CN103533466A - 使用扬声器发射超声波的音腔结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用扬声器发射超声波的音腔结构，属于超声波测距的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述使用扬声器发射超声波的音腔结构，包括外壳以及位于所述外壳内的扬声器；所述扬声器的底端通过第二扬声器固定支架安装于外壳的底部，扬声器的前端通过第一扬声器固定支架与外壳连接，第一扬声器固定支架的外侧设有网罩，第一扬声器固定支架与网罩间形成前声腔，第一扬声器固定支架与外壳的底壁间形成后声腔，所述后声腔通过第一扬声器固定支架上的泄漏孔与前声腔相连通。本发明结构紧凑，能提升超声波传播的距离，增大超声波传播角度，降低中低频声波的干扰，提高测量精度，适应范围广，安全可靠。

Description

使用扬声器发射超声波的音腔结构

技术领域

本发明涉及一种音腔结构，尤其是一种使用扬声器发射超声波的音腔结构，属于超声波测距的技术领域。

背景技术

目前，超声波测距的技术已经比较成熟，并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响，环境适合性比较好，在很多行业得到了广泛的使用。但也存在一些问题，如测量精度有待提高，测量距离不够远，普遍只有10米之内，远的也只有几十米；一些高精度或远距离的产品的电路复杂，成本较高；依然存在一定距离的盲区；市场上的超声波传感器的大部分发射角都比较小，不适合在一些特殊的场合应用等。如在变电站运行检修中，稍有失误就有可能引发安全事故，因此需要操作人员严格按照规范，在正确操作区域中的正确位置对正确的操作对象进行规范操作。由超声波传感器组成的定位系统具有不受复杂电磁环境等因素干扰的技术特点，是在变电站内部进行精确定位的有效技术，可以对操作人员进行定位检测，提醒操作人员在正确的位置对正确的对象实施正确操作，避免因位置错误，操作对象错误等而引起安全事故。现有的超声波传感器由于成本较高、发射角度较小，在成本和技术上都不利于大规模使用。

目前，国内外的相关人员主要集中在超声波回波处理、新型换能器研发、发射脉冲选取等几个方面进行努力攻关，很少见到研究超声波音腔结构设计的，虽然相关人员取得了一些不错的研究成果，但这些高性能的超声波传感器成本都比较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种使用扬声器发射超声波的音腔结构，其结构紧凑，能提升超声波传播的距离，增大超声波传播角度，降低中低频声波的干扰，提高测量精度，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述使用扬声器发射超声波的音腔结构，包括外壳以及位于所述外壳内的扬声器；所述扬声器的底端通过第二扬声器固定支架安装于外壳的底部，扬声器的前端通过第一扬声器固定支架与外壳连接，第一扬声器固定支架的外侧设有网罩，第一扬声器固定支架与网罩间形成前声腔，第一扬声器固定支架与外壳的底壁间形成后声腔，所述后声腔通过第一扬声器固定支架上的泄漏孔与前声腔相连通。

所述网罩通过网罩固定圈安装于外壳内。所述扬声器的扬声器电气引脚穿过外壳的底壁后伸出外壳外。

所述第一扬声器固定支架与外壳间通过卡槽连接。所述网罩固定圈与外壳间通过卡槽连接。

本发明的优点：扬声器通过第一扬声器固定支架及第二扬声器固定支架安装于外壳内，并在外壳内形成前声腔以及后声腔，后声腔通过泄漏孔与前声腔相连通，使得扬声器的正面和背面声波相位相差180度的特点，滤除中低频噪声，提高超声波的信噪比，从而实现高精度和远距离的测量。又由于扬声器振动膜的面积远小于网罩的面积，实现了较大的超声波发射角度，结构紧凑，提高测量精度，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的右视图。

图3为超声波发射机与超声波接收机位于同一位置时的测距示意图。

图4为超声波发射机与超声波接收机位于不同位置时的测距示意图。

附图标记说明：1-外壳、2-后声腔、3-第一扬声器固定支架、4-泄漏孔、5-前声腔、6-网罩、7-扬声器、8-扬声器电气引脚、9-网罩固定圈及10-第二扬声器固定支架。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示：为了能够提升超声波传播的距离，增大超声波传播角度，降低中低频声波的干扰，本发明包括外壳1以及位于所述外壳1内的扬声器7；所述扬声器7的底端通过第二扬声器固定支架10安装于外壳1的底部，扬声器7的前端通过第一扬声器固定支架3与外壳1连接，第一扬声器固定支架3的外侧设有网罩6，第一扬声器固定支架3与网罩6间形成前声腔5，第一扬声器固定支架3与外壳1的底壁间形成后声腔2，所述后声腔2通过第一扬声器固定支架3上的泄漏孔4与前声腔5相连通。

具体地，外壳1为整个超声波音腔结构的壳体，扬声器7通过第二扬声器固定支架10安装于外壳1内的底部，第二扬声器固定支架10位于外壳1的底壁上，并能够支撑扬声器7，扬声器7的顶端通过第一扬声器固定支架3与外壳1连接，从而能够将扬声器7安装在外壳1内。所述网罩6通过网罩固定圈9安装于外壳1内。所述扬声器7的扬声器电气引脚8穿过外壳1的底壁后伸出外壳1外。所述第一扬声器固定支架3与外壳1间通过卡槽连接。所述网罩固定圈9与外壳1间通过卡槽连接。网罩6以及网罩固定圈9均采用细金属丝制成，网罩6及网罩固定圈9均位于外壳1的端口部。

