CN108348158A - 使用多个窄带换能器阵列来提供宽带超声换能器设备的技术以及使用所述技术的野生动物阻吓方法 - Google Patents

使用多个窄带换能器阵列来提供宽带超声换能器设备的技术以及使用所述技术的野生动物阻吓方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种宽带超声换能器设备(UTD)，其利用被分组到各个单频子阵列中的多个窄带压电元件来提供能够以达到或超出其他DU方法的声压电平在广大的覆盖面积上发出超声能量的相对简单、高度可靠的阻吓单元(DU)。在一个实施例中，宽带UTD包括被配置成耦合到多个压电子阵列平板的外罩部分。每一个压电子阵列平板包括多个口袋或空腔，以便接收具有使得每一个压电子阵列平板在特定谐振频率下发出超声能量的特性(例如几何结构和材料组成)的对应的窄带(例如1‑3kHz)压电换能器元件。UTD的控制器实施一种控制方案，以便在包括用于阻吓应用的单频模式和白噪声模式的多种输出模式下发出超声能量。

Description

使用多个窄带换能器阵列来提供宽带超声换能器设备的技术 以及使用所述技术的野生动物阻吓方法
相关申请的交叉引用
本非临时申请要求2015年11月3日提交的美国临时专利申请No.62/250,240的权益，该申请的全部内容通过引用的方式被合并在本文中。
技术领域
本公开内容总体上涉及超声换能器设备，更具体来说涉及使用在阻吓应用中的具有多个压电换能器子阵列的宽带超声换能器设备。
背景技术
许多形式的可再生能源(比如风力涡轮机)会危及栖息在附近的野生动物，比如蝙蝠和其他动物。用以阻吓野生动物的一些解决方案使用超声换能器设备(UTD)，所述超声换能器设备以足够的声压电平输出特定的频率以使得动物避开危险区域。举例来说，风力涡轮机结构可以包括布置在策略性位置处的多个UTD，以便防止蝙蝠被涡轮机叶片杀死或伤害。这样的一种方法包括使用宽带静电型超声(ETU)换能器。这样的ETU换能器设备常常是不可靠的，并且在户外和工业环境中经受短的MTBF。
附图说明
通过阅读后面结合附图作出的详细描述，将会更好地理解前述及其他特征和优点，其中：
图1示出了根据本公开内容的一个实施例配置的示例性宽带超声换能器设备(UTD)的示意图。
图2所示出的图表示出了具有六(6)个窄带压电换能器叠加的频率范围的静电换能器的声压电平(SPL)与频率的关系曲线图。
图3A示出了根据本公开内容的一个实施例的示例性压电子阵列平板。
图3B示出了根据本公开内容的一个实施例的图1的压电子阵列平板的剖面图。
图4示出了根据本公开内容的一个实施例的具有与之耦合的压电子阵列平板的阵列的宽带UTD外罩的示例性透视图。
图5示出了根据本公开内容的一个实施例的图4的宽带UTD外罩的另一个示例性透视图，其具有耦合到每一个对应的压电子阵列平板的覆盖部分。
图6示出了根据本公开内容的一个实施例的图4的宽带UTD外罩的背面的另一个示例性透视图。
图7示出了根据本公开内容的一个实施例的用于驱动多个压电子阵列发出随机谐振频率的示例性处理。
图8示出了图7的示例性处理的实施期间的用于宽带UTD的示例性定时图。
图9示出了根据本公开内容的一个实施例的用于驱动多个压电子阵列发出有色白噪声或者使得每一个压电子阵列平板发出单一谐振频率的另一个示例性处理。
图10示出了图9的示例性处理的实施期间的用于宽带UTD的示例性定时图。
图11示出了根据本公开内容的一个实施例的用于由宽带UTD进行频率调节的示例性处理。
图12A所示出的极坐标曲线图示出了针对利用在某些阻吓单元中的静电换能器元件的1/2波束宽度。
图12B示出了针对静电换能器元件的1/2波束宽度的三维曲线图。
图13A所示出的极坐标曲线图示出了针对根据本公开内容的一个实施例配置的UTD的1/2波束宽度。
图13B示出了针对根据本公开内容的一个实施例配置的UTD的1/2波束宽度的三维曲线图。
图14示出了根据本公开内容的一个实施例的宽带UTD的示例性透视图。
图15示出了根据本公开内容的一个实施例的图14的宽带UTD的另一个示例性透视图。
图16示出了根据本公开内容的一个实施例的沿着A-A一线取得的图15的宽带UTD的剖面图。
图17示出了根据本公开内容的一个实施例的把压电元件电耦合到宽带UTD的相关联的电路的柔性导电材料。
图18示出了根据本公开内容的一个实施例的图14的UTD的另一个剖面图。
图19示出了根据本公开内容的一个实施例的通过导电粘合剂耦合到压电子阵列平板的压电元件的示例性剖面图。
具体实施方式
正如前面所讨论的那样，宽带ETU换能器在把ETU换能器设备暴露于灰尘、湿气以及其他环境条件的环境中的操作很差。一些宽带ETU换能器包括附加的保护以便增强可靠性，例如次要密封外罩，但是这些附加的保护会增加设计复杂度和成本。此外，ETU换能器包括通常是有限的波束宽度，从而需要相对较大数目的设备以确保足够的保护面积而不会有死区。举例来说，图12A示出了针对一个示例性宽带ETU换能器的极坐标曲线图，并且示出了±7.5度1/2波束角辐射图案。图12B在三维曲线图中示出了相同的±7.5度1/2波束角辐射图案。这些限制大大限制了便宜、鲁棒并且可靠的阻吓单元(DU)设备的开发。
因此，根据一个实施例，公开了一种宽带超声换能器设备(UTD)，其利用被分组到各个单频子阵列中的多个窄带压电元件来提供能够以达到或超出其他DU方法的SPL在广大的覆盖面积上发出超声能量的相对简单、高度可靠的阻吓单元(DU)。在一个实施例中，宽带UTD包括被配置成耦合到多个压电子阵列或压电子阵列平板的外罩部分。每一个压电子阵列平板包括多个机械加工的口袋或空腔，以便接收具有使得每一个压电子阵列平板在标称谐振频率下发出超声能量的特性(例如几何结构、材料组成)的对应的窄带(例如1kHz-3kHz)压电换能器元件。因此，每一个压电子阵列平板发出单一频率，其中每一个相关联的压电元件在一般意义上放大该单一频率。宽带UTD的外罩部分包括压电子阵列平板的阵列以便提供宽带发射能力，这在阻吓单元(DU)应用中是特别有利的。
特别适合于野生动物阻吓的这样一个示例性的感兴趣带宽是20kHz到60kHz，这是表征白噪声的频率范围。本文中通常所提到的白噪声指的是具有包括有限带宽的恒定功率谱密度的随机生成的信号。本公开内容还认识到，即使在频率之间具有空值或间隙的情况下，恒定或单一频率输出也可以充分地阻吓野生动物。根据本公开内容配置的宽带UTD可以实施一种控制方案，以便决定何时驱动每一个压电子阵列平板以特定图案发出超声能量从而例如近似白噪声，或者在单一频率下驱动每一个压电子阵列平板。应当提到的是，根据本公开内容配置的宽带UTD不必受限于20kHz到60kHz范围内的频率，而是可以根据所期望的配置而被配置成输出例如高达并且超出100kHz的其他频率。
