一種具有間隙密封結構的活塞發聲器及其調整方法
【專利摘要】一種具有間隙密封結構的活塞發聲器，包括腔體，活塞和支撐裝置；腔體與活塞之間有導向件，導向件的外表面與腔體內壁密封連接，內表面與活塞構成間隙配合，導向件和腔體同軸；導向件的外表面有環形氣槽，環形氣槽內均布有指向導向件軸線的連通氣孔，氣源接口與環形氣槽連通。活塞發聲器的安裝調整方法包括，使腔體水平放置并使其軸線與驅動部件軸線共面；將活塞插入通入高壓氣的導向件中，活塞被浮起并與腔體對中；在活塞的法蘭與導向件之間放入量塊，確定活塞的平衡位置和腔體的容積，使活塞法蘭與驅動部件貼緊并緊固，將腔體與腔體底板緊固；移除量塊，關閉高壓氣源。本發明具有能夠降低腔體內的聲壓泄露，同時保證活塞與腔體不發生摩擦的優點。
【專利說明】一種具有間隙密封結構的活塞發聲器及其調整方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于聲學計量【技術領域】，特別是涉及一種活塞發聲器及其安裝調整方法。
技術背景
[0002]傳聲器是將聲音信號轉換為電信號的能量轉換器件，是電聲系統的重要環節，廣泛地應用于聲樂、通信、航天等諸多領域。為了保證傳聲器輸出信號準確有效，按照計量檢定規程的規定，必須在出廠前或使用一段時間后，對傳聲器的靈敏度、頻率響應等各項性能指標進行校準。
[0003]活塞發聲器是實現傳聲器聲壓靈敏度校準的重要裝置，它通過激勵裝置驅動活塞做給定頻率和振幅的正弦振動，在腔體內形成可確定聲壓的聲場，與傳聲器的開路電壓對比即可確定其聲壓靈敏度。校準時傳聲器前端插入腔體，振動膜片的前側與腔體內的聲場接觸，而振動膜片后腔則與外界環境聯通，為了降低外界環境波動(如氣壓和溫度變化)對傳聲器校準結果的影響，需要腔體也與外界環境聯通平衡二者間靜壓，這由活塞與腔體之間的間隙實現。然而活塞與腔體之間的間隙是活塞發聲器設計的難點之一，主要原因在于:
I)若間隙過小，活塞往復運動過程中，很容易與腔體之間產生摩擦，從而產生摩擦噪聲和活塞輸出的位移波形失真(即不是理想的正弦波)，進而造成聲壓信號也產生失真；2)若間隙過大，活塞與腔體之間的間隙構成了氣體媒質的流通通道，將引起腔體內聲壓的泄漏，從而產生聲壓泄漏誤差，而且活塞發聲器的工作頻率越低，泄漏誤差越大。

【發明內容】

[0004]為了克服現有的活塞發聲器結構存在活塞輸出低失真的位移波形和降低腔體內聲壓的泄露兩項指標相互掣肘的缺點，即:在可實現的裝配精度前提下，若要進一步降低腔體內的聲壓泄漏，必然要減小活塞與腔體間的間隙，或增加額外的密封裝置，這易于增加活塞運動中與腔體間的摩擦，難以保證活塞輸出低失真的位移波形；或者若要降低活塞輸出的位移波形失真度，必然要增大活塞與腔體間的間隙，導致腔體內聲壓的泄漏增大。本發明提供了一種能夠既降低活塞與腔體間的摩擦又降低腔體內的聲壓泄露的活塞發聲器以及該活塞發聲器的安裝調整方法。
[0005]一種具有間隙密封結構的活塞發聲器，包括腔體，用于與激振裝置的驅動部件連接的活塞和托持腔體的支撐裝置；其特征在于:腔體與活塞之間設有導向件，導向件的外表面與腔體內壁密封連接，導向件的內表面與活塞構成間隙配合，導向件和腔體同軸；所述的導向件的外表面開設有環形氣槽，導向件內設有連通環形氣槽和導向件內圓柱面的連通氣孔，連通氣孔指向導向件軸線，腔體上設有氣源接口，氣源接口與環形氣槽連通。
