CN108737942B - 声波生成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声波生成装置，该装置包括：固定保护壳体以及依次设置在固定保护壳体中的第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层；其中，第一振膜和第二振膜的极性相反，且其之间的距离符合预设间距范围；第一振膜和第二振膜之间产生内电场，并在内电场的作用下发生形变而相互靠近接触；当第一电极层和第二电极层上施加有外电压时，在其之间产生外电场，外电场能够迫使第一振膜和第二振膜克服内电场的作用而相互分离，使得第一振膜和第二振膜产生振动，生成声波。本发明的声波生成装置利用外电场实现了对静电吸附现象的控制，使第一振膜和第二振膜产生振动，生成声波，且其结构及制作工艺简单，成本低廉，适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及声波技术领域，具体涉及一种声波生成装置。
背景技术
随着科技的发展，声波在汽车雷达、障碍物检测、物体移动速度检测以及水下定位等技术领域中已得到广泛的应用。在现有技术中，可采用扬声器等声波生成装置生成声波。具体地，扬声器包括有电动扬声器、电磁扬声器和压电扬声器等。其中，电动扬声器采用通电导体作为音圈，在磁场的作用下，当有音频电流通过时，音圈会受到一个大小与音频电流成正比、方向随音频电流变化而变化的力，因此音圈就会在磁场作用下产生振动，并带动振膜或纸盘振动，生成声波。压电式扬声器是将压电元件置于音频电流形成的电场中，使其发生位移，从而驱动振膜振动生成声波。
然而现有技术中的扬声器等声波生成装置的结构比较复杂，包含多个零件，且所需零件都需要精密加工，工艺要求极高，因此，现有技术中的扬声器等声波生成装置制作工艺极为复杂，制作成本高昂。
因此，现有技术中缺少一种结构及制作工艺简单、成本低廉的声波生成装置。
发明内容
本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种声波生成装置，用于解决现有技术中声波生成装置结构复杂、制作工艺复杂、成本较高的问题。
本发明提供了一种声波生成装置，包括：固定保护壳体、第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层；其中，
固定保护壳体用于固定和保护第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层；
第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层依次设置在固定保护壳体中；第一振膜和第二振膜的极性相反，且第一振膜和第二振膜之间的距离符合预设间距范围；第一振膜和第二振膜之间产生内电场，并在内电场的作用下发生形变而相互靠近接触；
当第一电极层和第二电极层上施加有外电压时，在第一电极层和第二电极层之间产生外电场，外电场能够迫使第一振膜和第二振膜克服内电场的作用而相互分离，使得第一振膜和第二振膜产生振动，生成声波。
本发明提供的声波生成装置，通过在第一电极层和第二电极层上施加外电压的方式，在第一电极层和第二电极层之间产生外电场，并利用该外电场迫使极性相反的第一振膜和第二振膜克服其内电场的作用而由相互靠近接触变为相互分离，实现了对静电吸附现象的控制，从而使得第一振膜和第二振膜产生振动，生成声波。另外，本发明提供的声波生成装置还具有结构及制作工艺简单，成本低廉，适合大规模工业化生产的优点。
附图说明
图1为静电吸附现象的示意图；
图2a为本发明提供的声波生成装置实施例一的立体结构示意图；
图2b为本发明提供的声波生成装置实施例一的拆分结构示意图；
图2c为本发明提供的声波生成装置实施例一拆去部分固定保护壳体后的一立体结构示意图；
图2d为本发明提供的声波生成装置实施例一的声波生成原理示意图；
图3a为本发明提供的声波生成装置实施例二的立体结构示意图；
图3b为本发明提供的声波生成装置实施例二的拆分结构示意图；
图3c为本发明提供的声波生成装置实施例二拆去固定保护壳体后的一立体结构示意图；
图3d为本发明提供的声波生成装置实施例二的声波传播示意图。
具体实施方式
为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。
在生活中，人们经常能够看到静电吸附现象，比如薄膜在接近手指时会吸附在手指上。出现这种静电吸附现象的原因在于：物质都是由原子组成的，原子包含有带正电的原子核和带负电的电子，而不同物质的原子核对于外层电子的束缚能力是不一样的，容易失去电子的物质表现出正极性(即带有正电荷)，容易得到电子的物质表现出负极性(即带有负电荷)，正负极性相互吸引(即正负电荷相互吸引)，就会表现出静电吸附现象。如图1所示，薄膜A和薄膜B是由不同材料制成的，与薄膜B相比，薄膜A更容易失去电子，当薄膜A和薄膜B接近至某一距离时，薄膜A失去电子表现出正极性(即带有正电荷)，而薄膜B得到电子表现出负极性(即带有负电荷)，薄膜A和薄膜B在静电力(即正负电荷相互吸引产生的力)的作用下将发生形变和/或位移而相互吸附在一起。基于上述静电吸附原理，本发明提供了一种通过对静电吸附现象的控制而获得有序的物质形变和/或位移而产生声波的声波生成装置。
本发明提供了一种声波生成装置，该声波生成装置包括：固定保护壳体、第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层；其中，固定保护壳体为中空结构壳体，其内部具有容纳第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层的腔室，用于固定和保护第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层；第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层依次设置在固定保护壳体中；第一振膜和第二振膜的极性相反，且第一振膜和第二振膜之间的距离符合预设间距范围；第一振膜和第二振膜之间产生内电场，并在该内电场的作用下发生形变而相互靠近接触(其中，第一振膜和第二振膜的接触可以为部分接触，也可以为整体接触)；当第一电极层和第二电极层上施加有外电压时，在第一电极层和第二电极层之间产生外电场，该外电场能够迫使第一振膜和第二振膜克服该内电场的作用而相互分离，使得第一振膜和第二振膜产生振动，生成声波。