在可以被称作白噪声模式的白噪声情况下，宽带UTD可以在给定时刻驱动N个压电子阵列平板，其中每一个压电子阵列平板被驱动对于相对较短的一段时间(例如预定的停留时间)发出随机选择的频率。在可以被称作单频模式的单一频率情况下，宽带UTD可以对于一段简短的时间(例如预定的停留时间)在相关联的频率下同时驱动每一个压电子阵列平板。在这种情况下，一段时间T内的净效果导致由宽带UTD发出的最大SPL，已经发现其在阻吓应用中的表现基本上类似于白噪声。在某些情况下，根据所期望的配置，宽带UTD可以在白噪声模式与单频模式之间动态地切换。
本文中不同地公开的宽带UTD与针对DU的其他方法，比如前面所讨论的ETU换能器设备，相比提供了许多优点。举例来说，根据本公开内容配置的宽带UTD有利地利用多个单频压电平板阵列，其在本文中可以被称作压电子阵列平板。所述压电子阵列平板的每一个压电元件可以示出大约±30度或更多的1/2波束角辐射图案。在图13A和13B中示出了一种这样的示例性1/2波束角辐射图案。各个压电子阵列平板总体可以输出到大约90度的波束角辐射图案。因此，相对于具有相对较窄的波束角辐射图案的其他方法，为了保护给定的面积可以部署数目更少的宽带UTD设备。可以例如使用封闭类型的压电换能器元件来内建环境保护，从而可以在对于每一个单元延长平均无故障时间(MTBF)的同时简化每个单元的设计并且降低成本。此外，压电换能器元件可以利用比其他方法(例如ETU换能器设备)更低的操作电压，从而允许使用相对更加简单并且便宜的驱动器电路和组件。
示例性宽带超声换能器设备(UTD)和操作
图1示出了根据本公开内容的一个实施例的示例性宽带超声换能器设备(UTD)100。宽带UTD 100以高度简化的形式被示出，并且其他实施例也落在本公开内容的范围内。如图所示，宽带UTD 100包括外罩102。外罩102包括：控制器104，被统一示出为信道驱动器106并且被单独地示出为信道驱动器106-1…106-N的多个信道，压电换能器阵列108，以及电源电路112。
本文中所公开的各种情形和实例包括在户外环境或者需要考虑灰尘、热量、湿气以及其他条件的任何其他环境中使用宽带UTD 100。外罩102可以被加固和密封以便防止这样的污染物进入。在某些具体的示例性情况中，外罩102可以遵循针对进入保护(IP)的标准，并且对于外罩102以及相关联的线缆和连接器(未示出)具有如在ANSI/IEC 60529第2.1b版内定义的IP67评级，但是其他IPXY评级也落在本公开内容的范围内，其中X表示针对固体的保护，Y表示针对液体的保护。在某些情况下，外罩102包括塑料、聚碳酸酯或者任何其他适当的刚性材料。
正如后面所讨论的那样，外罩102的一个实施例包括多部件外罩，所述多部件外罩包括至少一个可移除部分(例如一个或多个覆盖部分)以便允许对宽带UTD 100进行检修。在该实施例中，所述至少一个可移除部分耦合到外罩102并且形成防护密封(例如通过O形环或其他适当的设备)，以便防止存在于给定的操作环境内的污染物(比如水、灰尘和/或任何其他污染材料)进入。在图5中更加清楚地示出了一些这样的示例性覆盖部分504-1到504-6。
虽然图1的示例性实施例示出了外罩102内的每一个组件，但是本公开内容在这方面不必受限制。举例来说，电源电路112和控制器104可以不与信道驱动器106和压电换能器阵列108一起驻留在外罩102中(例如被一起放置在外罩102中)。许多其他的替换方案和排列也落在本公开内容的范围内。
控制器104包括至少一个处理设备/电路，比如数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、精简指令集计算机(RISC)处理器、x86指令集处理器、微控制器或者专用集成电路(ASIC)。控制器104的各个方面例如可以使用软件(例如在控制器/处理器104上执行的C或C++)、硬件(例如硬编码的门级逻辑或者为特定目的建造的硅)或固件(例如在微控制器上执行的嵌入式例程)或者其任意组合来实施。在一个实施例中，控制器104可以被配置成分别实施处理700、900和1100。
电源电路112可以是用于向宽带UTD 100供电的任何适当的安排。电源电路112可以被配置成从外部源(例如从AC市电)以及/或者通过一个或多个电池(未示出)接收电力。虽然电源112被示出为电耦合到控制器，但是电源112可以耦合到每一个信道驱动器106，以便例如在宽带UTD 100的操作期间提供电力。
每一个信道驱动器106可以包括放大电路和压电驱动器电路，以便例如基于接收自控制器104的信号来驱动换能器阵列108的相关联的压电换能器。换能器阵列108的每一个压电换能器可以被实施成封闭类型的换能器，其可以被不透气地密封。封闭类型的换能器对于户外环境可以是特别有利的，这是因为所述换能器会防止污染物进入，并且对于以灰尘和/或其他污染物为特征的室内环境也可以是特别有利的。每一个压电换能器可以包括具有集成金属隔膜的金属外罩。每一个压电换能器的背面可以通过树脂或其他适当的密封剂被完全密封，以便防止给定的环境中的污染物进入。其他压电换能器设备也落在本公开内容的范围内，例如非封闭类型，并且本公开内容不应当被解释成在这方面作出限制。
每一个信道驱动器106-1…106-N与相应数目的压电换能器设备相关联，所述压电换能器设备也可以被称作压电换能器元件。为了清楚和实用性起见，每一个信道驱动器106-1…106-N与换能器阵列108的相应的一行相关联，其中每一行包括N个压电换能器。在其他实施例中，换能器阵列108不一定被模制成线性的行和列，例如作为M×N阵列。举例来说，如图4中所示，换能器阵列108被分组到各个子阵列平板中，后面将对此进行更加详细地讨论。
虽然在换能器阵列108的每一行中示出五(5)个压电换能器，但是本公开内容在这方面不应受到限制。举例来说，取决于所期望的配置，每一个信道驱动器106-1…106-2可以与2、5、7、10个或者任意数目的压电换能器相关联。在任何情况下，每一个信道驱动器和相关联的压电换能器在本文中可以被统称作“信道”或“输出信道”。因此，信道驱动器106-1和相关联的压电换能器109-1可以被统称作信道1；信道驱动器106-2和相关联的压电换能器109-2可以被统称作信道2，后面以此类推。
