CN115400932A - 一种气动式微型激振器 - Google Patents

Abstract

一种气动式微型激振器，它涉及一种微型激振器。本发明为了解决现有的微型激振器存在测量偏差大而且电磁对数据传递有干扰，而且尺寸大的问题。本发明包括控制中枢(1)、气泵(2)、硬质气管(3)和撞击部分(4)，控制中枢(1)和气泵(2)之间电性连接，气泵(2)和撞击部分(4)之间通过硬质气管(3)密封连接；撞击部分(4)包括气腔外壳和撞针装置，气腔外壳的上部与硬质气管(3)之间密封连接，气腔外壳的下部内水平滑动密封安装有撞针装置，在气泵(2)的带动下实现撞击，所述气腔外壳为直角筒状外壳。本发明能够以极小的质量和体积在狭小的空间运行，适用于微型结构频域测量。本发明微型结构频域测量。

Description

一种气动式微型激振器

技术领域

本发明涉及一种微型激振器，具体涉及一种气动式微型激振器，涉及测量棒状物体的频域结果领域。

背景技术

核电厂中蒸汽发生器传热管束因受到不均匀横流冲刷会产生流致振动，棒状结构的流致振动特性是影响反应堆第一道、第二道辐射屏障完整性的关键因素，棒束干、湿模态是研究流体作用下棒状结构振动响应特性的基础数据。在研究液相介质内棒束结构模态过程中，需要获得棒体振动的频域结果，这就需要给予棒束阶跃激励对棒体进行扫频处理。而由于传热管内径过小，普通的微型激振器尺寸无法安装在其内部进行测试，而如果将激振器安装在外部测量，会影响传热管周围的流场，从而影响模态频率测量结果的准确性。亟需一种可以安装在棒体结构内部的激振器给予阶跃激励。

激振器作为一种用来实现激励的工具，用于满足棒体、管体结构的模态实验研究，进而为研究反应堆燃料元件与传热管束的流致振动行为提供支持。对于微小棒体、管体结构，现有微型激振器无法安装在其内部来进行模态实验研究，要能够测量棒、管体干、湿双模态，需要重新设计一种新的激振器结构。

中国发明专利申请公开号CN101741208B提出一种微型动磁激振器，其结构包括直线电机组件、压缩机组件和悬挂组件。直线电机组件包括同心的磁轭对、励磁线圈和永磁体环；压缩机组件中的汽缸通过汽缸支架固定于磁轭对的中心环内，活塞位于汽缸内，磁轭对悬吊定位于汽缸支架上；悬挂组件为一板弹簧。该版微型动磁激振器，在结构上采用动磁式，利用磁感应原理，将电能转化为机械能，附加在某些机械设备上用以产生激励力，但这种激振器的激振频率难以改变，激振力也不易测量。且电磁会对信号产生共频干扰，影响数据传递，加大了测量结果的偏差。

公开号为CN214347694U的实用新型专利描述了一种微型激振器，包括呈柱体状的外壳体；设置在外壳体外周上的周向吊环和顶部吊环；外壳体内控制板和共振发生器。该实用新型在传统的电磁式激振器的结构基础上优化了激振器的结构，较好的解决了传统电磁式激振频率难以改变、激振力不易测量的问题，但其结构中电磁对数据传递的干扰问题未进行考虑，且该实用新型公布的激振器内部结构丰富，体积较大，在尺寸上未有突破。

综上所述，现有的微型激振器存在测量偏差大而且电磁对数据传递有干扰，而且尺寸大的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的微型激振器存在测量偏差大而且电磁对数据传递有干扰，而且尺寸大的问题。进而提供一种气动式微型激振器。

本发明的技术方案是：一种气动式微型激振器包括控制中枢、气泵、硬质气管和撞击部分，控制中枢和气泵之间电性连接，气泵和撞击部分之间通过硬质气管密封连接；撞击部分包括气腔外壳和撞针装置，气腔外壳的上部与硬质气管之间密封连接，气腔外壳的下部内水平滑动密封安装有撞针装置，在气泵的带动下实现撞击，所述气腔外壳为直角筒状外壳。

进一步地，硬质气管为直角硬质气管。

进一步地，气腔外壳包括竖直圆筒和水平圆筒，竖直圆筒的上端与硬质气管之间密封连接，水平圆筒水平安装在竖直圆筒的下端，撞针装置内嵌在水平圆筒内。

进一步地，水平圆筒与竖直圆筒的下端之间相贯并采用焊接的方式密封连接。

进一步地，竖直圆筒的内径小于水平圆筒的内径。

进一步地，水平圆筒的壁厚大于水平圆筒的壁厚。

进一步地，撞针装置包括撞针、弹簧和垫片，撞针水平滑动密封在水平圆筒内，弹簧的一端位于水平圆筒内并与撞针连接，弹簧的另一端与垫片连接，垫片与水平圆筒内的竖直段侧壁相抵。

