一种基于压电材料的可调脉冲噪声发生器的制作方法

1.本发明属于脉冲噪声发生技术领域，具体涉及一种基于压电材料的可调脉冲噪声发生器。


背景技术：

2.脉冲噪声发生器用于脉冲噪声的产生。脉冲噪声的主要参数有声压级、脉宽、重复率和频谱。不同的噪声试验对象和工况，对脉冲噪声发生的要求不同，其中，现有的脉冲噪声产生装置包括有鞭炮、炸药、撞击、电喇叭、电火花发生器、气流扬声器、激波管等。电喇叭发出的噪声声压级一般较小，在140db以下。电火花发生器产生的脉冲声压级可达160db，但脉宽只有零点几毫秒到几毫秒，且难以调节。鞭炮、炸药和撞击产生的脉冲噪声虽然强度也较高，但脉宽和声压级都不能调节。一般气流扬声器产生的脉冲声强度较高，但不能调节脉宽和重复率等。激波管设备复杂，调节困难，使用较繁琐。以上各类脉冲噪声发生方式均不能在满足高声压级的同时，脉宽和声压级在较宽范围内可调可控，同时操作方便。


技术实现要素：

3.为至少解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明旨在提供一种基于压电材料的可调脉冲噪声发生器，该可调脉冲噪声发生器具有操作简单、控制精度高、调节范围广和重复率好等优点，可满足多种脉冲噪声试验及不同工况下的脉冲噪声发生需求。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
5.一种基于压电材料的可调脉冲噪声发生器，该可调脉冲噪声发生器包括高速开关阀和号筒；其中，所述高速开关阀包括壳体、球关节、放大杆、压块、弹片、螺杆、压电驱动器、高速开关阀作动杆、高压气室和锥头；所述螺杆的一端安装在所述壳体的上端的一侧壁上，所述螺杆的另一端安装在一固定安装板上；所述压电驱动器的一端贯穿所述壳体的上端的所述侧壁后抵接于所述放大杆的上端的一侧面上，所述压电驱动器的另一端抵接于所述固定安装板上；所述弹片的上端通过所述压块固连在所述壳体上，所述弹片的下端与所述放大杆的所述上端固连；所述放大杆的下端与所述球关节的一端铰接，使得所述球关节能相对所述放大杆转动；所述球关节的另一端与所述高速开关阀作动杆的一端相连，使得所述球关节能带动所述高速开关阀作动杆做运动方向一致的同步运动；所述高压气室与所述壳体的下端的一侧面相连，所述高速开关阀作动杆穿过所述高压气室后其另一端与所述锥头相连，使得所述高速开关阀作动杆能带动所述锥头做运动方向一致的同步运动；所述高压气室的内部设置有高压气腔，所述高压气腔用于存放从外部通入的高压气体；所述号筒包括固定板和号筒体；所述固定板的一侧与所述高压气室的远离所述壳体的一侧固连，所述固定板的另一侧与所述号筒体的一端连接，所述号筒体的另一端设置有高压气体出口；所述锥头设置于所述固定板和所述号筒体围成的腔室中；所述固定板上设计有周向均布的一圈气孔，所述高压气腔中的高压气体能通过所述气孔流入到所述号筒体中；所述螺杆用于产生可调的预紧力，该预紧力用于将所述压电驱动器压紧在所述放大杆的上端的所述侧面
和所述固定安装板之间；所述压电驱动器采用压电材料制作，其被施加循环交替的电脉冲信号后能够循环交替地产生横向伸展变形和横向收缩变形，所述横向伸展变形用以通过所述放大杆、所述球关节和所述高速开关阀作动杆带动所述锥头远离所述固定板，所述横向收缩变形用以通过所述放大杆、所述球关节和所述高速开关阀作动杆带动所述锥头靠近所述固定板，所述锥头远离与靠近所述固定板的过程中在所述锥头与所述固定板之间形成变化的开度，这使得从所述高压气腔中经所述固定板上的所述气孔流入所述号筒体的高压气体气流形成压力脉动，最终通过所述号筒体的扩声效应产生可调的脉冲噪声信号。
6.其中，上述高速开关阀用于高速开启和关闭气路，控制气流的流通，上述号筒用于气流的流出和扩散，而高压气室用于储存高压气体，作为脉冲噪声发生气源。
7.在本发明的一较佳实施例中，高速开关阀和号筒可以集成为一体。