本领域技术人员可以根据实际需要对第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层的具体结构进行设置，此处不作限定。例如，第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层均可为平板状结构或筒状结构。下面通过具体的实施例对本发明提供的技术方案进行详细地说明。
图2a为本发明提供的声波生成装置实施例一的立体结构示意图，图2b为本发明提供的声波生成装置实施例一的拆分结构示意图。如图2a和图2b所示，该声波生成装置包括：固定保护壳体201、第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205；其中，固定保护壳体201，用于固定和保护第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205；第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205均为方形平板状结构；第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205依次相对平行设置在固定保护壳体201中；第一振膜203和第二振膜204的极性相反，且第一振膜203和第二振膜204之间的距离符合预设间距范围；由于第一振膜203和第二振膜204的极性相反，且第一振膜203和第二振膜204之间的距离符合预设间距范围，因此，能够在第一振膜203和第二振膜204之间产生内电场，并在该内电场的作用下发生形变而相互靠近接触；当第一电极层202和第二电极层205上施加有外电压时，在第一电极层202和第二电极层205之间产生外电场，该外电场能够迫使第一振膜203和第二振膜204克服该内电场的作用而相互分离，使得第一振膜203和第二振膜204产生振动，生成声波。
其中，如图2a和图2b所示，固定保护壳体201中固定设置有第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205，固定保护壳体201用于固定和保护第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205。具体地，固定保护壳体201为中空方形结构壳体，其具有方形顶壁2011、方形底壁2012和4个方形侧壁(即第一方形侧壁2013、第二方形侧壁2014、第三方形侧壁2015和第四方形侧壁2016)，第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205固定设置在方形顶壁2011和方形底壁2012上。
为了保证在自然状态下(即第一电极层202和第二电极层205之间不产生外电场时)能够使第一振膜203和第二振膜204之间产生内电场，并在该内电场的作用下使第一振膜203和第二振膜204能够发生形变而相互靠近接触，首先，必须保证第一振膜203和第二振膜204的极性相反；其次，必须保证第一振膜203和第二振膜204之间的距离符合预设间距范围。对于预设间距范围的设置，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。优选地，预设间距范围为2μm～2000μm。
对于第一振膜203和第二振膜204的厚度，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。但是，为了使第一振膜203和第二振膜204能够更灵敏地振动(即分离或接触)，从而产生声波，第一振膜203的厚度优选为0.5μm～50μm；第二振膜204的厚度优选为0.5μm～50μm。
另外，第一电极层202和第一振膜203之间的距离、第二振膜204和第二电极层205之间的距离、第一电极层202和第二电极层205之间的距离以及第一电极层202和第二电极层205的厚度，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。
在本实施例中，外电压可以为交流电压，也可以为直流电压，本领域技术人员可以根据实际需要选择外电压的种类，此处不作限定。下面分别以在第一电极层202和第二电极层205上施加交流电压和直流电压为例，详细介绍本实施例的声波生成装置的工作步骤。假设第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的方向为由第一振膜203指向第二振膜204(即第一振膜203失去电子表现为正极性，第二振膜204得到电子表现为负极性)。
示例一
若在第一电极层202和第二电极层205上施加一个频率为f(即周期为T＝1/f)、初相位为0的余弦交流电压，该声波生成装置将会以周期T循环重复执行步骤S1001和步骤S1002，从而使第一振膜203和第二振膜204产生振动(即分离或接触)，生成声波。
步骤S1001：在0至π阶段内，由于该余弦交流电压的电压值为负值，因此，该余弦交流电压施加在第一电极层202和第二电极层205上后，第一电极层202带有负电荷表现为负极性，第二电极层205带有正电荷表现为正极性，第一电极层202和第二电极层205之间产生一个由第二电极层205指向第一电极层202方向的外电场，该外电场的方向与第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的方向相反，并且，在该阶段内，该余弦交流电压必须至少存在一个电压值，该电压值的大小能够使第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的大小大于第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的大小，从而使第一振膜203和第二振膜204能够克服该内电场的作用而相互分离。