换能器阵列108的每一个压电换能器可以被配置成基本上相同。为了提供具体的非限制性实例，换能器阵列108的每一个压电换能器可以被实施成具有25KHz±1Khz的中心频率，113dB的最小声压电平(SPL)，以及大约1.0KHz的带宽。在其他情况下，可以利用不同的压电换能器设备。正如后面所讨论的那样，每一个压电子阵列平板的物理特性决定谐振频率，因此可以改变耦合到每一个压电换能器的口袋/空腔的属性以便实现标称谐振频率。
UTD 100的每一个信道因此可以基于所使用的特定压电换能器元件以及压电换能器元件所耦合到的相关联的空腔/口袋的属性与相对于其他信道是独有的输出频率相关联。UTD 100的每一个信道还包括基于压电换能器元件的带宽的多个输出谐振频率。举例来说，每一个压电换能器元件可以包括±6kHz带宽，但是其他带宽也落在本公开内容的范围内。作为举例，考虑具有大约25KHz的标称/设计谐振频率的信道1。在该例中，与该标称频率相关联的上限频率和下限频率值分别可以包括范围从28kHz到22kHz的频率。因此，信道1可以被驱动发出/输出22kHz到28kHz范围内的谐振频率而不会危及或者通过其他方式降低压电换能器109-1的性能。信道2可以同样地被配置成例如基于32kHz的中心频率而被驱动发出/输出29kHz到35kHz范围内的谐振频率。因此，根据一个实施例，UTD 100的每一个信道可以被配置成覆盖一个排他的、无重叠的谐振频率范围。在其他情况下，宽带UTD100可以被配置成具有范围重叠或者至少部分地重叠的信道，例如重叠至少1kHz。
在操作中，控制器104向每一个信道驱动器106提供信号(例如方波)，以使得相关联的多个压电换能器发出特定的谐振频率。信道驱动器106又可以放大所述信号，并且把放大后的信号提供到压电换能器设备阵列108的对应的多个压电换能器。每一个对应的多个压电换能器可以耦合到一个压电子阵列平板，后面将参照图3A进一步进行讨论。
控制器104可以通过向相关联的信道驱动器电路提供具有成比例频率的信号而为给定的信道选择特定的输出频率。信号的占空比提供“接通时间”与“关断时间”，也就是当压电换能器发出特定输出频率时的时间段与当压电换能器关断(或者被断电)时的时间段。信道接通时间可以通过停留时间参数来管控。接通时间与关断时间的总体比值可以大致相等，以便例如提供50％占空比，但是其他占空比也落在本公开内容的范围内。
继续来说，控制器104可以使得一个或多个信道同时发出对应的频率，其中同时发出的频率的最大数目等于信道的总数。例如在图1中所示出的六(6)信道安排中，控制器104可以使得每一个信道1…6同时发出六个不同的频率。为了实现所期望的特定波形，比如白噪声或有色噪声波形，控制器104可以在随机图案中选择性地把一个或多个信道驱动“接通”并且同时将其他信道关断。后面将进一步讨论由宽带UTD 100生成有色噪声的一个具体实例。
参照图2，其中所示的图表示出了静电换能器202的SPL与频率关系曲线图，并且包括出于对比和比较的目的而叠加的六(6)个窄带压电换能器，例如压电换能器206-1…206-6。如图所示，压电换能器设备206-1…206-6产生相对较大的SPL直到大约48kHz。本公开内容认识到，窄带压电换能器的阵列(例如压电换能器阵列108)可以充分地近似白噪声，其中白噪声被定义成具有有限带宽的基本上恒定的功率谱密度的总体上随机的信号。此外，压电换能器阵列108可以发出单一频率，以便在给定的时间段内在最大SPL下发出超声能量。图7和9的处理700和900分别提供用以对于所发出的超声能量实现所期望的SPL和输出图案的一些非限制性的示例性处理。
参照图3，其中示出了根据本公开内容的一个实施例的适合使用在图1的宽带UTD100内的示例性压电子阵列平板300。宽带UTD 100可以包括N个压电子阵列平板，其中每一个压电子阵列平板与对应的信道驱动器相关联，例如信道驱动器106-1…106-N。因此，宽带UTD 100可以包括多个压电子阵列平板，以便提供在图4中更加清楚地示出的压电换能器设备阵列108。
继续参照图3，示例性压电子阵列平板300包括例如可以由铝或其他适当的材料构成的底座302或底座部分302。底座302或底座部分302包括多个开口，例如开口310-1…310-5。每一个开口310-1…310-5可以被配置成接收对应的压电换能器设备。开口310-1…310-5也可以被称作空腔或口袋。开口310-1…310-5可以通过铣削或其他适当的方法形成。相应地，每一个开口310-1…310-5可以包括比相关联的压电换能器的直径更大的第一直径D1。每一个开口310-1…310-5还可以至少包括具有直径D1的上方部分或空腔以及具有第二直径D2的次要/下方部分。第二直径D2可以被配置成基本上等于对应的压电换能器的直径。如图所示，每一个压电换能器308-1…308-5被布置在相关联的开口310-1…310-5的对应口袋中，其中每一个压电换能器的顶表面是可见的。在某些情况下，每一个压电换能器308-1…308-5例如使用粘合剂被胶粘到其对应的口袋中。
示例性压电子阵列平板300可以包括可选的自测压电换能器设备309以便实施自测处理。每一个压电子阵列平板可以具有相关联的压电换能器以用于提供关于驱动器的健康的反馈。压电子阵列平板将被周期性地驱动，并且随后通过自测压电换能器设备309来测量振动能量。控制器104可以接收所述测量，并且随后实施快速傅立叶变换(FFT)以便计算由自测压电换能器设备309拾取的振动的量值和频率。可以设置通过/失败标准，并且如果发生失败，例如值超出特定阈值，则UTD 100可以发送出警告信号(例如可听蜂鸣声)，或者通过信号向远程计算机站表明存在问题。
示例性压电子阵列平板300包括围绕开口310-1…310-5的沟槽304。如图所示，O形环305可以被布置在沟槽304中，以便在覆盖部分耦合到示例性压电平板300时提供保护密封，正如在图5中更加清楚地示出的那样。