[0006]進一步，同一圓周上的連通氣孔形成一個氣孔組，且連通氣孔在圓周內均勻分布，氣孔組的數量為至少兩排，且在環形氣槽內沿軸向均勻分布；環形氣槽的中間橫截面與導向件的中間橫截面重合；連通氣孔如此設置能夠保證高壓氣對活塞的托持力沿活塞軸向和徑向均勻分布。[0007]進一步，所述的活塞包括可與激振裝置的驅動部件連接的法蘭和圓柱形的活塞體，活塞體中空；活塞體位于腔體內的一端封閉構成發聲端面,活塞體的另一端開口，法蘭為沿活塞體的開口端向外延伸的一圈環邊；活塞體中空使得活塞質量輕，易于得到較高的活塞運動加速度。
[0008]進一步，所述的支撐裝置包括底座，可調墊鐵，腔體底板和腔體支座；腔體的兩端分別設有腔體支座，腔體上設有環形安裝槽；腔體支座包括頂蓋和下支座，頂蓋和下支座圍成與環形安裝槽配合的安裝孔，頂蓋和下支座固定，腔體鎖緊于安裝孔內；底座、可調墊鐵、腔體底板均位于激振裝置的前側，相對于驅動部件軸線所在鉛垂面對稱放置；腔體底板通過可調墊鐵托持放置于底座上；腔體底板的上、下表面均為平面；
下支座兩側分別設有向外延伸的凸臺，每個凸臺均配有壓塊，壓塊可一端壓住凸臺，另一端貼緊腔體底板，壓塊上穿設有緊固螺栓，腔體底板上設有T型槽，緊固螺栓的頭部位于T型槽內，緊固螺栓的尾部連接有蝶形螺母，可通過蝶形螺母將凸臺與腔體底板緊固，進而固定下支座。
[0009]安裝調整所述的活塞發聲器的方法包括以下步驟:
1)、將激振裝置的驅動部件鎖緊于平衡位置(驅動部件軸線已經調至水平)，然后將具有導向件的腔體放置在支撐裝置上，調整可調墊鐵，使腔體水平放置并使其軸線與驅動部件軸線處于同一水平面；
2)、向導向件內通入高壓氣(為保證腔體內氣壓不至上升，打開腔體的端蓋)，將活塞插入導向件中，活塞被高壓氣浮起，氣膜均勻分布于活塞與導向件之間，活塞與腔體自動對中；
3)、在活塞的法蘭與導向件之間放入量塊，量塊的長度已知，當量塊一端貼緊導向件，另一端貼緊活塞法蘭時，活塞在腔體內的平衡位置確定，從而可精確得到腔體內的有效容積；調整腔體位置，使活塞法蘭與驅動部件貼緊(為保證結合面貼緊，可微調可調墊鐵)，驅動部件、活塞和腔體同軸；將活塞法蘭和驅動部件采用螺釘連接，擰緊蝶形螺母將腔體與腔體底板緊固在一起，這樣驅動部件、活塞和腔體之間的位置被確定；
4)、移除量塊，關閉高壓氣源。此時驅動部件、活塞和腔體同軸，由于驅動部件、活塞和導向件均為軸對稱結構，且激振方向與驅動部件軸線同軸，即實現了活塞往復運動時精確地位于導向件中央，且不接觸。
[0010]步驟3)中，利用量塊保證活塞在腔體內的平衡位置，從而精確得到腔體內的有效容積的依據為:自定義活塞在腔體內的平衡位置，量塊長度等于處于平衡位置時活塞的法蘭與導向件間的距離，將其作為調整過程中保證活塞在腔體內平衡位置的定位裝置，從而可以保證腔體內的有效容積。
[0011]步驟4)中，檢查活塞運動中是否與導向件產生摩擦或碰撞的方法為:輕推活塞，如果活塞可在導向件內自由滑動，則活塞與導向件對中良好，安裝調整過程結束；如果活塞運動中出現卡頓或卡死則重復步驟I)?4)，直至活塞運動順暢為止。
[0012]本發明通過在腔體和活塞之間設置導向件，向導向件內通入高壓氣，使活塞與導向件之間形成均勻的氣膜，從而實現活塞和導向件自動對中。利用氣膜的懸浮作用保證活塞與腔體對中的精確度高，進而能夠選擇盡可能小的活塞與導向件間隙配合，既保證活塞與導向件不接觸又降低腔體內聲壓的泄漏。[0013]通過調整可調墊鐵的高度來調節腔體底板的水平和高度，使腔體水平放置，使腔體和激振裝置驅動部件的軸線處于同一水平面；利用量塊保證活塞在腔體內的平衡位置，從而可精確得到腔體內的有效容積；通過調整腔體支座的位置，至活塞法蘭與驅動部件貼緊，實現驅動部件、活塞和腔體同軸，且驅動部件、活塞和腔體之間的相對位置被確定。
