專利名稱：磁懸浮二維柱形矢量水聽器的制作方法
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器懸浮于水中的裝置。
背景技術(shù)：
將小于聲波波長的、在水中具有中性浮力的二維柱形矢量水聽器置于水中測量點(diǎn)處，可以直接測量水介質(zhì)指點(diǎn)的振動，此時矢量水聽器將以水質(zhì)點(diǎn)的速度運(yùn)動，并將這種運(yùn)動信號轉(zhuǎn)換為電信號，真實(shí)獲取水質(zhì)點(diǎn)振動信號的方法。實(shí)際測量中，為使矢量水聽器處于平衡狀態(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彈簧，這樣的柔性懸掛元件的固有頻率一般在IOHz以下。對于工作頻帶為I-IOOHz的低頻矢量水聽器來說，柔性懸掛元件的固有頻率直接影響了矢量水聽器的低頻測量，給測量結(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器的一個重要部件，應(yīng)充分對其進(jìn)行研究。近幾年國際上開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)勢在于無源條件下永磁體的完全無接觸懸浮，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。之后國外已經(jīng)在無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)簡單、在水中使用方便的磁懸浮二維柱形矢量水聽器。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器，所述二維柱形矢量水聽器位于一個帶有側(cè)梁的剛性金屬柱形框架中，二維柱形矢量水聽器的兩個端面上帶有抗磁性石墨片，剛性金屬柱形框架的每根側(cè)梁上鑲嵌兩個永久磁鐵，兩個永久磁鐵之間的間距等于二維柱形矢量水聽器的兩個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、且兩個平面平行。本發(fā)明還可以包括所述二維柱形矢量水聽器是圓柱形矢量水聽器，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器在水中懸浮，這種無接觸懸掛方式可以使矢量水聽器不受任何束縛，從而自由浮動，也不會對矢量水聽器的工作頻帶產(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器的兩個端面，因?yàn)槭拿芏缺容^小，在設(shè)計(jì)時很容易達(dá)到矢量水聽器的整體平均密度接近水介質(zhì)密度的要求。當(dāng)該柱形矢量水聽器處于八個永久磁鐵的磁場中時，會受到輕微的排斥力。因?yàn)榘藗€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器在水中的完全無接觸的穩(wěn)定懸浮。矢量水聽器受到聲信號作用時，會在金屬框架中的徑向平面上自由運(yùn)動，完成二維信號的測量，而無信號作用時，就會處于穩(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，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)動時，剛硬柱體的振動速度等同于聲場中柱體幾何中心處水質(zhì)點(diǎn)的振動速度，因此柱形矢量水聽器可以獲得聲場中水質(zhì)點(diǎn)的振動信號。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器的兩個端面，構(gòu)成在水中零浮力的矢量水聽器，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)到了柱形矢量水聽器在水中完全無束縛穩(wěn)定懸浮的目的，解決了低頻(小于IOHz)情況下，柔性懸掛元件對矢量水聽器影響的問題，實(shí)現(xiàn)了矢量水聽器在低頻、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)的柱形矢量水聽器3時，在柱形矢量水聽器的兩個端面分別粘貼石墨片4。然后根據(jù)柱形矢量水聽器3的高度，在剛性金屬柱形框架1的四個側(cè)梁5上對稱地鑲嵌八個永久磁鐵2，使八個永久磁鐵2與兩個石墨片4分別處在兩個平行平面上，八個永久磁鐵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的上下兩個端面分別對稱地留有四個螺紋孔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器3置于剛性金屬柱形框架1內(nèi)，直至柱形矢量水聽器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器是圓柱形矢量水聽器，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器，包括二維柱形矢量水聽器，其特征是所述二維柱形矢量水聽器位于一個帶有側(cè)梁的剛性金屬柱形框架中，二維柱形矢量水聽器的兩個端面上帶有抗磁性石墨片，剛性金屬柱形框架的每根側(cè)梁上鑲嵌兩個永久磁鐵，兩個永久磁鐵之間的間距等于二維柱形矢量水聽器的兩個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器，其特征是所述二維柱形矢量水聽器是圓柱形矢量水聽器，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器，其特征是剛性金屬柱形框架的上、下端面分別有四個與設(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器，其特征是剛性金屬柱形框架的上、下端面分別有四個與設(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器，其特征是剛性金屬柱形框架的上、下端面分別有四個與設(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器，其特征是剛性金屬柱形框架的上、下端面分別有四個與設(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器。包括二維柱形矢量水聽器，所述二維柱形矢量水聽器位于一個帶有側(cè)梁的剛性金屬柱形框架中，二維柱形矢量水聽器的兩個端面上帶有抗磁性石墨片，剛性金屬柱形框架的每根側(cè)梁上鑲嵌兩個永久磁鐵，兩個永久磁鐵之間的間距等于二維柱形矢量水聽器的兩個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、且兩個平面平行。本發(fā)明無接觸懸掛方式可以使矢量水聽器不受任何束縛，從而自由浮動，也不會對矢量水聽器的工作頻帶產(chǎn)生影響。
文檔編號G01H11/06GK102564565SQ20121001098
公開日2012年7月11日 申請日期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) 申請人:哈爾濱工程大學(xué)