参照图3B并且附加地参照图3A，其中示出了根据本公开内容的一个实施例的示例性压电子阵列平板300的剖面图。每一个压电子阵列平板300可以被特别设计成基于物理和材料特征而发出特定谐振频率，比如相关联的开口的直径，例如直径D1，邻近每一个压电换能器的材料的厚度，例如金属面320或金属弯曲元件320的厚度T1，以及邻近每一个压电换能器的材料的杨氏模量。紧邻每一个压电换能器(也就是金属弯曲元件320)的材料可以由其他材料形成，并且不一定受限于金属或金属合金。因此，可以基于下面的等式来计算每一个压电子阵列平板的谐振频率：
其中RFreq是压电换能器元件被胶粘/耦合到对应的开口中之后的谐振频率(以kHz计)，α是弯曲元件的材料的压缩率的近似(例如泊松比)，h是弯曲元件的厚度，Y是杨氏模量，ρ是陶瓷材料的密度，并且rdisk是弯曲元件的半径。因此，每一个压电换能器子阵列包括具有用以提供所期望的特定谐振频率的直径和材料厚度的多个开口。每一个平板可以被配置成具有显著不同尺寸的开口，并且更具体来说是用以在被驱动时提供相关联的谐振频率的开口直径和材料厚度。
随着声音传播经过空气，由于随着声脉冲从换能器行进而由辐射波束的扩大的表面导致的吸收(衰减)和扩散损耗，声压的量值被减小。与换能器相距距离R处的SPL由下式给出：
SPL(R)＝SPL(R0)-20log(R/R0)-α(f)R 等式(3)
其中SPL(R)是以dB//1μPa计的距离R处的声压电平，SPL(R0)是以dB//1μPa计的距离R0处的声压电平，并且α(f)是频率f下的以dB/单位距离计的衰减系数。
单一压电换能器的1/2波束宽度由下面的等式给出：
其中α是主波束的角度宽度，f是频率，Dθ是辐射区域的直径，并且Vair是声音在空气中的速度(例如～344米/秒)。
随着声音行进，声压的幅度由于传输介质中的摩擦损耗而被减小。在确定每一个压电子阵列平板的范围时，知道该吸收损耗或衰减的值是很重要的。声音在空气中的衰减随着频率而增大(例如基于声音衰减的Stokes定律)，并且在任何给定的频率下，衰减作为湿度的函数而变化。产生最大衰减的湿度的值对于所有频率并非是相同的。例如当高于125kHz时，最大衰减在100％RH下发生；在40kHz下，最大衰减在50％RH下发生。
对于高达50kHz的频率，针对所有湿度上的室温下的空气中的最大衰减的一项估计由下式给出：
α(f)＝0.01f 等式(5)
其中α(f)是以dB/ft计的最大衰减，并且f是以kHz计的声音频率。
因此，例如在50kHz到300kHz之间，所有湿度上的最大衰减是：
α(f)＝0.022f-0.6 等式(5)
参照图4，其中的透视图示出了根据本公开内容的一个实施例的耦合到外罩部分402的多个压电子阵列平板409。如图所示，外罩部分402包括统一地在409处示出并且单独地被示出为安装在其上的压电子阵列平板409-1…409-6的多个压电子阵列平板。外罩部分402例如可以由树脂玻璃或者任何其他适当的材料形成，比如塑料或聚碳酸酯。每一个压电子阵列平板409-1…409-6通过例如一个或多个螺钉403之类的紧固构件耦合到外罩部分402。每一个压电子阵列平板409-1…409-6可以彼此声学隔离(例如来自邻近的压电子阵列平板的振动具有可忽略的效果或者没有效果)并且电隔离。压电子阵列平板409-1…409-6例如可以被安排在所示出的MxN阵列中。正如前面所讨论的那样，每一个压电子阵列平板409-1…409-6包括具有完全相同或基本上类似的标称频率的相关联的压电换能器。压电子阵列平板409-1可以与信道1相关联，例如电耦合到信道驱动器106-1，压电子阵列平板409-2可以与信道2相关联，例如电耦合到信道驱动器106-2，后面以此类推。
参照图5，其中示出了根据本公开内容的一个实施例的外罩部分402的透视图。如图所示，外罩部分402包括耦合到对应的各个压电子阵列平板409-1…409-6的多个覆盖部分504-1…504-6(图4)。每一个覆盖部分504-1…504-6可以例如基于沟槽304中的O形环与每一个对应的压电子阵列平板形成密封。图6示出了外罩部分402的背面透视图。
参照图14，其中示出了宽带UDT 100的另一个示例性实施例。宽带UDT 100可以按照与前面参照图1-6所讨论的宽带UDT基本上类似的方式来配置，为了简明起见将不重复其描述。如图所示，宽带UDT 100包括细长的矩形外罩16，所述外罩具有多个压电子阵列(例如在图16中更加清楚地示出的压电子阵列300A)以及相应的多个子阵列覆盖部分11。外罩16例如可以包括铝之类的金属或者任何其他适当的刚性材料。
参照图15，其中示出了根据本公开内容的一个实施例的宽带UDT100的底部透视图。如图所示，外罩16包括从外罩部分19延伸的多个侧壁，例如侧壁17。外罩部分19耦合到压电子阵列平板的阵列，例如压电子阵列平板300A。外罩部分19可以包括由聚碳酸酯材料或者其他适当的刚性、不导电材料形成的平板13。平板13可以包括在图16中更加清楚地示出的多个开口。外罩16还可以包括用以接收垫片12的信道22，其中信道22围绕外罩16的周界连续地延伸。当相应的可移除覆盖部分(未示出)耦合到外罩16时，垫片12可以形成保护密封以便防止污染物进入。
外罩16还定义空腔18。所述空腔可以包括基板14。基板14可以耦合到平板13。基板14例如可以包括电路板，或者用于安放电组件的其他适当的基板材料。基板14包括多个连接器15，其中每一个连接器把相关联的压电子阵列盘电耦合到基板14的电路。在一个实施例中，基板14包括控制器104、电源电路112以及信道驱动器电路106-1…106-N。因此，多个连接器15可以把每一个压电子阵列平板连接到相关联的信道驱动器电路。
图16以及附加地参照图19示出了根据本公开内容的一个实施例的图14和15的宽带UDT 10的剖面图。如图所示，平板13包括与每一个压电子阵列平板中的开口(例如开口23)相对应的多个开口21，其包含压电元件，例如压电元件20。压电子阵列平板300A可以按照与图3的压电子阵列平板300基本上类似的方式来配置，为了简明起见将不重复其描述。正如进一步示出的那样，压电子阵列平板300A可以通过形成导电路径的材料而提供导电路径，其中在图19中更加清楚地示出了导电路径38。举例来说，压电子阵列平板300A可以包括例如铝之类的金属或者其他导电材料。