[0014]本發明利用在導向件與活塞之間形成高壓氣膜實現活塞與導向件的自動對中，從而能夠選擇盡可能小的活塞與導向件間隙配合，既能夠降低腔體內聲壓的泄露，減小聲壓泄漏誤差；又能夠保證活塞相對導向件運動時精確地位于導向件中央，不產生摩擦，降低活塞輸出的位移波形失真度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的剖視圖。
[0016]圖2是腔體的示意圖。
[0017]圖3是導向件的示意圖。
[0018]圖4是本發明的分解示意圖。
[0019]圖5是壓塊與底板連接的局部剖視圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
如圖1、2所示，一種具有間隙密封結構的活塞發聲器，包括腔體4，用于與激振裝置的驅動部件22連接的活塞I和托持腔體4的支撐裝置；腔體4與活塞I之間設有導向件3，導向件3的外表面與腔體4內壁密封連接，導向件3的內表面與活塞I構成間隙配合，導向件3和腔體4同軸；所述的導向件3的外表面開設有環形氣槽10，導向件3內設有連通環形氣槽10和導向件3內圓柱面的連通氣孔11，連通氣孔11指向導向件3軸線，腔體4上設有氣源接口 13，氣源接口 13與環形氣槽10連通。
[0021]如圖3所示，同一圓周上的連通氣孔11形成一個氣孔組，且連通氣孔11在圓周內均勻分布，氣孔組的數量為至少兩排，且在環形氣槽10內沿軸向均勻分布；環形氣槽10的中間橫截面與導向件3的中間橫截面重合；連通氣孔11如此設置能夠保證高壓氣對活塞I的托持力沿活塞I軸向和徑向均勻分布。
[0022]所述的活塞I包括可與激振裝置的驅動部件22連接的法蘭和圓柱形的活塞體，活塞體中空；活塞體位于腔體4內的一端封閉構成發聲端面，活塞體的另一端開口，法蘭為沿活塞體的開口端向外延伸的一圈環邊；活塞體中空使得活塞I的質量輕，易于得到較高的活塞I運動加速度。
[0023]如圖1、4所示，支撐裝置包括底座9，可調墊鐵8，腔體底板7和腔體支座5 ;腔體4的兩端分別設有腔體支座5，腔體4上設有環形安裝槽14 ;腔體支座5包括頂蓋15和下支座16，頂蓋15和下支座16圍成與環形安裝槽14配合的安裝孔，頂蓋15和下支座16固定連接將腔體4鎖緊于安裝孔內；底座9、可調墊鐵8、腔體底板7均位于激振裝置的前側，相對于驅動部件22軸線所在鉛垂面對稱放置；腔體底板7通過可調墊鐵8托持放置于底座9上；腔體底板7的上、下表面均為平面。
[0024]如圖4、5所示，下支座16兩側分別設有向外延伸的凸臺18，每個凸臺18均配有壓塊6，壓塊6可一端壓住凸臺18，另一端貼緊腔體底板7，壓塊6上穿設有緊固螺栓21，腔體底板7上設有T型槽19，緊固螺栓21的頭部位于T型槽19內，緊固螺栓21的尾部連接有蝶形螺母20，可通過蝶形螺母20將凸臺18與腔體底板7緊固，進而固定下支座16。
[0025]本發明通過在腔體4和活塞I之間設置導向件3，向導向件3內通入高壓氣，活塞I與導向件3之間形成均勻的氣膜，從而實現活塞I和導向件3自動對中。利用氣膜的懸浮作用來保證活塞I與腔體4對中的精確度高，進而能夠選擇盡可能小的活塞I與導向件3間隙配合，既保證活塞I與導向件3不接觸又降低腔體4內聲壓的泄漏。