进一步地，撞针包括连接板和凸起，连接板为圆形连接板，凸起安装在水平圆筒外侧的圆形连接板中部，连接板和凸起制成一体。

进一步地，垫片的厚度小于连接板的厚度。

进一步地，撞针与水平圆筒的内侧壁之间通过润滑油密封。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明能够以极小的质量和体积在最小尺寸不小于15mm的空间内运行，适用于微型结构频域测量。本发明主要针对核电***中蒸汽发生器传热管振动频域的测量，也适用于其他物体振动的频域测量的实验领域。

2、本发明的激振器启动时，通过气泵的抽放气来控制弹簧的压缩和释放，弹簧释放推动撞针完成激励动作。该气动式微型激振器，抛弃了传统激振器一体化的设计，采用自主设计的新型结构，只将激振器结构中与被测物体直接接触的撞击部分和部分硬质气管设计安装在工作环境中，而将体积较大的气泵和对环境要求较高的控制中枢设计安装在工作环境外，极大地缩小激振器在工作环境中的体积，以此适用于更狭小，环境更复杂的工作环境中。且组件数量少，结构简单，配合稳定可靠。同时可适应棒体结构的干、湿模态测量，稳定、可靠地给予棒体阶跃激励。

3、本发明能够将撞击部分和部分硬质气管安装在微小棒体内部，硬质气管除能够导气外，也可实现激振器的固定。撞击部分能够给予棒体阶跃激励，以此达到测量棒体干、湿模态的目的。

4、本发明的微型激振器，将传统的一体化激振器拆分为两个部分，分别为撞击部分和控制部分，两部分相互配合来完成激振动作。撞击部分负责给予棒体激励，控制部分负责控制激励频率。控制部分由控制中枢、气泵构成，通过调整控制中枢对气泵的输出信号来实现控制激振器频率的目的。撞击部分由气腔外壳、撞针装置两部分组成，撞针装置又分为撞针、弹簧、垫片三部分，通过使用不同劲度系数的弹簧可以改变激振器的最大激振量。控制部分可视为装置的主动部分，撞击部分可视为从动部分。控制部分和撞击部分由硬质气管连接。当该激振器开始工作时，由在经由控制中枢确定频率后控制气泵开始抽气，这使得撞击部分的气腔内空气减少从而外界大气压做功压缩弹簧，到一定程度后气泵停止抽气同时连通大气，弹簧释放，推动撞针敲击被测物体，实现对物体的激振，避免了电磁的干扰。

5、本发明构造两个相互垂直的圆筒(指竖直圆筒5和水平圆筒6)组成激振器的机架，其既可以组装激振器各个部分，又可在激振器深入棒体内部工作时，起到固定激振器作用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；图2是撞击部分的剖视图；图3是撞针装置的结构示意图；图4是本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种气动式微型激振器包括控制中枢1、气泵2、硬质气管3和撞击部分4，控制中枢1和气泵2之间电性连接，气泵2和撞击部分4之间通过硬质气管3密封连接；撞击部分4包括气腔外壳和撞针装置，气腔外壳的上部与硬质气管3之间密封连接，气腔外壳的下部内水平滑动密封安装有撞针装置，在气泵2的带动下实现撞击，所述气腔外壳为直角筒状外壳。

本实施方式的控制部分位于工作环境外部，不与被测物直接接触；撞击部分直接与被测物接触。

本实施方式的激振器的水平圆筒6和撞针装置同轴连接，且撞针装置可从水平圆筒6中拆卸更换。

本实施方式通过对撞针装置和激振器气腔的搭配，能够更加简单可靠地实现控制激振器输出的激振量大小的目的。通过控制中枢1，气泵2实现简单的控制和动力输出功能。在保证尺寸符合要求的前提下，稳定可靠的完成激振动作。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的硬质气管3为直角硬质气管。如此设置，便于硬质气管3与撞击部分4的连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的气腔外壳包括竖直圆筒5和水平圆筒6，竖直圆筒5的上端与硬质气管3之间密封连接，水平圆筒6水平安装在竖直圆筒5的下端，撞针装置内嵌在水平圆筒6内。

如此设置，水平圆筒6便于安装撞针装置，实现激振，竖直圆筒5的长度便于选择合适位置进行激振。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式的水平圆筒6与竖直圆筒5的下端之间相贯并采用焊接的方式密封连接。如此设置，便于保证水平圆筒6在撞针装置激振的情况下还能保证使用强度，不会因激振带来开焊和筒体变形。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的竖直圆筒5的内径小于水平圆筒6的内径。如此设置，结构尺寸更加小巧，便于减小整个结构的质量。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的水平圆筒6的壁厚大于水平圆筒6的壁厚。如此设置，便于减小整个结构的质量。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的撞针装置包括撞针7、弹簧8和垫片9，撞针7水平滑动密封在水平圆筒6内，弹簧8的一端位于水平圆筒6内并与撞针7连接，弹簧8的另一端与垫片9连接，垫片9与水平圆筒6内的竖直段侧壁相抵。如此设置，撞针装置可根据不同劲度系数的弹簧8来组成多套装置。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的撞针7包括连接板7-1和凸起7-2，连接板7-1为圆形连接板，凸起7-2安装在水平圆筒6外侧的圆形连接板中部，连接板7-1和凸起7-2制成一体。如此设置，便于保证激振的力量。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具体实施方式九：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的垫片9的厚度小于连接板7-1的厚度。如此设置，防止垫片9过厚对水平圆筒6内侧壁的冲击，同时还能减少质量。其它组成和连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。