步骤S1002：在π至2π阶段内，由于该余弦交流电压的电压值为正值，因此，该余弦交流电压施加在第一电极层202和第二电极层205上后，第一电极层202带有正电荷表现为正极性，第二电极层205带有负电荷表现为负极性，第一电极层202和第二电极层205之间产生一个由第一电极层202指向第二电极层205方向的外电场，该外电场的方向与第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的方向相同，由于该外电场与该内电场的方向相同，因此，第一振膜203和第二振膜204在该外电场的作用下接触区域增大，即在该外电场的作用下，进一步增强了第一振膜203和第二振膜204之间的接触，使得接触区域增大。
应当理解的是，在第一电极层202和第二电极层205上施加的外电压为交流电压时，第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的方向与第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的方向可以相反，也可以相同，这取决于施加交流电压后的第一电极层202和第二电极层205的正负极性，以及第一振膜203和第二振膜204的正负极性。具体地，假设第一振膜203失去电子表现为正极性，第二振膜204得到电子表现为负极性，那么，第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的方向为由第一振膜203指向第二振膜204，此时，若在第一电极层202和第二电极层205上施加交流电压，使第一电极层202表现为负极性、第二电极层205表现为正极性，即第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的方向为由第二电极层205指向第一电极层202，则第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的方向与第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的方向相反；若在第一电极层202和第二电极层205上施加交流电压，使第一电极层202表现为正极性、第二电极层205表现为负极性，即第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的方向为由第一电极层202指向第二电极层205，则第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的方向与第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的方向相同。
此外，应当注意的是，为了使第一振膜203和第二振膜204能够克服其产生的内电场的作用而相互分离，首先，必须保证在第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的方向与第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的方向相反；其次，必须保证在第一电极层202和第二电极层205上施加该交流电压后，存在至少一个电压值，该电压值的大小能够使第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的大小大于第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的大小。
示例二
若每隔时间t1在第一电极层202和第二电极层205上施加时间t2的电压值为负值的直流电压，则相当于在第一电极层202和第二电极层205上施加一个频率为f＝1/(t1+t2)(即周期为T＝1/f＝t1+t2)、电压值为负值的直流电压，该声波生成装置将会以周期T循环重复执行步骤S1011和步骤S1012，从而使第一振膜203和第二振膜204产生振动(即分离或接触)，生成声波。
步骤S1011：在0至t2阶段内，由于该直流电压的电压值为负值，因此，该直流电压施加在第一电极层202和第二电极层205上后，第一电极层202带有负电荷表现为负极性，第二电极层205带有正电荷表现为正极性，第一电极层202和第二电极层205之间产生一个由第二电极层205指向第一电极层202方向的外电场，该外电场的方向与第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的方向相反，并且，在该阶段内，该直流电压的电压值的大小必须能够使第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的大小大于第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的大小，从而使第一振膜203和第二振膜204能够克服该内电场的作用而相互分离。
步骤S1012：在t2至T阶段内，由于在第一电极层202和第二电极层205上未施加该直流电压，即该直流电压的电压值为0，因此，第一电极层202和第二电极层205之间不会产生外电场，故第一振膜203和第二振膜204从相互分离恢复至自然状态下的相互靠近接触。
应当注意的是，为了使第一振膜203和第二振膜204能够克服其产生的内电场的作用而相互分离，首先，必须保证在第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的方向与第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的方向相反；其次，必须保证在第一电极层202和第二电极层205上施加该直流电压后，该直流电压的电压值的大小必须能够使第一电极层202和第二电极层205之间产生的外电场的大小大于第一振膜203和第二振膜204之间产生的内电场的大小。