[0026]通過調整可調墊鐵8的高度來調節腔體底板7的水平和高度，使腔體4水平放置，使驅動部件22和腔體4的軸線處于同一水平面；利用量塊2保證活塞I在腔體4內的平衡位置，從而可精確得到腔體內的有效容積；通過調整腔體支座5的位置，至活塞I法蘭與驅動部件22貼緊，并采用螺釘緊固，實現腔體4、活塞I和驅動部件22同軸，同時驅動部件22、活塞I和腔體4之間的相對位置被確定。
[0027]量塊2具有確定的設計尺寸，利用量塊2保證活塞I在腔體4內的平衡位置，從而精確得到腔體內的有效容積的依據為:任意定義活塞I在腔體4內的平衡位置，量塊2長度等于處于平衡位置時活塞I的法蘭與導向件3間的距離，將其作為調整過程中保證活塞I在腔體4內平衡位置的定位裝置，從而可以保證腔體4內的有效容積。
[0028]本發明利用在導向件3與活塞I之間形成高壓氣膜來實現活塞I與導向件3的自動對中，從而能夠選擇盡可能小的活塞I與導向件3間隙配合，既能夠降低腔體4內的聲壓泄露，減小聲壓泄漏誤差；又能保證活塞I相對導向件3運動時精確地位于導向件3中央，不產生摩擦，降低活塞I輸出的位移波形失真度。
[0029]實施例2
安裝調整所述的活塞發聲器的方法包括以下步驟:
1)、將激振裝置的驅動部件22鎖緊于平衡位置(驅動部件22的軸線已經調至水平)，然后將具有導向件3的腔體4放置在支撐裝置上，調整可調墊鐵8，使腔體4呈水平放置并與驅動部件22軸線處于同一水平面；
2)、向導向件3內通入高壓氣(為保證腔體內氣壓不至上升，打開腔體4左側的端蓋26)，將活塞I插入導向件3中，活塞I被高壓氣浮起，氣膜均勻分布于活塞I與導向件3之間，活塞I與腔體4自動對中；
3)、在活塞I的法蘭與導向件3之間放入量塊2，量塊2的長度已知，當量塊2—端貼緊導向件3，另一端貼緊活塞I法蘭時，活塞I在腔體4內的平衡位置確定，從而可精確得到腔體4內的有效容積；調整腔體4位置，使活塞I法蘭與驅動部件22貼緊(為保證結合面相互平行，可以微調可調墊鐵8)，驅動部件、活塞和腔體同軸；將活塞I和驅動部件22用螺釘連接在一起，擰緊蝶形螺母20將腔體4與腔體底板7緊固在一起，這樣驅動部件22、活塞
1、腔體4之間的位置被確定；
4)、移除量塊2，關閉高壓氣源。此時驅動部件22、活塞I和腔體4同軸，由于驅動部件22、活塞I和導向件3均為軸對稱結構，且激振方向與驅動部件22軸線同軸，即實現了活塞I往復運動時位于導向件3中央，且不接觸。
[0030]步驟4)中，檢查活塞I運動中是否與導向件3產生摩擦或碰撞的方法為:輕推活塞I，如果活塞I可在導向件3內自由滑動，則活塞I與導向件3對中良好，安裝調整過程結束；如果活塞I運動中出現卡頓或卡死則重復步驟I)?4)，直至活塞I運動順暢為止。
[0031]本發明通過調整可調墊鐵8的高度，使腔體4和驅動部件22的軸線處于同一水平面；利用量塊2保證活塞I在腔體4內的平衡位置，從而可精確得到腔體4內的有效容積；通過調整腔體4位置，實現腔體4、活塞I和驅動部件22同軸，并最終確定驅動部件22、活塞I和腔體4之間的相對位置。
[0032]通過此調整方法，利用在活塞I與導向件3之間形成的均勻高壓氣膜實現活塞I與導向件3的自動對中，進而能夠選擇盡可能小的活塞I與導向件3間隙配合，既能夠降低腔體4內聲壓的泄露，減小聲壓泄漏誤差；又能夠保證活塞I在相對導向件3運動時位于中央，而不發生摩擦，降低活塞I輸出的位移波形失真度。