具体实施方式十：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的撞针7与水平圆筒6的内侧壁之间通过润滑油密封。如此设置，便于保持两者接触部位的气密性良好。其它组成和连接关系与具体实施方式一至九中任意一项相同。

结合图1-至图4说明本发明的工作原理：

以从左至右从上到下的顺序，控制中枢1和气泵2以数据线连接，用于传输控制信号，气泵2和撞击部分4通过硬质气管3连接，连接处要保证其气密性合格。

如图2所示，对于撞击部分，气腔外壳分为竖直圆筒5和水平圆筒6，竖直圆筒5可起定位作用，实现控制撞击部分在棒体内部的深浅和激励部位。水平圆筒6内部装有撞针装置，其组成为撞针7、弹簧8和垫片9，三者焊接为一整体，但垫片9不与水平圆筒6焊接。撞针7和水平圆筒6接触部分可用润滑油脂润滑，同时可以保持两者接触部位的气密性良好。

如图3所示，为撞针7、弹簧8和垫片9的撞针装置整体。在使用不同的劲度系数的弹簧时，一套气动式微型激振器可以有多种撞针装置，根据工作需要选择合适的撞针装置可以控制该激振器的激振量。

结合流程图4，当激振器开始工作时，控制中枢先确定气泵的抽放气频率和抽放气体的量，同时确定选用何种配套的撞针装置，以此来确定激振器的工作频率和激振量。确定后，气泵通电，并按照控制中枢的预设开始工作。在一个周期内，气泵抽气使弹簧压缩，压缩到预设程度后气泵放气，弹簧释放，带动撞针向被测物体运动，撞击被测物体完成一次激振，之后气泵和弹簧恢复初始状态，在经过控制中枢预设的时间间隔后，重复上述抽放气动作，进行下一次的激振。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种气动式微型激振器，其特征在于：它包括控制中枢(1)、气泵(2)、硬质气管(3)和撞击部分(4)，控制中枢(1)和气泵(2)之间电性连接，气泵(2)和撞击部分(4)之间通过硬质气管(3)密封连接；撞击部分(4)包括气腔外壳和撞针装置，气腔外壳的上部与硬质气管(3)之间密封连接，气腔外壳的下部内水平滑动密封安装有撞针装置，在气泵(2)的带动下实现撞击，所述气腔外壳为直角筒状外壳。

2.根据权利要求1所述的一种气动式微型激振器，其特征在于：硬质气管(3)为直角硬质气管。

3.根据权利要求1或2所述的一种气动式微型激振器，其特征在于：气腔外壳包括竖直圆筒(5)和水平圆筒(6)，竖直圆筒(5)的上端与硬质气管(3)之间密封连接，水平圆筒(6)水平安装在竖直圆筒(5)的下端，撞针装置内嵌在水平圆筒(6)内。

4.根据权利要求3所述的一种气动式微型激振器，其特征在于：水平圆筒(6)与竖直圆筒(5)的下端之间相贯并采用焊接的方式密封连接。

5.根据权利要求4所述的一种气动式微型激振器，其特征在于：竖直圆筒(5)的内径小于水平圆筒(6)的内径。

6.根据权利要求5所述的一种气动式微型激振器，其特征在于：水平圆筒(6)的壁厚大于水平圆筒(6)的壁厚。

7.根据权利要求1或6所述的一种气动式微型激振器，其特征在于：撞针装置包括撞针(7)、弹簧(8)和垫片(9)，撞针(7)水平滑动密封在水平圆筒(6)内，弹簧(8)的一端位于水平圆筒(6)内并与撞针(7)连接，弹簧(8)的另一端与垫片(9)连接，垫片(9)与水平圆筒(6)内的竖直段侧壁相抵。

8.根据权利要求7所述的一种气动式微型激振器，其特征在于：撞针(7)包括连接板(7-1)和凸起(7-2)，连接板(7-1)为圆形连接板，凸起(7-2)安装在水平圆筒(6)外侧的圆形连接板中部，连接板(7-1)和凸起(7-2)制成一体。

9.根据权利要求8所述的一种气动式微型激振器，其特征在于：垫片(9)的厚度小于连接板(7-1)的厚度。

10.根据权利要求9所述的一种气动式微型激振器，其特征在于：撞针(7)与水平圆筒(6)的内侧壁之间通过润滑油密封。

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