示例一和示例二分别是以在第一电极层202和第二电极层205上施加余弦交流电压和直流电压为例进行说明的，参照示例一和/或示例二的描述，本领域技术人员可以清楚地知道其它种类的交流电压和直流电压施加在第一电极层202和第二电极层205上后，本实施例的声波生成装置的工作步骤，此处不再赘述。
根据示例一和示例二的描述，本领域技术人员可以清楚地了解到本实施例的声波生成装置产生的声波的频率和振幅对应地与施加在第一电极层202和第二电极层205上的外电压的频率和振幅相同，因此，在本实施例中，可通过调节施加在第一电极层202和第二电极层205上的外电压的频率和/或振幅，使本实施例的声波生成装置产生不同频率和/或振幅的声波，从而适用不同的应用领域。
如图2c所示，为了第一振膜203和第二振膜204生成的声波能够更好地传播出去，在第一电极层202和/或第二电极层205上可进一步设置用于传播第一振膜203和第二振膜204生成的声波的第一镂空结构206。具体地，在第一电极层202和第二电极层205的中间位置处分别阵列排布设置有6个圆孔状镂空结构206(即第一镂空结构206)，第一振膜203和第二振膜204生成的声波能够通过第一电极层202和第二电极层205上的圆孔状镂空结构206向外传播出去，以便加以利用。但是，本发明并不限于此，对于第一镂空结构206的排布方式、设置位置、数量和/或形状，本领域技术人员可以根据需要进行选择，例如：第一镂空结构206可以如图2c所示阵列排布，也可以无规则排布；第一镂空结构206可以如图2c所示设置在第一电极层202和第二电极层205的中间位置处，也可以设置在第一电极层202和第二电极层205的边缘位置处，还可以设置在第一电极层202或第二电极层205的中间位置处或边缘位置处；第一镂空结构206的数量可以为一个，也可以为多个；第一镂空结构206可以为孔状镂空结构，也可以为条状镂空结构。
可选地，如图2a和图2b所示，固定保护壳体201上设置有固定件207，第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205通过固定件207与固定保护壳体201固定连接。应当注意的是，采用固定件207固定第一振膜203和第二振膜204后，必须保证第一振膜203和第二振膜204之间的间距符合预设间距范围，这样就能够保证在第一振膜203和第二振膜204之间产生内电场，并在该内电场的作用下发生形变而相互靠近接触。对于固定件207的具体结构，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。
优选地，如图2a和图2b所示，固定件207为插槽结构，第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205插入至插槽结构207中。具体地，在固定保护壳体201的方形顶壁2011上设置有与第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205的顶边一一对应的四个插槽结构207，在固定保护壳体201的方形底壁2012上设置有与第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205的底边一一对应的四个插槽结构207，组装时，只需将第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205的顶边和底边对应插入固定保护壳体201的方形顶壁2011和方形底壁2012上对应设置的插槽结构207中即可。通过插槽结构207能够方便地将第一电极层202、第一振膜203、第二振膜204和第二电极层205固定设置在固定保护壳体201上，有助于简化本实施例的声波生成装置的组装工艺。
如图2a至图2c所示，为了第一振膜203和第二振膜204生成的声波能够更好地传播出去，固定保护壳体201也可设置用于传播第一振膜203和第二振膜204生成的声波的第二镂空结构208。具体地，如图2c所示，在固定保护壳体201的第二方形侧壁2014和第四方形侧壁2016的中间位置处分别阵列排布设置有6个圆孔状镂空结构208(即第二镂空结构208)，第一振膜203和第二振膜204生成的声波能够通过固定保护壳体201的第二方形侧壁2014和第四方形侧壁2016上的圆孔状镂空结构208向外传播出去，以便加以利用。但是，本发明并不限于此，对于第二镂空结构208的排布方式、设置位置、数量和/或形状，本领域技术人员可以根据需要进行选择，例如：第二镂空结构208可以如图2a至图2c所示阵列排布，也可以无规则排布；第二镂空结构208可以如图2a至图2c所示设置在固定保护壳体201的第二方形侧壁2014和第四方形侧壁2016的中间位置处，也可以设置在固定保护壳体201的第二方形侧壁2014和第四方形侧壁2016的边缘位置处，还可以设置在固定保护壳体201的第二方形侧壁2014或第四方形侧壁2016的中间位置处或边缘位置处；第二镂空结构208的数量可以为一个，也可以为多个；第二镂空结构208可以为孔状镂空结构，也可以为条状镂空结构。
进一步地，如图2c所示，本实施例的声波生成装置还可包括：电压供给模块209；电压供给模块209分别与第一电极层202和第二电极层205相连，用于为第一电极层202和第二电极层205提供外电压。
可选地，如图2c所示，为了便于对外电压进行控制，本实施例中的声波生成装置还包括：控制模块210；控制模块210与电压供给模块209相连，用于控制电压供给模块209的闭合或断开状态，以及对电压供给模块209提供的外电压的大小和/或频率进行调节。
具体地，当电压供给模块209提供的外电压为交流电压时，外电压本身的大小和方向都随时间进行变化，因此，控制模块210可无需控制电压供给模块209周期性地闭合或断开，直接控制电压供给模块209处于闭合状态，利用外电压本身的大小和方向变化，使得第一振膜203和第二振膜204之间周期性地分离或接触，另外，也可以通过控制模块210调节电压供给模块209提供的外电压的大小和/或频率；当电压供给模块209提供的外电压为直流电压时，可通过控制模块210控制电压供给模块209闭合和断开的时间，从而使电压供给模块209以该时间为周期为第一电极层202和第二电极层205施加该直流电压，进而使得第一振膜203和第二振膜204之间以该周期产生振动(即分离或接触)，生成声波，另外，也可以通过控制模块210调节电压供给模块209提供的外电压的大小。