[0033]本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發明的保護范圍也及于本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1.一種具有間隙密封結構的活塞發聲器，包括腔體，用于與激振裝置的驅動部件連接的活塞和托持腔體的支撐裝置；其特征在于:腔體與活塞之間設有導向件，導向件的外表面與腔體內壁密封連接，導向件的內表面與活塞構成間隙配合，導向件和腔體同軸；所述的導向件的外表面開設有環形氣槽，導向件內設有連通環形氣槽和導向件內圓柱面的連通氣孔，連通氣孔指向導向件軸線，腔體上設有氣源接口，氣源接口與環形氣槽連通。
2.如權利要求1所述的具有間隙密封結構的活塞發聲器，其特征在于:同一圓周上的連通氣孔形成一個氣孔組，且連通氣孔在圓周內均勻分布，氣孔組的數量為至少兩排，且在環形氣槽內沿軸向均勻分布；環形氣槽的中間橫截面與導向件的中間橫截面重合。
3.如權利要求2所述的具有間隙密封結構的活塞發聲器，其特征在于:所述的活塞包括可與激振裝置的驅動部件連接的法蘭和圓柱形的活塞體，活塞體中空；活塞體位于腔體內的一端封閉構成發聲端面，活塞體的另一端開口，法蘭為沿活塞體的開口端向外延伸的一圈環邊。
4.如權利要求3所述的具有間隙密封結構的活塞發聲器，其特征在于:所述的支撐裝置包括底座，可調墊鐵，腔體底板和腔體支座；腔體的兩端分別設有腔體支座，腔體上設有環形安裝槽；腔體支座包括頂蓋和下支座，頂蓋和下支座圍成與環形安裝槽配合的安裝孔，頂蓋和下支座固定，腔體鎖緊于安裝孔內；底座、可調墊鐵、腔體底板均位于激振裝置的前偵牝相對于驅動部件軸線所在鉛垂面對稱放置；腔體底板通過可調墊鐵放置于底座上；腔體底板的上、下表面均為平面；下支座兩側分別設有向外延伸的凸臺，每個凸臺均配有壓塊，壓塊可一端壓住凸臺，另一端貼緊腔體底板，壓塊上穿設有緊固螺栓，腔體底板上設有T型槽，緊固螺栓的頭部位于T型槽內，緊固螺栓的尾部連接有蝶形螺母。
5.安裝調整如權利要求1-4之一所述的活塞發聲器的方法包括以下步驟: 1)、將激振裝置的驅動部件鎖緊于平衡位置，然后將具有導向件的腔體放置在支撐裝置上，調整可調墊鐵，使腔體呈水平放置并使其軸線與驅動部件軸線處于同一水平面； 2)、向導向件內通入高壓氣，將活塞插入導向件中，活塞被高壓氣浮起，氣膜均勻分布于活塞與導向件之間，活塞與腔體自動對中； 3)、在活塞的法蘭與導向件之間放入量塊，當量塊一端貼緊導向件，另一端貼緊活塞法蘭時，活塞在腔體內的平衡位置確定，精確得到腔體內的有效容積；調整腔體位置，使活塞法蘭與驅動部件貼緊，驅動部件、活塞和腔體同軸；將活塞法蘭和驅動部件采用螺釘連接，擰緊蝶形螺母將腔體與腔體底板緊固在一起； 4)、移除量塊，關閉高壓氣源。
6.如權利要求5所述的活塞發聲器的安裝調整方法，其特征在于:步驟3)中，量塊長度等于處于平衡位置的活塞法蘭與導向件間的間隙。
7.如權利要求5所述的活塞發聲器的安裝調整方法，其特征在于:步驟4)中，檢查活塞運動中是否與導向件產生摩擦或碰撞的方法為:輕推活塞，如果活塞可在導向件內自由滑動，則活塞與導向件對中良好，安裝調整過程結束；如果活塞運動中出現卡頓或卡死則重復步驟I)?4)，直至活塞運動順暢為止。
【文檔編號】H04R29/00GK103702272SQ201310648601
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】何聞, 張帆, 賈叔仕, 庹青林, 李勁林 申請人:浙江大學