每一个压电元件20的底表面40可以提供负端子。因此，导电路径38例如可以被利用来提供压电元件20与基板14的相关联的电路之间的负返回路径。每一个压电元件20的顶表面39可以提供正端子，所述正端子可以通过可拉伸的导电织物材料41耦合到相关联的驱动器电路，后面将参照图17进一步进行讨论。互连设备25可以通过具有电耦合到基板14的第一部分和电耦合到压电子阵列平板300A的第二部分而提供导电性。在某些情况下，如图所示的互连设备25直接接触子阵列平板300A的一部分，并且还直接接触基板14的一部分，例如电衬垫。压电子阵列平板300A可以包括用以接收每一个互连设备25的至少一部分的开口44。每一个开口44可以与平板13的开口45相对应，从而允许互连设备25穿过平板13进入到开口44中。
螺钉26或其他适当的紧固构件可以把基板14电耦合到互连设备25，并且还可以把基板14牢固地安放在宽带UDT 10内。为此，基板14的电路(例如信道驱动器电路)可以按照直接的方式电耦合到相关联的压电子阵列平板，而无需必须在UDT 10内被布线或弯曲的中间设备(例如柔性印刷电路(FPC)板)，或者例如可能由于机械振动而随着时间降低质量的焊接。
参照图17，其中示出了根据本公开内容的一个实施例的宽带UDT10的视图。如图所示，柔性导电材料41例如通过如前面所讨论的由每一个压电元件20的表面提供的电端子把每一个压电元件20电耦合到基板14的相关联的电路(例如通过电衬垫/端子27)。柔性导电材料41例如可以包括涂银的可拉伸材料。柔性导电材料41可以包括其他配置，例如不同的金属或导电材料，而不一定受限于涂银。柔性导电材料41可以例如通过粘合剂或其他适当的方法耦合到每一个压电元件。
参照图18，其中示出了根据本公开内容的一个实施例的图14的宽带UTD的剖面图。如图所示，不导电紧固构件30把每一个压电子阵列平板(例如压电子阵列平板300A)和相应的覆盖部分11耦合到平板13和外罩部分16。不导电紧固构件30例如可以包括塑料螺钉。为此，每一个压电子阵列平板可以与外罩部分16电隔离。
图19示出了根据本公开内容的一个实施例的图16的压电元件20的剖面图。如图所示，粘附层31被布置在压电元件20与弯曲元件32之间。粘附层31例如可以包括与镍球混合的环氧胶粘，其中镍球的重量是3％-5％，但是其他浓度也落在本公开内容的范围内。粘附层31可以有利地提供压电元件20与弯曲元件32的表面之间的导电性。但是也可以利用其他导电粘合剂材料，并且所提供的实例不意图限制本公开内容。
示例性方法和架构
根据本公开内容的宽带UTD(例如宽带UDT 100)有利地利用多个窄带压电换能器子阵列来提供可选输出频率的较宽范围。此外，根据本公开内容的宽带UTD提供优于其他方法的显著优点，这是因为宽带UTD包括提供针对例如灰尘、湿气和其他污染物之类的环境因素的保护的相对简单的机械设计。特别适合于本文中不同地公开的宽带UTD的一种具体的示例性应用包括野生动物阻吓。野生动物阻吓应用需要防止前面提到的污染物导致组件故障以及缩短的使用期限(例如平均无故障时间MTBF)的设计。
可以通过多种方式来实施野生动物阻吓处理。图7是示出可以结合根据本公开内容的系统和方法使用的一个阻吓单元(DU)处理700的流程图。DU处理700可以完全或者部分地由控制器104或者根据本公开内容配置的宽带UTD的任何其他适当的控制器来实施。虽然本文中给出的流程图示出了根据示例性实施例的各种操作，但是应当理解的是，并且所有描绘出的操作对于其他实施例都是必要的。实际上在本文中完全设想到，在本公开内容的其他实施例中，所描绘出的操作以及/或者本文中描绘出的其他操作可以按照未在任何附图中明确示出的方式被组合，但是仍然与本公开内容相一致。因此，针对未在一幅附图中确切地示出的特征和/或操作的权利要求被认为落在本公开内容的范围和内容之内。
在动作702中，控制器104从存储器加载操作参数。表1概括出可以由控制器104对于六信道配置加载的一些示例性的非限制性参数。虽然处理700特别参照具有6信道配置的宽带UTD，但是本公开内容在这方面不必受限制，并且具有更多或更少信道的其他信道配置也落在本公开内容的范围内。
表1、示例性操作参数
表1中提供的参数对应于根据本公开内容配置的UTD设备的每一个压电子阵列的标称谐振频率。换句话说，每一个压电换能器子阵列包括多个压电换能器元件和相应的开口，与之相关联的几何结构和材料属性提供标称谐振频率，正如前面所讨论的那样。因此，每一个信道(例如CH1…CH6)的谐振频率是已知的，并且例如由可以被存储在与控制器104相关联的存储器中的值表示。每一个信道还可以与其他参数相关联，比如上限和下限频率(以kHz计)、停留时间(以毫秒计)以及占空比。
在动作704中，控制器104选择随机频率值(fr)，所述随机频率值被限制在最小下限频率值(例如22kHz)与最大上限频率值(例如60kHz)之间。举例来说，在给定表1中概括的参数的情况下，最小下限频率与22kHz下的信道1相关联，最大上限频率与60kHz下的信道6相关联。因此，控制器104选择表示22kHz与60kHz之间的频率的随机数。表示频率的随机数的分辨率是大约100hz，或者取决于所期望的实现方式可以是其他值。
在动作706中，控制器104识别对应于所选择的随机频率值(fr)的信道驱动器，例如其中一个信道驱动器106。这可以包括由控制器104检查每一个上限和下限频率，以便确定哪一个信道对应于所选择的随机频率值(fr)。举例来说，如果所选择的随机数对应于52.2kHz的频率，则控制器104可以将其与存储器中的参数进行比较，从而把第五信道识别成具有可以服务于所述52.2kHz频率的频率范围(例如50kHz<52.2kHz<54kHz)。
在动作708中，控制器104向在动作706中识别出的信道发送信号，以使得与之相关联的压电子阵列对于停留时间Tdwell发出所选择的随机频率。所述停留时间可以是基于与在动作706中识别出的信道相关联的停留时间参数。例如继续前面的实例，控制器104可以向第五信道提供信号，更具体来说是向信道驱动器106-5提供信号。作为响应，信道驱动器106-5可以使得相关联的压电子阵列(例如压电子阵列409-5)对于停留时间Tdwell发出所选择的52.2kHz的随机频率，所述停留时间Tdwell在该示例性情况下是0.01秒。信道驱动器106-5在该例中可以放大来自控制器104的信号，或者通过其他方式把所述信号转换成用于压电驱动目的的成比例的电信号。
在动作710中，如果控制器104已驱动相关联的信道的总体时间量大于已定义的占空比时间(例如50％)，则处理700继续到动作718。否则，处理700继续到动作712。举例来说，对于每10秒的操作，控制器104可以基于50％的占空比把信道“接通”5秒并且再“关断”5秒，但是这一示例性占空比不应当被解释成作出限制。控制器104可以利用硬件和/或软件定时器来测量占空比。