此外，如图2a至图2c所示，实施例一的声波生成装置还可包括与第一电极层202相连的第一管脚211和与第二电极层205相连的第二管脚212。具体地，第一管脚211的一端穿过固定保护壳体201的方形底壁2012与第一电极层202相连，其另一端伸出固定保护壳体201的方形底壁2012的外部；第二管脚212的一端穿过固定保护壳体201的方形底壁2012与第二电极层205相连，其另一端伸出固定保护壳体201的方形底壁2012的外部。
若实施例一的声波生成装置包括第一管脚211和第二管脚212时，可直接将外电压施加在第一管脚211和第二管脚212上，从而通过第一管脚211和第二管脚212将外电压施加在第一电极层202和第二电极层205上；若采用电压供给模块209提供外电压，则需将电压供给模块209分别与第一管脚211和第二管脚212相连，从而通过第一管脚211和第二管脚212将外电压施加在第一电极层202和第二电极层205上。
为了使本领域技术人员更清楚地了解本实施例的声波生成装置，下面参照图2d所示的本发明提供的声波生成装置实施例一的声波生成原理示意图对本实施例的声波生成装置的声波生成原理进行具体介绍。假设第一振膜203容易失去电子，第二振膜204容易得到电子。
如图2d中的左侧图所示，当第一电极层202和第二电极层205在自然状态下时，即在第一电极层202和第二电极层205上未施加有外电压时，第一振膜203失去电子表现出正极性，第二振膜204得到电子表现出负极性。由于第一振膜203和第二振膜204分别表现为正负极性，因此，在第一振膜203和第二振膜204之间产生内电场E1，并且第一振膜203和第二振膜204在内电场E1的作用下发生形变而相互靠近接触。
如图2d中的中间图所示，当第一电极层202和第二电极层205上施加有外电压时，由于外电压的存在，在第一电极层202和第二电极层205之间产生外电场E2。当产生的外电场E2的方向与内电场E1的方向相反，且外电场E2的大小大于内电场E1的大小时，外电场E2能够迫使第一振膜203和第二振膜204克服内电场E1的作用而相互分离，即在外电场E2作用下，第一振膜203和第二振膜204相互分离。
如图2d中的右侧图所示，当撤去在第一电极层202和第二电极层205上施加的外电压时，外电场E2消失，第一振膜203和第二振膜204在其所产生的内电场E1的作用下再次发生形变而相互靠近接触。
在完成如图2d中的中间图所示的过程后，若在第一电极层202和第二电极层205施加一个与图2d中的中间图所示的相反方向的外电压，那么，会在第一电极层202和第二电极层205之间产生一个与图2d中的中间图所示的外电场E2相反方向的外电场E3，由于外电场E3的方向与内电场E1的方向相同，因此，第一振膜203和第二振膜204在外电场E3与内电场E1的共同作用下，使第一振膜203和第二振膜204的接触区域增大，即在该外电场的作用下，进一步增强了第一振膜203和第二振膜204之间的接触，使得接触区域增大。
图3a为本发明提供的声波生成装置实施例二的立体结构示意图，图3b为本发明提供的声波生成装置实施例二的拆分结构示意图。如图3a和图3b所示，该声波生成装置包括：固定保护壳体301、第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305；其中，固定保护壳体301，用于固定和保护第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305；第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305均为筒状结构；第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305由外至内依次同轴排布设置在固定保护壳体301中形成层叠嵌套的筒状结构；第一振膜303和第二振膜304的极性相反，且第一振膜303和第二振膜304之间的距离符合预设间距范围；由于第一振膜303和第二振膜304的极性相反，且第一振膜303和第二振膜304之间的距离符合预设间距范围，因此，能够在第一振膜303和第二振膜304之间产生内电场，并在该内电场的作用下发生形变而相互靠近接触；当第一电极层302和第二电极层305上施加有外电压时，在第一电极层302和第二电极层305之间产生外电场，该外电场能够迫使第一振膜303和第二振膜304克服该内电场的作用而相互分离，使得第一振膜303和第二振膜304产生振动，生成声波。
其中，如图3a和图3b所示，固定保护壳体301中固定设置有第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305，固定保护壳体301用于固定和保护第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305。具体地，固定保护壳体301为中空筒状结构壳体，其具有圆形顶壁3011、圆形底壁3012和筒壁3013，第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305固定设置在圆形顶壁3011和圆形底壁3012上。
为了保证在自然状态下(即第一电极层302和第二电极层305之间不产生外电场时)能够使第一振膜303和第二振膜304之间产生内电场，并在该内电场的作用下使第一振膜303和第二振膜304能够发生形变而相互靠近接触，首先，必须保证第一振膜303和第二振膜304的极性相反；其次，必须保证第一振膜303和第二振膜304之间的距离符合预设间距范围。对于预设间距范围的设置，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。优选地，预设间距范围为2μm～2000μm。