整个结构组装完成后，在外壳1内部会形成后声腔2和前声腔5的声波腔体，音腔结构的前声腔5主要对高频部分影响较大，后声腔2主要对中低频影响较大，由于扬声器7正面声波和背面声波的相位刚好相差180度，后声腔2的声波可以通过泄漏孔4传到前声腔，这样前声腔5的中低频声波会发生180的相位干涉，导致中低频声波消失，这种现象也叫“声音短路”，依照此原理，本发明的音腔结构可以实现对中低频声波的滤波，形成事实上的高通滤波器，消弱了中低频声波对超声波的干扰，提高了超声波的信噪比，实现超声波较高精度的测量。这和音乐播放器的扬声器音腔设计不同，为了较高的声音品质，音乐播放器的音腔在设计上要求完全避免前后声腔相互连通，防止中低频声波“声音短路”现象发生，损害声音的品质。

网罩6主要起保护作用，防止异物进入外壳1内部影响超声波的发射，网罩6外侧完全是开放的空间，这种设计非常有利于超声波的发射，提高超声波传输的距离，实现超声波较远的距离的测量。这里同样和音乐播放器的扬声器音腔防尘罩设计不同，音乐播放器的扬声器音腔防尘罩一般采用布质材料，防尘罩外侧还会设计有出声孔，出声孔一般占扬声器震动面积的5%-15%，同时结合前声腔的设计，会产生一个高频声波的截止谐振频率，形成一个事实上的低通滤波器，低通滤波器会消弱3dB带宽外的高频成分，提高音频播放器的声音品质。

从图1上可以看出，扬声器7的振动膜的面积远小于网罩6的面积，扬声器7发出的超声波可以无阻碍的发射出去，超声波的发射角比较大，这种较大发射角的超声波传感器在一些特殊场合特别适用，成本也比较低。如在变电站运维作业现场中，变电站内设备较多，布置也比较复杂，且一旦安装后不再随意变动，在使用超声波定位技术对运维人员及操作对象进行定位检测时，需要克服各种电力设备和硬件基础设施阻碍超声波信号传输以及复杂电磁环境等因素的影响，超声波传感器较大的辐射角度，非常有利于超声波接收装置位置的选取和安装，有效的提高系统定位精度。

工作原理：超声波电信号通过扬声器电气引脚8进入扬声器7，扬声器7把超声波电信号转换为超声波物理声波信号，声波信号分别从后声腔2和前声腔5中开始传播，由于前声腔5对高频部分影响较大，后声腔2对中低频影响较大，且扬声器7正面声波和背面声波的相位刚好相差180度，后声腔2的声波通过泄漏孔4传到前声腔5，前声腔5的中低频声波会发生180的相位干涉，中低频声波消失，提高了前声腔5中超声波信号的信噪比。之后超声波信号通过细金属丝网罩6发射出去，由于细金属丝网罩6面积比扬声器振动膜大的多，且细金属丝网罩6外侧是完全开放的空间，所以超声波可以以较大的角度传输较远的距离，超声波信号接收机收到超声波信号后，通过传输时间差Δt和声波传输速度V算出距离S。

如图3所示：为超声波发射机与超声波接收机位于同一位置时，测距的示意图，距离S为S=V*Δt/2。如图4所示：当超声波发射机与超声波接收机位于不同位置时，测距的示意图，距离S为S=V*Δt。

由于超声波传播速度V与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果要提高测距精度，则需要通过温度补偿的方法加以修正。

本发明扬声器7通过第一扬声器固定支架3及第二扬声器固定支架10安装于外壳1内，并在外壳1内形成前声腔5以及后声腔2，后声腔2通过泄漏孔4与前声腔5相连通，使得扬声器7的正面和背面声波相位相差180度的特点，滤除中低频噪声，提高超声波的信噪比，从而实现高精度和远距离的测量。又由于扬声器7振动膜的面积远小于网罩6的面积，实现了较大的超声波发射角度，结构紧凑，提高测量精度，适应范围广，安全可靠。

Claims (5)

1. 一种使用扬声器发射超声波的音腔结构，其特征是：包括外壳（1）以及位于所述外壳（1）内的扬声器（7）；所述扬声器（7）的底端通过第二扬声器固定支架（10）安装于外壳（1）的底部，扬声器（7）的前端通过第一扬声器固定支架（3）与外壳（1）连接，第一扬声器固定支架（3）的外侧设有网罩（6），第一扬声器固定支架（3）与网罩（6）间形成前声腔（5），第一扬声器固定支架（3）与外壳（1）的底壁间形成后声腔（2），所述后声腔（2）通过第一扬声器固定支架（3）上的泄漏孔（4）与前声腔（5）相连通。

2.根据权利要求1所述的使用扬声器发射超声波的音腔结构，其特征是：所述网罩（6）通过网罩固定圈（9）安装于外壳（1）内。

3.根据权利要求1所述的使用扬声器发射超声波的音腔结构，其特征是：所述扬声器（7）的扬声器电气引脚（8）穿过外壳（1）的底壁后伸出外壳（1）外。

4.根据权利要求1所述的使用扬声器发射超声波的音腔结构，其特征是：所述第一扬声器固定支架（3）与外壳（1）间通过卡槽连接。

5.根据权利要求2所述的使用扬声器发射超声波的音腔结构，其特征是：所述网罩固定圈（9）与外壳（1）间通过卡槽连接。

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