在动作712中，控制器104确定特定信道“接通”的时间量是否超出相关联的停留时间。例如在先前的实例中，控制器104向信道驱动器106-5提供信号，以使其在52.2kHz下驱动相关联的压电子阵列0.01秒(例如与信道5相关联的停留时间Tdwell)。控制器104可以发起定时器以确定是否经过了停留时间Tdwell。如果已经超出/经过了停留时间Tdwell，则处理700继续到动作718。否则，处理继续到动作716。在动作716中，控制器104在返回到动作712之前等待预定的时间量，例如几微秒。
在动作718中，控制器104禁用来自在动作706中识别出的信道驱动器的输出，以便防止其继续发出在动作708中选择的随机频率。在动作720中，控制器104在返回到动作704之前基于占空比暂停一段时间，并且选择新的随机频率值。正如前面所讨论的那样，控制器104可以试图把信道操作在50％占空比。因此，由控制器104选择有效地“关断”信道的时间段可以等于总的“接通”时间。举例来说，假设50％的占空比，如果占空比时间是5秒，则相应的关断时间将是大致相同的。其他占空比也落在本公开内容的范围内，并且所提供的实例不意图作出限制。
参照图8，其中示出了根据实施图7的处理700的控制器104的示例性定时图。如图所示，在被标记成“接通”时间的第一时间段期间，控制器104选择对应于信道1的第一随机频率(F1)。因此控制器104为与信道1相关联的信道驱动器106-1提供代表第一随机频率F1的信号。随后信道驱动器106-1可以放大所述信号，并且使用放大后的信号对于预定的停留时间驱动相关联的压电子阵列。控制器在“接通”时间内将这一操作重复N次。在“关断”时间段期间，控制器104基于预定的占空比(例如50％)禁用输出。在“关断”时间段之后，控制器104继续按照连续的方式执行动作702-720，直到例如通过关停信号或失去电力而被中断为止。
参照图9，其中示出了根据本公开内容的一个实施例的另一个示例性DU处理900。处理900也可以包括从存储器加载操作参数，类似于图7的动作702，但是为了简明起见将不重复其描述。
在动作902中，控制器104对于每一个信道选择频率(fr)。在某些情况下，控制器104在单频模式(或第一模式)下操作，并且简单地对于每一个信道选择标称频率值。举例来说，控制器104可以对于信道1选择25kHz，对于信道2选择32kHz，对于信道3选择40kHz，后面以此类推。在其他情况下，控制器104操作在随机化模式(或第二模式)下，以便产生有色白噪声。在随机化模式下，控制器104对于每一个信道选择每一个对应信道的上限和下限频率范围内的随机频率。
在动作904中，控制器104例如通过信道驱动器电路106-1…106-2向每一个信道发送信号，其中每一个对应的信号与对于给定的信道选择的频率成比例。例如在单频模式(或第一模式)下，控制器104可以向信道1(例如信道驱动器106-1)发送第一信号，以使其发出25kHz，向信道2(例如信道驱动器106-2)发送第二信号，以使其发出32kHz，后面以此类推。在有色白噪声模式(或第二模式)下，控制器104向每一个信道发送具有所选择的随机频率的信号。在任何情况下，控制器104可以在基本上相同的时间向每一个信道发送信号，以使得每一个信道同时开始发出。作为响应，每一个信道驱动器(例如信道驱动器电路106-1…106-6)可以使得相关联的压电子阵列对于停留时间Tdwell发出所选择的频率。正如先前所讨论的那样，每一个信道驱动器电路106-1…106-6可以包括放大/调节电路，以便把来自控制器104的信号转换成用于驱动目的的成比例的电信号。
在动作906中，如果控制器104已驱动相关联的信道的总体时间量大于已定义的占空比时间(例如50％)，则处理900继续到动作912。否则，处理900继续到动作908。举例来说，对于每10秒的操作，控制器104可以基于50％的占空比把信道“接通”5秒并且再“关断”5秒，但是这一示例性占空比不应当被解释成作出限制。控制器104可以利用硬件或软件定时器来测量接通/关断时间。
在动作908中，控制器104确定信道“接通”的时间量是否超出相关联的停留时间。控制器104可以发起定时器以确定是否经过了停留时间Tdwell。如果已经超出/经过了停留时间Tdwell，则处理900继续到动作912。否则，处理继续到动作910。在动作910中，控制器104在返回到动作908之前等待预定的时间量，例如几微秒。
在动作912中，控制器104例如通过暂停在动作904中提供的信号而禁用来自每一个信道的输出。在动作914中，控制器104在返回到动作902之前基于占空比暂停一段时间，并且选择新的随机频率值。正如前面所讨论的那样，控制器104可以试图把信道操作在50％占空比。因此，由控制器104选择有效地“关断”信道的时间段可以等于总的“接通”时间。举例来说，假设50％的占空比，如果占空比时间是5秒，则相应的关断时间将是大致相同的。其他占空比也落在本公开内容的范围内，并且所提供的实例不意图作出限制。
参照图10，其中示出了根据实施图9的处理900的控制器104的示例性定时图950。如图所示，控制器104在随机模式下实施处理900，从而使得每一个信道被驱动发出随机频率。在“接通”时间期间，控制器104向每一个相关联的信道提供信号，以使其发出所选择的随机频率。在“关断”时间期间，控制器104将输出禁用可以是基于相关联的占空比的一段时间，正如前面所讨论的那样。控制器104按照连续的方式将这一图案重复N次，以便生成基本上近似有色白噪声的随机化波形输出。
根据本公开内容配置的宽带UTD设备可以实施频率调节处理，以便确保每一个压电子阵列发出所期望的谐振频率。本公开内容已认识到，压电子阵列在发出标称谐振频率值时吸取最大数量的电流，例如最大电流。在单频模式期间，正如前面参照图9所讨论的那样，宽带UTD 100可以试图从每一个压电子阵列发出恒定的单一频率，以便确保实现最大SPL。为此，根据本公开内容配置的宽带UTD设备可以实施频率调节处理，所述频率调节处理对于每一个压电子阵列测量电流并且提高其输出频率，直到检测到电流测量下降为止。响应于检测到电流测量下降，宽带UTD设备有利地识别压电子阵列何时在最大谐振频率下输出。