对于第一振膜303和第二振膜304的厚度，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。但是，为了使第一振膜303和第二振膜304能够更灵敏地振动(即分离或接触)，从而产生声波，第一振膜303的厚度优选为0.5μm～50μm；第二振膜304的厚度优选为0.5μm～50μm。
另外，第一电极层302和第一振膜303之间的距离、第二振膜304和第二电极层305之间的距离、第一电极层302和第二电极层305之间的距离以及第一电极层302和第二电极层305的厚度，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。
在本实施例中，外电压可以为交流电压，也可以为直流电压，本领域技术人员可以根据实际需要选择外电压的种类，此处不作限定。下面分别以在第一电极层302和第二电极层305上施加交流电压和直流电压为例，详细介绍本实施例的声波生成装置的工作步骤。假设第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的方向为由第一振膜303指向第二振膜304(即第一振膜303失去电子表现为正极性，第二振膜304得到电子表现为负极性)。
示例三
若在第一电极层302和第二电极层305上施加一个频率为f(即周期为T＝1/f)、初相位为0的余弦交流电压，该声波生成装置将会以周期T循环重复执行步骤S1021和步骤S1022，从而使第一振膜303和第二振膜304产生振动(即分离或接触)，生成声波。
步骤S1021：在0至π阶段内，由于该余弦交流电压的电压值为负值，因此，该余弦交流电压施加在第一电极层302和第二电极层305上后，第一电极层302带有负电荷表现为负极性，第二电极层305带有正电荷表现为正极性，第一电极层302和第二电极层305之间产生一个由第二电极层305指向第一电极层302方向的外电场，该外电场的方向与第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的方向相反，并且，在该阶段内，该余弦交流电压必须至少存在一个电压值，该电压值的大小能够使第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的大小大于第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的大小，从而使第一振膜303和第二振膜304能够克服该内电场的作用而相互分离。
步骤S1022：在π至2π阶段内，由于该余弦交流电压的电压值为正值，因此，该余弦交流电压施加在第一电极层302和第二电极层305上后，第一电极层302带有正电荷表现为正极性，第二电极层305带有负电荷表现为负极性，第一电极层302和第二电极层305之间产生一个由第一电极层302指向第二电极层305方向的外电场，该外电场的方向与第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的方向相同，由于该外电场与该内电场的方向相同，因此，第一振膜303和第二振膜304在该外电场的作用下接触区域增大，即在该外电场的作用下，进一步增强了第一振膜303和第二振膜304之间的接触，使得接触区域增大。
应当理解的是，在第一电极层302和第二电极层305上施加的外电压为交流电压时，第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的方向与第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的方向可以相反，也可以相同，这取决于施加交流电压后的第一电极层302和第二电极层305的正负极性，以及第一振膜303和第二振膜304的正负极性。具体地，假设第一振膜303失去电子表现为正极性，第二振膜304得到电子表现为负极性，那么，第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的方向为由第一振膜303指向第二振膜304，此时，若在第一电极层302和第二电极层305上施加交流电压，使第一电极层302表现为负极性、第二电极层305表现为正极性，即第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的方向为由第二电极层305指向第一电极层302，则第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的方向与第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的方向相反；若在第一电极层302和第二电极层305上施加交流电压，使第一电极层302表现为正极性、第二电极层305表现为负极性，即第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的方向为由第一电极层302指向第二电极层305，则第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的方向与第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的方向相同。
此外，应当注意的是，为了使第一振膜303和第二振膜304能够克服其产生的内电场的作用而相互分离，首先，必须保证在第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的方向与第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的方向相反；其次，必须保证在第一电极层302和第二电极层305上施加该交流电压后，存在至少一个电压值，该电压值的大小能够使第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的大小大于第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的大小。
