(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111366810.5 (22)申请日 2021.11.18 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 童威棋　杨帅　吴大转　曹琳琳　 吴仪　 (74)专利代理 机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 代理人 彭剑 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种流体动力式低频换能器及其设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种流体动力式低频换能器 及其设计方法， 其中设计方法如下： 步骤S01， 构 建流体动力式低频换能器的模型； 步骤S02， 根据 流体动力式低频换能器的模型进行电声类比建 模， 得到一个电网络； 步骤S03， 对电网络中不同 的构件进行试验， 以确定其设计参数； 步骤S04， 根据设计参数制作流体动力式低频换能器的实 体模型并进行试验， 同时对电网络进行数值模 拟， 与实际试验数据进行比较； 步骤S05， 经过试 验验证后， 对流体动力式低频换能器的实体模型 进行改进。 利用本发明， 可 以实现低频工作频率 可控可调， 声 源级准确预报的特点。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 114117957 A 2022.03.01 CN 114117957 A 1.一种流体动力式低频换能器， 其特征在于， 包括双向控制阀、 液压缸和液压动力装 置； 所述的液压缸包括缸体(101)和活塞(102)， 缸体(101)在靠近两端的侧壁上分别设有第 一流通孔(103)和第二流通孔(104)； 所述缸体(101)的两端密封， 在靠近第二流通孔(104) 的端部外侧设有隔膜(105)， 所述活塞(102)的活塞 杆(106)穿过缸体(101)的端部后与隔膜 (105)连接， 所述的隔膜(10 5)和缸体(101)之间设有带气孔的空气腔(107)； 所述的双向控制阀包括设置在腔体(201)内部的滑阀(202)， 所述滑阀(202)的一端与 腔体外部的驱动机构(301)连接， 所述滑阀(202)上设有第一阀芯(203)和第二阀芯(204)； 所述的腔体(201)内部设有五个通道， 其中， 第一通道(6)与第二通道(11)之间、 第二通道 (11)和第三通道(5)之间通过第一阀芯(203)控制连通， 第三通道(5)与第四通道(10)之间、 第四通道(10)与第五通道(7)之间通过第二阀芯(204)控制连通； 所述第一通道(6)在腔体内部与第五通道(7)连通， 所述的第二通道(11)通过液压管 (P1)与液压缸的第一流通孔(103)连接， 所述的第三通道(5)通过液压管(P2)与液压动力装 置的压力输出端连接， 所述的第四通道(10)通过液压管(P3)与液压缸的第二流通孔(104) 连接， 所述的第五通道(7)通过 液压管(P4)与液压动力装置的储液端连接 。 2.根据权利要求1所述的流体动力式低频换能器， 其特征在于， 所述的液压动力装置包 括储油罐(403)、 泵(402)和蓄能器(401)， 所述的压力输出端设置在蓄能器(401)上， 所述的 储液端设置在储油罐(40 3) 上。 3.根据权利要求1所述的流体动力式低频换能器， 其特征在于， 所述的第一阀芯(203) 上设有第三节 流孔(3)和第二节流孔(2)， 所述的第二阀芯(204)上设有第一节 流孔(1)和第 四节流孔(4)； 所述的第三节流孔(3)用于控制第一通道(6)与第二通道(11)之间的连通， 所述的第二 节流孔(2)用于控制第二通道(11)和第三通道(5)之间的连通， 所述的第一节流孔(1)用于 控制第三通道(5)与第四通道(10)之间的连通， 所述的第四节流孔(4)用于控制第四通道 (10)与第五通道(7)之间的连通。 4.根据权利要求1所述的流体动力式低频换能器， 其特征在于， 所述的驱动机构(301) 采用低功率的电动震动台， 用于驱动滑阀(202)沿轴向来回滑动。 5.根据权利要求1～4任一所述的流体动力式低频换能器的设计方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： 步骤S01， 构建流体动力式低频 换能器的模型； 步骤S02， 根据流体动力式低频 换能器的模型进行电声类比建模， 得到一个电网络； 步骤S03， 对电网络中不同的构件进行 试验， 以确定其设计参数； 步骤S04， 根据设计参数制作流体动力式低频换能器的实体模型并进行试验， 同时对电 网络进行 数值模拟， 与实际试验数据进行比较； 步骤S05， 经过试验验证后， 对流体动力式低频 换能器的实体模型进行改进。 6.根据权利要求5所述的流体动力式低频换能器的设计方法， 其特征在于， 步骤S02中， 进行电声类比建模时， 包 含三组元件， 分别为液压元件、 机 械元件和声学 元件； 液压元件中， 将泵(402)建模为恒压源， 将液压管(P1、 P2、 P3、 P4)建模为阻抗网络； 随着 缸体(101)内两个分区的长度随时间变化， 确定每个 分区的耗散阻抗、 惯 性阻抗和柔度相关 阻抗的关系； 将节 流孔的孔口尺寸建模为压控电流源； 蓄能器(401)有一个充氮的密封 室和权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114117957 A 2另一个充油的密封室， 这两个腔室由一个光膜片隔开， 两个腔室起 弹簧一样的作用， 整个蓄 能器系统构建成RLC串联电路， 根据油中含有空气和液压管的灵活性导致工作流体的有效 体积模量降低， 表示 为相应的LC网络； 机械元件中， 将以活塞(102)和活塞杆(106)的形式存在的往复质量表示为电感； 将为 隔膜(105)提供回复力的弹簧表示为电容； 将活塞(102)在缸体(101)内运动时的粘滞摩擦 表示为电阻； 将缸体(101)与活塞(102)间的库仑摩擦作为受控电流源， 其方向总是与运动 方向相反， 因此被建模为符号函数； 将 隔膜(105)后面的空气建模为一个并行的LC网络； 声 学元件中， 将整个换能器的辐射阻抗建模为串 行RL网络； 为桥接液压和机械元件， 采用四节 点变压器作为耦合元件。 7.根据权利要求5所述的流体动力式低频换能器的设计方法， 其特征在于， 步骤S03中， 所述的设计参数包括双向控制阀的流量系数、 液压缸中缸体、 活塞和隔膜所涉及的摩 擦力、 隔膜刚度、 管 材的拉伸性能、 油的密度和油的含气量。 8.根据权利要求5所述的流体动力式低频换能器的设计方法， 其特征在于， 步骤S04中， 进行的试验 包括： 步骤S041， 采用激光 位移传感器测量隔膜的位移； 步骤S042， 使用加速计测量阀芯的加速度； 步骤S043， 利用两个压力传感器测量双向控制阀前后的流体压力； 步骤S044， 利用高速相机测量阀芯的位移； 步骤S045， 利用水听器来测量发出的声信号， 进行频谱分析后， 确定工作频率范围， 以 及声源级大小， 与模型 预报的声源级 进行对比， 从而验证技 术指标。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114117957 A 3