8.上述压电驱动器是高速开关阀的动力装置，其利用压电材料制作，用于经杠杆式放大机构驱动高速开关阀作动杆动作，控制高速开关阀的开启和关闭。
9.上述球关节和放大杆组成了可调脉冲噪声发生器的杠杆式放大机构，整体呈杠杆机构形式，用于放大压电驱动器的形变，放大机构的旋转运动转化为锥头的平动。压电驱动器变形时，其长度改变，带动放大机构动作，拉动高速开关阀作动杆动作，当高速开关阀作动杆动作时，锥头与号筒喉部的固定板之间形成相对运动，可以控制气路的打开和关闭，对气流的通过状态进行控制。
10.由于放大杆的上端分别与弹片和压电驱动器连接，压电驱动器施加力作用时，弹片变形，放大杆可进行类似刚体转动的运动，从而保证了放大比的固定。
11.本领域技术人员可以理解的是，本发明的可调脉冲噪声发生器中所应用的放大机构并不局限于杆类放大机构，还可采用其他结构的放大机构，只要能起到同等效果即可，即在不脱离本发明宗旨的前提下能做出各种变化和拓展。
12.优选地，上述弹片可以是一种变形弹片，选用具有较大弹性变形能力的金属制成，因此弹片在受力情况下可以产生较大形变，这可以有效提升放大杆的运动幅度。
13.号筒体通过内腔的流线设计可将气流振动转化为脉冲噪声信号，在本发明的一较佳实施例中，号筒体的内腔设计为锥形结构。
14.实际工作中，首先向高压气室内通入高压气，将高速开关阀锥头调节至合适开度位置处，且使压电驱动器初始处于压缩状态。随后向压电驱动器施加脉冲信号，压电驱动器伸长或收缩，且向弹片施加作用力，位移及力作用通过弹片变形、放大杆及球关节转换实现高速开关阀的快速开闭，形成压力脉动，最终通过号筒扩声产生脉冲噪声信号。
15.与现有的各类脉冲噪声发生器相比，本发明所提供的该种可调脉冲噪声发生器具有利用压电材料作为核心部件的高速开关阀，采用杠杆式放大机构放大压电材料的形变量，能保持脉冲噪声发生的高频率响应和可控性，可实现脉宽和声压级在较宽频率范围内的精确控制，可满足多种脉冲噪声试验及不同工况下的脉冲噪声发生需求。
附图说明
16.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据
本发明公开的一些实施方式，用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，而不应将其视为是对本发明范围的限制。其中：
17.图1为本发明提供的一种可调脉冲噪声发生器的内部结构示意图；
18.图2为本发明提供的一种可调脉冲噪声发生器的整体结构示意图；
19.图3为本发明提供的一种可调脉冲噪声发生器的球关节和放大杆的局部连接结构示意图。
20.附图标记：
21.1壳体、2球关节、3放大杆、4压块、5弹片、6螺杆、7压电驱动器、8高速开关阀作动杆、9高压气室、91高压气腔、10固定板、101气孔、11锥头、12号筒体。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.本发明提供了一种基于压电材料的可调脉冲噪声发生器，其中，图1示出了其内部结构细节，而图2则示出了其整体外形结构。该可调脉冲噪声发生器包括高速开关阀和号筒；其中，高速开关阀用于高速开启和关闭气路以控制气流的流通，而号筒则用于气流的流出和扩散，以产生脉冲噪声信号。
24.具体地，如图1所示，高速开关阀包括壳体1、球关节2、放大杆3、压块4、弹片5、螺杆6、压电驱动器7、高速开关阀作动杆8、高压气室9和锥头11。其中，螺杆6的一端安装在壳体1的上端的一侧壁上，螺杆6的另一端则安装在一固定安装板上；压电驱动器7的一端贯穿壳体1的上端的上述侧壁后抵触式地顶在放大杆3的上端的一侧面上，压电驱动器7的另一端则抵触式地顶在上述固定安装板上；螺杆6可用于产生一定量的预紧力，借此预紧力，压电驱动器7被压紧在放大杆3的上端和固定安装板之间。
25.在本发明的一较佳实施例中，压电驱动器7的两端可设置有球头柱，相应地，放大杆3的上端的上述侧面以及固定安装板上可设置有凹陷式球窝，相应两者之间的抵触式连接基于球头柱抵接凹陷式球窝来实现。