示例四
若每隔时间t1在第一电极层302和第二电极层305上施加时间t2的电压值为负值的直流电压，则相当于在第一电极层302和第二电极层305上施加一个频率为f＝1/(t1+t2)(即周期为T＝1/f＝t1+t2)、电压值为负值的直流电压，该声波生成装置将会以周期T循环重复执行步骤S1031和步骤S1032，从而使第一振膜303和第二振膜304产生振动(即分离或接触)，生成声波。
步骤S1031：在0至t2阶段内，由于该直流电压的电压值为负值，因此，该直流电压施加在第一电极层302和第二电极层305上后，第一电极层302带有负电荷表现为负极性，第二电极层305带有正电荷表现为正极性，第一电极层302和第二电极层305之间产生一个由第二电极层305指向第一电极层302方向的外电场，该外电场的方向与第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的方向相反，并且，在该阶段内，该直流电压的电压值的大小必须能够使第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的大小大于第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的大小，从而使第一振膜303和第二振膜304能够克服该内电场的作用而相互分离。
步骤S1032：在t2至T阶段内，由于在第一电极层302和第二电极层305上未施加该直流电压，即该直流电压的电压值为0，因此，第一电极层302和第二电极层305之间不会产生外电场，故第一振膜303和第二振膜304从相互分离恢复至自然状态下的相互靠近接触。
应当注意的是，为了使第一振膜303和第二振膜304能够克服其产生的内电场的作用而相互分离，首先，必须保证在第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的方向与第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的方向相反；其次，必须保证在第一电极层302和第二电极层305上施加该直流电压后，该直流电压的电压值的大小必须能够使第一电极层302和第二电极层305之间产生的外电场的大小大于第一振膜303和第二振膜304之间产生的内电场的大小。
示例三和示例四分别是以在第一电极层302和第二电极层305上施加余弦交流电压和直流电压为例进行说明的，参照示例三和/或示例四的描述，本领域技术人员可以清楚地知道其它种类的交流电压和直流电压施加在第一电极层302和第二电极层305上后，本实施例的声波生成装置的工作步骤，此处不再赘述。
根据示例三和示例四的描述，本领域技术人员可以清楚地了解到本实施例的声波生成装置产生的声波的频率和振幅对应地与施加在第一电极层302和第二电极层305上的外电压的频率和振幅相同，因此，在本实施例中，可通过调节施加在第一电极层302和第二电极层305上的外电压的频率和/或振幅，使本实施例的声波生成装置产生不同频率和/或振幅的声波，从而适用不同的应用领域。
如图3c所示，为了第一振膜303和第二振膜304生成的声波能够更好地传播出去，在第一电极层302和/或第二电极层305可进一步设置用于传播第一振膜303和第二振膜304生成的声波的第一镂空结构306。具体地，在第一电极层302和第二电极层305上分别阵列排布设置有多个圆孔状镂空结构306(即第一镂空结构306)，第一振膜303和第二振膜304生成的声波能够通过第一电极层302和第二电极层305上的圆孔状镂空结构306向外传播出去，以便加以利用。但是，本发明并不限于此，对于第一镂空结构306的排布方式、设置位置、数量和/或形状，本领域技术人员可以根据需要进行选择，例如：第一镂空结构306可以如图3c所示阵列排布，也可以无规则排布；第一镂空结构306的数量可以为一个，也可以为多个；第一镂空结构306可以为孔状镂空结构，也可以为条状镂空结构。
可选地，如图3a和图3b所示，固定保护壳体301上设置有固定件307，第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305通过固定件307与固定保护壳体301固定连接。应当注意的是，采用固定件307固定第一振膜303和第二振膜304后，必须保证第一振膜303和第二振膜304之间的间距符合预设间距范围，这样就能够保证在第一振膜303和第二振膜304之间产生内电场，并在该内电场的作用下发生形变而相互靠近接触。对于固定件307的具体结构，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。
优选地，如图3a和图3b所示，固定件307为插槽结构，第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305插入至插槽结构307中。具体地，在固定保护壳体301的圆形顶壁3011上设置有与第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305的顶边一一对应的四个插槽结构307，在固定保护壳体301的圆形底壁3012上设置有与第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305的底边一一对应的四个插槽结构307，组装时，只需将第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305的顶边和底边对应插入固定保护壳体301的圆形顶壁3011和圆形底壁3012上对应设置的插槽结构307中即可。通过插槽结构307能够方便地将第一电极层302、第一振膜303、第二振膜304和第二电极层305固定设置在固定保护壳体301上，有助于简化本实施例的声波生成装置的组装工艺。
