一種微型壓電水下推進器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種水下推進裝置，具體涉及一種微型壓電噴水推進器。
【背景技術】
[0002]推進器主要有兩種方式在液體環境中獲得推進力:游泳方式和射流方式。游泳方式從模擬自然界水生動物運動的角度出發，通過推進器游泳運動的方式獲得推進力，具有低擾動、低噪聲、機動靈活等特點，但存在不易加工、成本高等問題；射流方式利用噴射流體所產生的反作用力推動推進器運動，主要的應用包括螺旋槳驅動和泵噴驅動。螺旋槳驅動將電磁電機或內燃機等輸出的動力通過軸傳到螺旋槳上，螺旋槳劃水產生推進力，該種驅動方式具有容易加工、可靠性高和安裝簡便等優點，但存在能源效率低，結構尺寸大，噪音大，起動、加速性能差以及運動靈活性能差等問題；泵噴驅動通過旋轉的葉輪帶動流體噴射，噴出水流的反作用力來推動推進器前進，噴流泵是噴流推進器的核心部件，通常采用軸流泵、混流泵或離心泵，此驅動方式具有抗空泡能力強、操縱性和動力定位性能好、工作平穩噪聲低等優點，但存在體積大、傳動機構復雜、推進泵葉輪拆卸復雜等問題。在此背景下，本實用新型利用壓電泵體積小、結構簡單、電源驅動簡單、易于精確控制的特點，提出一種基于壓電噴流泵的微型水下推進器。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種結構簡單，體積小，工作噪聲小，易于控制，無電磁干擾的水下推進裝置。
[0004]本發明的技術方案如下:
[0005]一種微型壓電水下推進器，屬于水下推進技術領域，其包括前進端端蓋，雙腔壓電噴流泵，可調質量塊和驅動及控制電路，雙腔壓電噴流泵包括蓋板、泵體、圓形壓電振子、入口單向閥、出口單向閥、方形槽。
[0006]壓電泵泵體左右兩側粘有蓋板，泵體由左至右設有左泵腔、方形槽和右泵腔，方形槽布置于泵體的水平中心線上，左、右泵腔對稱布置于方形槽兩側，兩泵腔的結構、尺寸及采用的壓電振子的參數相同。以右泵腔為例，右泵腔由圓形壓電振子分隔為直徑不相等的兩泵腔，在大直徑泵腔前進端開設有一個入口，入口處安裝入口單向閥，入口閥外側與入口管連接；在大直徑泵腔推進端開設有一個出口，出口處安裝出口單向閥，出口閥外側與推進端錐形口相連接。泵體雙腔壓電噴流泵與前進端端蓋固接形成進水腔，進水腔與壓電噴流泵兩泵腔的入口管相通，前進端端蓋正中間開設有一個前進端錐形口，錐形口處安裝有過濾層，避免雜物進入進水腔。
[0007]方形槽內放置可調質量塊和驅動及控制電路。可調質量塊用以保持推進器在水下的重心穩定，驅動及控制電路主要包括控制電路、信號發生電路和功率放大電路，控制電路主要包括微控制器和繼電器，信號發生電路由多路信號發生支路并聯而成，微控制器根據程序設定，控制繼電器的通斷，進而控制信號發生電路中信號發生支路的工作情況，調整信號發生電路的總輸出電壓，功率放大電路將信號發生電路的總輸出電壓放大后施加于雙腔壓電噴流泵壓電振子。
[0008]本實用新型所述的一種微型壓電水下推進器的工作原理如下:在交變電壓驅動下，壓電噴流泵的圓形壓電振子產生左右往復振動，引起泵腔內體積和壓力的變化，在單向閥的配合下形成流體的單向快速噴出，對推進器產生反作用力，推動整個微型水下推進器前進；雙腔壓電噴流泵的兩個泵腔產生的推進力可以根據驅動及控制電路的軟件程序設置進行調節，當水流速度和方向一定時，推進器的運動方向和運動速度可調。
[0009]本實用新型具有結構簡單，體積小、噪聲低、抗電磁干擾、功率密度高和易于控制等優點。
【附圖說明】
[0010]圖1是一種微型壓電水下推進器的剖視圖。
[0011]圖2是圖1中的A-A剖視圖。
[0012]圖3是驅動及控制電路組成框圖。
[0013]圖中:1.前進端錐形口，2.前進端端蓋，3.雙腔壓電噴流泵，4.可調質量塊，5.驅動及控制電路，301.密封層，302.泵體，303.圓形壓電振子，304.入口單向閥，305.出口單向閥，306.右泵腔，307.左泵腔，308.蓋板，501.控制電路，502.信號發生電路，503.功率放大電路。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本專利進一步說明:
[0015]如圖1、圖2所示，一種微型壓電水下推進器主要包括前進端端蓋1、雙腔壓電噴流泵3、可調質量塊4和驅動及控制電路5，壓電噴流泵3包括泵體302、圓形壓電振子303、入口單向閥304、出口單向閥305和蓋板308