26.本实施例中，螺杆6所产生的上述预紧力是可调的，如图1和2所示，螺杆6上可以安装有调节用螺母，可通过旋拧该螺母来调节上述预紧力的大小。本领域技术人员可以理解的是，上述预紧力是可调的，这具有一项基本的功能，即，即便可调脉冲噪声发生器的诸如压电驱动器7等部件在使用过程中由于磨损等原因导致自身尺寸和相互装配关系发生稍微变化，上述预紧力能保证压电驱动器7与放大杆3的上端、固定安装板之间的有效抵紧。
27.进一步地，壳体1的上端的与用于安装螺杆6的上述侧壁相对应的另一侧壁上固定安装有压块4，压块4将弹片5的上端压紧固连在壳体1上，而弹片5的下端则与放大杆3的上端固连，两者之间形成类似铰接的结构。
28.在本发明的一较佳实施例中，放大杆3的上端预设弹片安装槽，可使用螺钉将弹片5的下端压紧于该弹片安装槽中。
29.进一步地，放大杆3的下端与设置在壳体1的下端的球关节2的一端连接，形成铰接结构，即球关节2与放大杆3之间可以相对转动。球关节2的另一端则与高速开关阀作动杆8
的一端相连，用于带动高速开关阀作动杆8做运动方向一致的同步运动。
30.本实施例中，如图3所示，放大杆3的下端可设计为耳轴结构，球关节2的一端可设计为关节头结构，放大杆3的耳轴结构可通过一销钉与球关节2的关节头销接在一起，形成上述铰接结构。球关节2的与其关节头相对的另一端可设计为伸出杆，该伸出杆可通过螺纹连接与高速开关阀作动杆8的一端相连，借此，球关节2能带动高速开关阀作动杆8做运动方向一致的同步运动。
31.本领域技术人员可以理解的是，上述放大杆3、球关节2组成了本发明的该种可调脉冲噪声发生器的杠杆式放大机构。
32.进一步地，壳体1的下端安装有高压气室9，高压气室9与壳体1的下端的一侧面相连。高压气室9的内腔中设置有一中心轴，在高压气室9的内壁与该中心轴之间形成有高压气腔91，该高压气腔91可用于存放高压气体。高压气室9的中心轴进一步设置有沿其轴线延伸的穿孔腔，高速开关阀作动杆8穿过该穿孔腔后其另一端与锥头11固连，用于带动锥头11做运动方向一致的同步运动。
33.在本发明的一较佳实施例中，为了更好地引导高速开关阀作动杆8的同步运动，高压气室9的穿孔腔的末端可设计有导向环，该导向环用以引导高速开关阀作动杆8的运动方向为沿水平方向。
34.此外，如图1所示，号筒包括固定板10和号筒体12。其中，固定板10的一侧与高压气室9的远离壳体1的一侧固连，即固定板10设置于高压气室9的开口端并用于封堵高压气腔91。
35.进一步地，号筒体12的一端与固定板10的另一侧固连，号筒体12的另一端则设置有高压气体出口，该高压气体出口用于产生脉冲噪声信号。固定板10和号筒体12围成一腔室，高速开关阀的锥头11则设置于该腔室内，高速开关阀的高速开关阀作动杆8从高压气室9伸出并穿过固定板10后固连于锥头11。
36.进一步地，固定板10上设计有周向均布的一圈气孔101，高压气室9中的高压气体可通过这些气孔101均匀溢出并流入到号筒体12的内腔中，流入的同时高压气体可推动锥头11向着接近号筒体12的高压气体出口的方向运动，如此一来，锥头11与固定板10之间就会形成一定的阀门开度。
37.本领域技术人员可以理解的是，锥头11的结构、形状和/或尺寸应该被如此设计，使得当锥头11贴合固定板10时锥头11能封闭气孔101，能控制气路的打开和关闭，且能对气流通过的状态进行控制。
38.优选地，在可调脉冲噪声发生器的未工作状态，锥头11与固定板10贴合或两者之间留有狭小缝隙。
39.本发明的该种可调脉冲噪声发生器，其压电驱动器7是高速开关阀的动力装置，采用压电材料制作，其被施加电脉冲信号后能发生横向变形，该横向变形可包括横向伸展变形和横向收缩变形。