在图11中示出一个这样的示例性频率调节处理1100。示例性处理1100可以由宽带UTD 100的控制器(例如控制器104)或任何其他适当的组件实施。
在动作1102中，控制器104在压电子阵列正在发出特定频率的同时对于该压电子阵列(比如压电子阵列409-1)接收基线电流测量(BCM)。控制器104例如可以从图1的电流传感器105接收BCM。在某些情况下，控制器104可以对于给定的压电子阵列平均一定数目的电流测量(例如5、10或20项测量)以便建立BCM。这一平均可以减少噪声并且提高测量一致性。
在动作1104中，控制器104导致压电子阵列的频率提高第一增量值X。第一增量值X例如可以包括200Hz的分辨率，但是其他增量值也落在本公开内容的范围内。举例来说，控制器104可以增大提供到驱动器电路106-1的驱动信号，以使其与第一增量值X成比例地提高由压电子阵列409-1发出的频率(例如52kHz+200Hz＝52.2kHz)。
在动作1106中，控制器104在动作1104中提高频率之后对于压电子阵列接收电流测量(CM)。在某些情况下，控制器104接收与压电子阵列相关联的多项电流测量CM0…CMN并且对其进行平均，其方式类似于如前面所讨论的那样对BCM进行平均以便建立CM。在任何情况下，在动作1108中，控制器104把在动作1102中接收到的BCM与在动作1106中接收到的CM进行比较。如果BCM基本上等于CM，例如在±1％内，则处理1100继续到动作1110。否则，处理1100继续到动作1112。应当提到的是，虽然下面的实例涉及1％阈值，但是其他阈值(例如2％、5％、10％等等)也可以被利用并且也落在本公开内容的范围内。
在动作1112中，如果CM大于BCM，例如CM超出BCM至少1％或更多，则处理继续到动作1114。否则，如果CM小于BCM超出1％，则处理1100继续到动作1116。在动作1114中，控制器104导致压电子阵列的频率提高第二增量值Y。第二增量值Y例如可以包括100Hz的分辨率，但是其他增量值也落在本公开内容的范围内。举例来说，控制器104可以增大提供到驱动器电路106-1的驱动信号，以使其与第二增量值Y成比例地提高由压电子阵列409-1发出的频率(例如52.2kHz+100Hz＝52.3kHz)。在动作1114中，控制器104还用CM替换BCM，并且把新的BCM存储在存储器中。在动作1110中，控制器104用CM替换BCM，以使得CM成为新的BCM。控制器104例如可以把新的BCM存储在存储器中。
因此，处理1100允许控制器104例如通过使用第一增量值X来实施粗粒度频率调节，并且实施后续的测量。如果在这样的粗粒度调节之后测量的电流(CM)从基线(BCM)提高特定百分比，则控制器104通过使用第二增量值Y继续以细粒度方式提高频率，其中值Y小于增量值X。每一次后续电流测量从调节之前的测量增大时，控制器104都在一般意义上“渐进”到更靠近标称谐振频率。这一细粒度频率提高继续N次，直到检测到电流下降为止。在检测到电流下降的情况下，控制器104识别出已经超出标称谐振频率，并且通过把频率降低增量值X来实施校正。
根据本公开内容的一个方面，公开了一种宽带超声换能器设备(UTD)。所述宽带UTD包括：耦合到底座部分的多个压电子阵列平板，每一个压电子阵列平板与标称谐振频率相关联并且包括用以接收压电换能器元件的多个开口，以及分别耦合到所述多个开口当中的对应开口的多个压电换能器元件；电耦合到多个压电子阵列平板当中的每一个的驱动器电路，所述驱动器电路被配置成使得每一个压电子阵列平板基于与每一个压电子阵列平板相关联的标称谐振频率而发出超声能量。
根据本公开内容的另一个方面，公开了一种宽带超声换能器设备(UTD)。所述宽带UTD包括：耦合到底座部分的多个压电子阵列平板，每一个压电子阵列平板与标称谐振频率相关联并且包括用以接收压电换能器元件的多个开口，分别耦合到所述多个开口当中的对应开口的多个压电换能器元件，每一个压电换能器元件是窄带换能器设备；电耦合到多个压电子阵列平板当中的每一个的驱动器电路，所述驱动器电路被配置成使得每一个压电子阵列平板基于与每一个压电子阵列平板相关联的标称谐振频率而发出超声能量；以及电耦合到驱动器电路并且被配置成使得所述多个压电子阵列平板至少部分地基于控制方案而发出超声能量的图案的控制器。
根据本公开内容的再一个方面，公开了一种驱动多个压电子阵列平板发出超声能量的图案的方法。所述方法包括：由控制器为至少第一压电子阵列平板选择第一频率，第一压电子阵列平板具有多个开口以及耦合到所述多个开口当中的对应开口的多个窄带压电换能器元件，其中第一压电子阵列平板至少部分地基于所述多个开口与第一标称谐振频率相关联；以及由控制器把表示所选择的第一频率的第一信号提供到与第一压电子阵列平板相关联的信道驱动器电路，第一信号被配置成使得信道驱动器电路在所选择的第一频率下驱动第一压电子阵列平板。
本文中所描述的方法的实施例可以使用处理器和/或其他可编程设备来实施。为此目的，本文中所描述的方法可以被实施在存储有指令的有形计算机可读介质上，所述指令在由一个或多个处理器执行时实施所述方法。因此，例如控制器104可以包括用以存储指令(例如固件或软件中的指令)的存储介质(未示出)，所述指令用以实施本文中所描述的操作。所述存储介质可以包括任何类型的有形介质，例如包括软盘、光盘、紧致盘只读存储器(CD-ROM)、可重写紧致盘(CD-RW)和磁光盘的任何类型的盘，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)(比如动态和静态RAM)、可擦写可编程只读存储器(EPROM)、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、磁性或光学卡之类的半导体设备，或者适合于存储电子指令的任何类型的介质。
除非在本文中另行规定，否则通过附图被描述和/或通过其他方式被描绘成与其他事项进行通信、与之相关联以及/或者以之为基础的元件、组件、模块和/或其部分可以被理解成通过直接和/或间接的方式如此通信、与之相关联以及/或者以之为基础。
除非明确地另行声明，否则遍及本公开内容的全文使用来修饰名词的“一个”和/或“某个”和/或“所述”等词可以被理解成是为了方便而使用的，并且包括一个或者多于一个所修饰的名词。术语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含性的，并且意味着除了所列出的元件之外可以有附加的元件。本文中所使用的术语“标称”或“标称地”在涉及数量时意味着可以与实际数量有所不同的指定或理论数量。