[0016]雙腔壓電噴流泵3的泵體302左、右兩側粘有蓋板308，泵體302由左至右設有左泵腔307、方形槽和右泵腔306，左、右泵腔對稱布置于方形槽兩側，兩泵腔的結構、尺寸及采用的壓電振子的參數相同。以右泵腔306為例，右泵腔306由圓形壓電振子303分隔為直徑不相等的兩泵腔，在大直徑泵腔前進端開設有一個入口，入口處安裝入口單向閥304，入口閥外側與入口管連接；在大直徑泵腔推進端開設有一個出口，出口處安裝出口單向閥305，出口閥外側與推進端錐形口相連接。雙腔壓電噴流泵3與前進端端蓋2采用螺栓連接，連接處采用密封圈保護，形成進水腔，進水腔與壓電噴流泵的入口管相通，前進端端蓋2正中間開設有一個前進端錐形口 I，錐形口處安裝有過濾層，避免雜物進入進水腔。
[0017]如圖2、圖3所示，方形槽布置于泵體302的水平中心線上，槽內放置可調質量塊4和驅動及控制電路5。可調質量塊4用以保持推進器在水下的重心穩定，驅動及控制電路6驅動及控制電路包括控制電路501、信號發生電路502和功率放大電路503，控制電路501主要包括微控制器和繼電器，信號發生電路502由多路信號發生支路并聯而成，微控制器根據程序設定，控制繼電器的通斷，進而控制信號發生電路502中信號發生支路的工作情況，調節信號發生電路的總輸出電壓，信號發生電路502的總輸出電壓經功率放大電路503放大后施加于雙腔壓電噴流泵圓形壓電振子。
[0018]在交變電壓驅動下，以右泵腔306為例，壓電噴流泵3的圓形壓電振子303向右運動時，泵腔體積變大，壓力減小，入口單向閥304開啟，液體從進水腔流入泵腔內，實現了壓電噴流泵的吸入過程；壓電噴流泵3的圓形壓電振子303向左運動時，泵腔體積變小，壓力增大，出口單向閥305開啟，液體從泵腔排出，經推進腔后快速噴出，對推進器產生反作用力，推進器向前運動。
[0019]當驅動及控制電路5對左、右泵腔的兩個壓電振子施加相同頻率和幅值的電壓激勵時，兩個泵腔產生的推進力一致，推進器直線運動；當驅動及控制電路對壓電泵兩個壓電振子施加的電壓激勵幅值同時增大時，兩個泵腔產生的推進力同時增大，推進器直線運動速度增大。
[0020]當驅動及控制電路5對左、右泵腔兩個壓電振子施加頻率相同、幅值不同的電壓激勵時，兩個泵腔產生的推進力不同，推進器的運動方向發生偏轉，在水流速度和方向一定的情況下，偏轉的方向和角度由兩個壓電泵產生的推進力差決定。當左泵腔產生的推進力大于右泵腔時，推進器向右偏轉；當左泵腔產生的推進力小于右泵腔時，推進器向左偏轉。
【主權項】
1.一種微型壓電水下推進器，其特征在于:其包括前進端端蓋，雙腔壓電噴流泵，可調質量塊和驅動及控制電路，雙腔壓電噴流泵設有左、右兩個泵腔，兩泵腔的結構和尺寸相同，對稱布置于泵體豎直中心線兩側。
2.根據權利要求1所述的微型壓電水下推進器包含雙腔壓電噴流泵，其特征在于:雙腔壓電噴流泵的兩個泵腔產生的推進力可以根據驅動及控制電路的軟件程序設置進行調節，當水流速度和方向一定時，推進器的運動方向和運動速度可調。
3.根據權利要求1所述的微型壓電水下推進器的驅動及控制電路，其特征在于:主要包括控制電路、信號發生電路和功率放大電路，控制電路主要包括微控制器和繼電器，信號發生電路由多路信號發生支路并聯而成，功率放大電路將信號發生電路的總輸出電壓放大后施加于雙腔壓電噴流泵的圓形壓電振子。
【專利摘要】一種微型壓電水下推進器，屬于水下推進技術領域，其主要包括前進端端蓋，雙腔壓電噴流泵，可調質量塊和驅動及控制電路。雙腔壓電噴流泵設有左、右兩個泵腔，兩泵腔的結構和尺寸相同，對稱布置于泵體豎直中心線兩側；可調質量塊放置于泵體內，用于保持推進器在水下的重心平衡；驅動及控制電路包括控制電路、信號發生電路和功率放大電路，用以驅動及控制推進器的運動速度和運動方向。在驅動及控制電路的激勵信號作用下，雙腔壓電噴流泵將液體從推進端錐形口快速噴出，同時對推進器產生反作用力，推動整個微型水下推進器前進。本實用新型具有結構簡單，體積小，易于控制，工作噪聲小，無電磁干擾等優點。
【IPC分類】B63H11-04
【公開號】CN204433008
【申請號】CN201420742359
【發明人】李曉旭, 程光明, 溫建明, 蔣永華, 陳勝輝
【申請人】浙江師范大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年11月21日