40.当压电驱动器7被施加某一方向的电脉冲信号后，其能产生横向伸展变形时，压电驱动器7能推动放大杆3的上端克服弹片5的弹性力做横向运动，而放大杆3的下端则做与该横向运动反向的横向运动，借此，放大杆3的下端通过球关节2带动高速开关阀作动杆8做横向运动，就这样，压电驱动器7的小幅度的横向伸展变形量被杠杆式放大机构放大为高速开
关阀作动杆8的大幅度的横向运动量，继而，锥头11在高速开关阀作动杆8的带动下做远离固定板10的运动，控制高速开关阀的开启。
41.当压电驱动器7被施加相反的另一方向的电脉冲信号后，其产生横向收缩变形时，弹片5的弹性力促动放大杆3的上端做与上述横向运动反向的横向运动，借此，放大杆3的下端通过球关节2也带动高速开关阀作动杆8做反向的横向运动，继而，锥头11在高速开关阀作动杆8的带动下做接近固定板10的运动，控制高速开关阀的关闭。
42.本领域技术人员可以理解的是，当压电驱动器7被施加循环交替的电脉冲信号时，其能循环交替地产生横向伸展变形和横向收缩变形，从而通过高速开关阀作动杆8带动锥头11循环交替地远离和接近固定板10，以此实现高速开关阀的阀门开度的循环交替的变化。
43.本领域技术人员可以理解的是，在上述过程中，放大杆3整体可进行类似刚体转动的运动，这样能够保证放大比的固定。
44.本发明的该种可调脉冲噪声发生器，使用前，可事先调定螺杆6的预紧力的大小，使压电驱动器7事先就被施加一定的预紧力，并使得弹片5进入受力形变状态，当然也会随之调定锥头11与固定板10之间的初始开度。本领域技术人员可以理解的是，变化的预紧力可用于获得变化的初始开度。
45.开始工作前，可先让高压气体通过高压气体进口进入到高压气室9的高压气腔91中，随后高压气体通过固定板10上均布的气孔101均匀溢入固定板10和号筒体12围成的腔室中，并推动锥头11向号筒体12的高压气体出口的方向运动，在上述初始开度的基础上进一步形成初始工作开度。本领域技术人员可以理解的是，前述高压气体的压力是可变的，因此形成的前述初始工作开度也是可变的。
46.再者，施加不同强度和频率的电脉冲信号后，压电驱动器7的变形量和变形频率也将不同，锥头11相对于固定板10具有不同的运动幅度和运动频率，从而使得锥头11与固定板10之间的开度获得不同的变化幅度和变化频率。本领域技术人员可以理解的是，可变的初始工作开度以及可变的电脉冲信号能够单独地或组合地影响脉冲噪声发生器最终所产生的脉冲噪声信号的性质，使得本发明的脉冲噪声发生器成为一种可调式脉冲噪声发生器。
47.实际工作时，以被施加的电脉冲信号为“电流信号”为例，先给压电驱动器7通入一方向的电流后，压电驱动器7产生横向收缩变形，处于受力形变状态下的弹片5会推动放大杆3的上端朝向压电驱动器7的方向运动，放大杆3进而通过球关节2和高速开关阀作动杆8带动锥头11做接近固定板10的横向运动，使得锥头11与固定板10之间的开度变小，而足够强度的电流信号甚至会使得锥头11压紧在固定板10上，使高速开关阀完全关闭；随后，再给压电驱动器7通入另一方向的电流，压电驱动器7产生横向伸展变形，推动放大杆3的上端克服弹片5的弹性力做另一方向的横向动作，放大杆3进而通过球关节2和高速开关阀作动杆8带动锥头11做远离固定板10的横向运动，使得锥头11与固定板10之间的开度变大。
48.随着循环交替的电流信号被施加，压电驱动器7可反复地产生横向收缩变形和横向伸展变形，锥头11与固定板10之间的开度循环交替地变小变大，调节电流信号的强度和频率，开度变化的幅度和频率也随之变化，这使得从高压气室9流入号筒体12的高压气体气流形成压力脉动，最终通过号筒体12的扩声效应经高压气体出口产生可调的脉冲噪声信
号。
49.本发明所提供的该种可调脉冲噪声发生器，具有采用压电材料作为核心部件的高速开关阀，具有原理简明、操作简便易行、结构紧凑、控制精度高、调节范围广、重复率好等优点，可满足多种脉冲噪声试验的需求。
50.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。