一种基于热声效应的可调频声波发生装置

本发明涉及热声发生器，具体涉及一种基于热声效应的可调频声波发生装置。

背景技术：

1、声波发生技术在水下通信、探测、消防、农业等领域存在广泛应用，传统声波发生装置主要基于压电陶瓷换能器或电动式扬声器等工作。这类设备通常需要经过多级能量转换过程，要经历热到电到声的两次能量转换。传统系统结构复杂，包含线圈、磁体、移动部件等诸多易损元件，整体转换效率较低。且对于需长期部署的自主平台而言，其电力维护与循环充电难度大、成本高。

2、热声效应原理是利用对回热器建立温度梯度，直接激发工质产生周期性的振荡，从高效、直接地将热能转换为声能。核心装置无运动部件、结构简单可靠、可适应大范围压力与温度环境，可利用工业废热、太阳能集热、燃烧等多种热源。

3、然而，现有的热声发动机被设计和优化为在单一、固定的工况下运行，以追求在该特定工况的最大能量转换效率。其输出声波的频率本质上由谐振腔的几何结构决定，一旦制造完成便难以在大范围内灵活调节。

4、随着声学应用技术的飞速发展，对声源性能的要求日益提高。诸如复杂声学环境的模拟、多基地声学探测、通信等前沿应用，均迫切需求能够实现多频率合成发射、快速频率切换的声波发射装置。现有单频点、固定输出的热声发生器显然无法满足这些动态、复杂的调控需求。在农业领域，特定频率的声波可用于驱赶害虫、促进作物生长等，而可调频特性使得单设备能够适应不同作物、不同生长周期的声波需求。在消防领域，特定频率的声波可用于火灾预警系统的信号传输、突破浓烟环境下的应急通信障碍，甚至探索声波灭火等新型灭火方式。

5、上述应用场景都对声波设备的频率灵活性、环境适应性和可靠性提出了更高要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于热声效应的可调频声波发生装置，能够解决热声发生器输出频率固定，难以在大范围内灵活调节的技术问题。

2、一种基于热声效应的可调频声波发生装置，包括高温管、热声核和调频管；所述高温管的一端为封闭端，另一端为开口端；高温管开口端与热声核的一端连接，热声核另一端和调频管的一端连接，调频管的另一端管壁上存在一个或两个以上的开孔。

3、进一步地，所述热声核包括热换热器、回热器、冷换热器和谐振管，所述热换热器、回热器、冷换热器和谐振管依次连接。

4、进一步地，所述热声核的数量为一个、两个、三个、四个、五个或六个，一级热声核与所述高温管开口端相连，二级热声核热换热器与一级热声核的谐振管相连，后一级热声核冷换热器均与前一级热声核的谐振管相连，所述调频管与最后级热声核的谐振管相连。

5、进一步地，所述调频管管壁上存在一个或两个以上的开孔上设置可开闭的盖子并形成调频单元；调频单元通过控制开孔处盖子的开闭实现声波频率的主动控制。

6、进一步地，所述壁面开孔使用塞子或胶带对所述壁面开孔进行封闭。

7、进一步地，所述调频管的管件为直管、弯管、带旁通直管或旁通u型管。

8、进一步地，所述高温管由铜、铁、铝、不锈钢、塑料或玻璃材料制成。

9、进一步地，所述热声核由铜、铁、铝、不锈钢、塑料或玻璃材料制成。

10、进一步地，所述调频管由铜、铁、铝、不锈钢、塑料或玻璃材料制成。

11、进一步地，所述高温管、热声核和调频管之间的连接使用焊接、粘接、法兰、卡套、螺纹、承插或熔接。

12、进一步地，所述可调频声波发生装置通过调整输入至所述热换热器的热功率，调控声波强度。

13、有益效果：

14、本发明通过高温管、热声核和调频管的依次连接结构，实现了热能到声能的直接转换。通过高温管一端为封闭端、另一端为开口端的设计，为热声核提供稳定的高温热源输入；热声核将热能转换为声能后，声波经热声核传递至调频管；调频管的另一端管壁上存在一个或两个以上的开孔，通过改变开孔状态可以调整系统的有效声学长度，从而影响声波的谐振频率。该设计使得在不改变整体结构的前提下，能够通过调节开孔状态实现声波频率的灵活调整，避免了传统热声发生器需要更换谐振腔才能改变频率的复杂操作。通过这种结构设计，系统能够在保持热声技术无运动部件、结构简单、可靠性高等优势的同时，实现频率的主动调控，满足不同应用场景对声波频率的多样化需求。该方案有效解决了现有热声发生器频率固定、难以适应多频应用需求的问题，为声波发生技术在水下通信、探测、消防、农业等领域的应用提供了更为灵活的技术支持。

1.一种基于热声效应的可调频声波发生装置，其特征在于，包括高温管、热声核和调频管；所述高温管的一端为封闭端，另一端为开口端；高温管开口端与热声核的一端连接，热声核另一端和调频管的一端连接，调频管的另一端管壁上存在一个或两个以上的开孔。

2.如权利要求1所述的基于热声效应的可调频声波发生装置，其特征在于，所述热声核包括热换热器、回热器、冷换热器和谐振管，所述热换热器、回热器、冷换热器和谐振管依次连接。

3.如权利要求2所述的基于热声效应的可调频声波发生装置，其特征在于，所述热声核的数量为一至六个，一级热声核与所述高温管开口端相连，二级热声核热换热器与一级热声核的谐振管相连，后一级热声核冷换热器均与前一级热声核的谐振管相连，所述调频管与最后级热声核的谐振管相连。

4.如权利要求3所述的基于热声效应的可调频声波发生装置，其特征在于，所述调频管管壁上存在一个或两个以上的开孔上设置可开闭的盖子并形成调频单元；调频单元通过控制开孔处盖子的开闭实现声波频率的主动控制。

5.如权利要求4所述的基于热声效应的可调频声波发生装置，其特征在于，所述壁面开孔使用塞子或胶带对所述壁面开孔进行封闭。

6.如权利要求5所述的基于热声效应的可调频声波发生装置，其特征在于，所述调频管的管件为直管、弯管、带旁通直管或旁通u型管。

7.如权利要求6所述的基于热声效应的可调频声波发生装置，其特征在于，所述高温管、热声核和调频管由铜、铁、铝、不锈钢、塑料或玻璃材料制成。

8.如权利要求7所述的基于热声效应的可调频声波发生装置，其特征在于，所述高温管、热声核和调频管之间的连接使用焊接、粘接、法兰、卡套、螺纹、承插或熔接。

9.如权利要求8所述的基于热声效应的可调频声波发生装置，其特征在于，所述可调频声波发生装置通过调整输入至所述热换热器的热功率，调控声波强度。