通過導(dǎo)線連接所述信號處理器(102)和所述聲學(xué)參量陣(103)，構(gòu)成聲波發(fā)射系統(tǒng)；所述轉(zhuǎn)動平臺(105)通過導(dǎo)線連接所述電機(jī)控制模塊(104)和所述計算機(jī)(101 )，構(gòu)成方位調(diào)整系統(tǒng)；所述聲學(xué)參量陣(103)安裝在所述轉(zhuǎn)動平臺(104)上，實(shí)現(xiàn)繞Y軸及繞Z軸兩個方向的轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種方位可調(diào)的高頻變低頻聲波發(fā)射裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)動平臺(104)由繞Y軸及繞Z軸旋轉(zhuǎn)的兩個組件構(gòu)成，繞Y軸旋轉(zhuǎn)為副運(yùn)動，只需要具有精確的角度定位能力；繞Z軸旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，不僅需要具有精確的角度定位能力，還需要具有連續(xù)的旋轉(zhuǎn)和正反轉(zhuǎn)運(yùn)動能力，根據(jù)所需要完成的運(yùn)動的不同，繞Y軸旋轉(zhuǎn)組件及繞Z軸旋轉(zhuǎn)組件分別采用如下結(jié)構(gòu)繞Y軸旋轉(zhuǎn)組件包括第一伺服電機(jī)(I)、第一帶座軸承塊(2 )、旋轉(zhuǎn)臂(3 )、第二帶座軸承塊(4)、帶座軸承安裝塊(5)、轉(zhuǎn)動桿(6)和平衡塊(7)，其中所述旋轉(zhuǎn)臂(3)安裝所述聲學(xué)參量陣(103)，所述第一帶座軸承塊(2)通過焊接固定在所述轉(zhuǎn)動桿(6)—端，所述帶座軸承安裝塊(5)通過焊接固定在所述轉(zhuǎn)動桿(6)同一端，所述第一伺服電機(jī)(I)用螺栓固定在所述第一帶座軸承塊(2)上，所述第一伺服電機(jī)(I)的轉(zhuǎn)軸穿過所述旋轉(zhuǎn)臂(2);在旋轉(zhuǎn)臂(3)上的螺孔(9)內(nèi)擰入緊定螺栓，保證所述旋轉(zhuǎn)臂(3)與所述第一伺服電機(jī)(I)轉(zhuǎn)軸間固定可靠，所述第二帶座軸承塊(4)套在所述第一伺服電機(jī)(I)轉(zhuǎn)軸上與所述帶座軸承安裝塊(5)通過螺栓固定；所述平衡塊(7)用螺栓安裝在所述轉(zhuǎn)動桿(6)另一端，用于平衡所述聲學(xué)參量陣(103)和所述第一伺服電機(jī)(I)的重量，所述轉(zhuǎn)動桿(6)通過螺栓固定在第一轉(zhuǎn)軸(8)上；繞Z軸旋轉(zhuǎn)組件包括第一轉(zhuǎn)軸(8 )、法蘭型滾珠軸承組件(10 )、第一同步帶輪(11)、安裝罩(12)、安裝底座(13)、第一向心滾子軸承(14)、第二向心滾子軸承(15)、第二同步帶輪(16)、帶法蘭滾珠軸承(17)、雙膜片聯(lián)軸器(18)、第二伺服電機(jī)(19)和第二轉(zhuǎn)軸(20);所述第一轉(zhuǎn)軸(8)從上至下依次安裝所述轉(zhuǎn)動桿(6)、所述法蘭型滾珠軸承組件(10)、所述第一同步帶輪(11)以及所述第一向心滾子軸承(14)，所述法蘭型滾珠軸承組件(10)通過法蘭上的螺孔固定在所述安裝罩(12)上，所述第一向心滾子軸承(14)外圈嵌入所述安裝底座(13)中，所述第二伺服電機(jī)(19)通過螺栓固定在所述安裝罩(12)上，所述第二伺服電機(jī)(19)的轉(zhuǎn)軸與所述第二轉(zhuǎn)軸(20)通過雙膜片聯(lián)軸器(18)連接，所述第二轉(zhuǎn)軸(20)從上至下依次安裝所述帶法蘭滾珠軸承(17)、所述第二同步帶輪(16)和所述第二向心滾子軸承(15)，所述帶法蘭滾珠軸承(17)外圈嵌入所述安裝罩中(13)的孔內(nèi)，所述第二同步帶輪(16)與所述第一同步帶輪(11)安裝在同一高度構(gòu)成一組同步帶輪，所述第二向心滾子軸承(15)外圈嵌入所述安裝底座(13)中，所述安裝罩(12)分為對稱的兩部分，分別通過螺栓與所述安裝底座(13)固定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種方位可調(diào)的高頻變低頻聲波發(fā)射裝置，包括計算機(jī)、信號處理器、電機(jī)控制模塊、轉(zhuǎn)動平臺和聲學(xué)參量陣，所述計算機(jī)依次通過導(dǎo)線連接信號處理器和所述聲學(xué)參量陣，構(gòu)成聲波發(fā)射系統(tǒng)；所述轉(zhuǎn)動平臺通過導(dǎo)線連接所述電機(jī)控制模塊和所述計算機(jī)，構(gòu)成方位調(diào)整系統(tǒng)。聲波發(fā)射系統(tǒng)用于發(fā)出高指向性正弦聲波，在發(fā)射方向的某一位置會產(chǎn)生一個幅值較大的低頻聲波，該低頻聲波可用于聲學(xué)探測。所述聲學(xué)參量陣安裝在所述轉(zhuǎn)動平臺上，可通過計算機(jī)控制方位調(diào)整系統(tǒng)使之實(shí)現(xiàn)兩個方向的轉(zhuǎn)動。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對一個區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)遠(yuǎn)距離高指向性低頻聲波的發(fā)射。
文檔編號B06B1/02GK103008217SQ20121053232
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者王馳, 沈高煒, 林維坤, 蔡政, 吳文雯 申請人:上海大學(xué)