本文中所采用的术语和表达法被用作描述而非限制的术语，并且在使用这样的术语和表达法时不意图排除所示出和描述的特征(或者其某些部分)的任何等效方案，并且认识到在权利要求的范围内可能有许多修改。此外，本文中所描述的任何实施例的特征可以被组合或者替换本文中所描述的任何其他实施例的特征。
虽然在本文中描述了本公开内容的原理，但是本领域技术人员应当理解的是，这里的描述仅仅是作为举例，而不是限制本公开内容的范围。除了本文中示出和描述的实施例之外，在本公开内容的范围内还设想到其他实施例。本领域技术人员所作出的修改和替换应被视为落在本公开内容的范围内，本公开内容的范围应当仅由所附权利要求限制。

Claims (20)

1.一种宽带超声换能器设备(UTD)，包括：
耦合到底座部分的多个压电子阵列平板，每一个压电子阵列平板与标称谐振频率相关联并且包括用以接收压电换能器元件的多个开口，以及分别耦合到所述多个开口当中的对应开口的多个压电换能器元件；以及
电耦合到所述多个压电子阵列平板当中的每一个的驱动器电路，所述驱动器电路被配置成使得每一个所述压电子阵列平板基于与每一个压电子阵列平板相关联的所述标称谐振频率而发出超声能量。
2.根据权利要求1所述的宽带(UTD)，其中，与所述多个压电子阵列平板当中的每一个压电子阵列平板相关联的所述标称谐振频率基于以下等式：
其中，α是弯曲元件的材料的压缩率的近似，h是所述弯曲元件的厚度，Y是杨氏模量，p是陶瓷材料的密度，并且rdisk是所述弯曲元件的半径。
3.根据权利要求1所述的宽带UTD，其中，所述多个压电换能器元件当中的每一个包括封闭类型的换能器设备。
4.根据权利要求1所述的宽带UTD，其中，每一个所述压电子阵列平板与不同的谐振频率相关联。
5.根据权利要求1所述的宽带UTD，其中，每一个所述压电子阵列平板与范围在20kHz和100kHz之间的谐振频率相关联。
6.根据权利要求1所述的宽带UTD，其中，每一个压电换能器元件至少部分地基于粘合剂耦合到对应的开口。
7.根据权利要求6所述的宽带UTD，其中，所述多个开口当中的每一个开口包括第一直径，所述第一直径大于每一个所述压电换能器元件的直径。
8.根据权利要求6所述的宽带UTD，其中，所述多个压电换能器元件当中的每一个包括直径D，并且所述多个开口当中的每一个开口包括与直径D基本上相等的直径，以接收对应的压电换能器元件。
9.根据权利要求1所述的宽带UTD，其中，每一个压电子阵列平板包括导电材料，并且其中对应的压电子阵列平板的每一个压电换能器元件至少部分地基于所述导电材料与相关联的驱动器电路进行电通信。
10.根据权利要求1所述的宽带UTD，其中，每一个压电换能器元件通过柔性导电织物电耦合到相关联的驱动器电路。
11.根据权利要求10所述的宽带UTD，其中，每一个柔性导电织物通过粘合剂耦合到相关联的压电换能器元件。
12.根据权利要求1所述的宽带UTD，其中，每一个压电换能器元件发出大约30度的波束角辐射图案，并且其中所述多个压电子阵列平板总体发出高达大约90度的波束角辐射图案。
13.一种宽带超声换能器设备(UTD)，包括：
耦合到底座部分的多个压电子阵列平板，每一个所述压电子阵列平板与标称谐振频率相关联并且包括用以接收压电换能器元件的多个开口，以及分别耦合到所述多个开口当中的对应开口的多个压电换能器元件，每一个压电换能器元件是窄带换能器设备；
电耦合到所述多个压电子阵列平板当中的每一个的驱动器电路，所述驱动器电路被配置成使得每一个所述压电子阵列平板基于与每一个压电子阵列平板相关联的所述标称谐振频率而发出超声能量；以及
电耦合到驱动器电路并且被配置成使得所述多个压电子阵列平板至少部分地基于控制方案而发出超声能量的图案的控制器。
14.根据权利要求13所述的宽带(UTD)，其中，与所述多个压电子阵列平板当中的每一个压电子阵列平板相关联的所述标称谐振频率基于以下等式：
其中，α是弯曲元件的材料的压缩率的近似，h是所述弯曲元件的厚度，Y是杨氏模量，p是陶瓷材料的密度，并且rdisk是所述弯曲元件的半径。
15.根据权利要求13所述的宽带UTD，其中，所述超声能量的图案近似白噪声。
16.一种驱动多个压电子阵列平板发出超声能量的图案的方法，所述方法包括：
由控制器为至少第一压电子阵列平板选择第一频率，所述第一压电子阵列平板具有多个开口以及耦合到所述多个开口当中的对应开口的多个窄带压电换能器元件，其中所述第一压电子阵列平板至少部分地基于所述多个开口与第一标称谐振频率相关联；以及
由所述控制器把表示所选择的第一频率的第一信号提供到与所述第一压电子阵列平板相关联的信道驱动器电路，所述第一信号被配置成使得所述信道驱动器电路在所选择的第一频率下驱动所述第一压电子阵列平板。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
由所述控制器为至少第二压电子阵列平板选择第二频率，所述第二压电子阵列平板具有多个开口以及耦合到所述多个开口当中的对应开口的多个窄带压电换能器元件，其中所述第二压电子阵列平板至少部分地基于所述多个开口与第二标称谐振频率相关联；以及
由所述控制器把表示所选择的第二频率的第二信号提供到与所述第二压电子阵列平板相关联的信道驱动器电路，所述第二信号被配置成使得所述信道驱动器电路在所选择的第二频率下驱动所述第二压电子阵列平板。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述控制器按照基本上同时的方式把所述第一和第二信号分别提供到与所述第一和第二压电子阵列平板相关联的信道驱动器电路。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，为至少第一压电子阵列平板选择第一频率还包括基于与所述第一压电子阵列相关联的所述第一标称谐振频率选择随机频率。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括接收针对所述第一压电子阵列的电流测量，并且其中把第一信号提供到与第一压电子阵列平板相关联的信道驱动器电路还包括至少部分地基于所述电流测量来调节所述第一信号。
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