如图3a至图3c所示，为了第一振膜303和第二振膜304生成的声波能够更好地传播出去，固定保护壳体301也可设置用于传播第一振膜303和第二振膜304生成的声波的第二镂空结构308。具体地，如图3a和图3b所示，在固定保护壳体301的筒壁3013上阵列排布设置有多个圆孔状镂空结构308(即第二镂空结构308)，第一振膜303和第二振膜304生成的声波能够通过固定保护壳体301的筒壁3013上的圆孔状镂空结构308向外传播出去，以便加以利用。但是，本发明并不限于此，对于第二镂空结构308的排布方式、设置位置、数量和/或形状，本领域技术人员可以根据需要进行选择，例如：第二镂空结构308可以如图3a和图3b所示阵列排布设置在固定保护壳体301的筒壁3013上，也可以无规则的排列设置在固定保护壳体301的筒壁3013上；第二镂空结构308的数量可以为一个，也可以为多个；第二镂空结构308可以为孔状镂空结构，也可以为条状镂空结构。
进一步地，如图3c所示，本实施例的声波生成装置还可包括：电压供给模块309；电压供给模块309分别与第一电极层302和第二电极层305相连，用于为第一电极层302和第二电极层305提供外电压。
可选地，如图3c所示，为了便于对外电压进行控制，本实施例中的声波生成装置还包括：控制模块310；控制模块310与电压供给模块309相连，用于控制电压供给模块309的闭合或断开状态，以及对电压供给模块309提供的外电压的大小和/或频率进行调节。
具体地，当电压供给模块309提供的外电压为交流电压时，外电压本身的大小和方向都随时间进行变化，因此，控制模块310可无需控制电压供给模块309周期性地闭合或断开，直接控制电压供给模块309处于闭合状态，利用外电压本身的大小和方向变化，使得第一振膜303和第二振膜304之间周期性地分离或接触，另外，也可以通过控制模块310调节电压供给模块309提供的外电压的大小和/或频率；当电压供给模块309提供的外电压为直流电压时，可通过控制模块310控制电压供给模块309闭合和断开的时间，从而使电压供给模块309以该时间为周期为第一电极层302和第二电极层305施加该直流电压，进而使得第一振膜303和第二振膜304之间以该周期产生振动(即分离或接触)，生成声波，另外，也可以通过控制模块310调节电压供给模块309提供的外电压的大小。
此外，如图3a至图3c所示，实施例二的声波生成装置还可包括与第一电极层302相连的第一管脚311和与第二电极层305相连的第二管脚312。具体地，第一管脚311的一端穿过固定保护壳体301的圆形底壁3012与第一电极层302相连，其另一端伸出固定保护壳体301的圆形底壁3012的外部；第二管脚312的一端穿过固定保护壳体301的圆形底壁3012与第二电极层305相连，其另一端伸出固定保护壳体301的圆形底壁3012的外部。
若实施例二的声波生成装置包括第一管脚311和第二管脚312时，可直接将外电压施加在第一管脚311和第二管脚312上，从而通过第一管脚311和第二管脚312将外电压施加在第一电极层302和第二电极层305上；若采用电压供给模块309提供外电压，则需将电压供给模块309分别与第一管脚311和第二管脚312相连，从而通过第一管脚311和第二管脚312将外电压施加在第一电极层302和第二电极层305上。
其中，实施例二的声波生成装置的声波生成原理与实施例一的声波生成装置的声波生成原理相同，对实施例二的声波生成装置的声波生成原理的描述可参照对实施例一的声波生成装置的声波生成原理的描述，此处不再赘述。
在上述各实施例中，第一电极层和第二电极层的材料可分别选自金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金和钽合金中的一种。
在上述各实施例中，第一振膜和第二振膜的材料可分别选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。优选地，第一振膜的材料和第二振膜的材料为极性差异较大的材料，例如，聚偏氟乙烯薄膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
实施例一的声波生成装置中的第一振膜203和第二振膜204为方形平板状结构，其声波按照如图2c所示的方式传播；实施例二的声波生成装置中的第一振膜303和第二振膜304为筒状结构，其声波按照如图3d所示的方式传播。因此，根据实施例一和实施例二的声波传播方式以及能量守恒原理，本领域技术人员可以清楚的了解到改变第一振膜和第二振膜的形状可以改变第一振膜和第二振膜的振动方向和振动幅度，从而实现对声波的传播方向和强度的控制。也就是说，本发明提供的声波生成装置可通过改变第一振膜和第二振膜的形状来改变第一振膜和第二振膜的振动方向和振动幅度，从而实现对声波的传播方向和强度控制。
可选地，在本发明的声波生成装置中，若将第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层作为一组生成声波的主要部件，那么，在本发明的声波生成装置的固定保护壳体中不仅可以如上述各个实施例所示设置一组主要部件，还可以在本发明的声波生成装置的固定保护壳体中设置多组主要部件，本领域技术人员可以根据实际需要选择设置主要部件的数量及具体设置方式，此处不作限定。
本发明提供的声波生成装置，通过在第一电极层和第二电极层上施加外电压的方式，在第一电极层和第二电极层之间产生外电场，并利用该外电场迫使极性相反的第一振膜和第二振膜克服其内电场的作用而由相互靠近接触变为相互分离，实现了对静电吸附现象的控制，从而使得第一振膜和第二振膜产生振动，生成声波。另外，本发明提供的声波生成装置还具有结构及制作工艺简单，成本低廉，适合大规模工业化生产的优点。本发明提供的声波生成装置采用的振膜质量极轻，并具有优良的柔顺性和解析力，因此，通过对外电压的控制，能够方便地实现对振膜的振动幅度的改变，从而产生不同强度的声波，以便应用在汽车雷达、障碍物检测、物体移动速度检测、水下定位、扬声器等各个领域中。
本发明中所提到的各种模块、电路均为由硬件实现的电路，例如控制模块可以包括开关元件、微控制器或微控制芯片等。虽然其中某些模块、电路集成了软件，但本发明所要保护的是集成软件对应的功能的硬件电路，而不仅仅是软件本身。
本领域技术人员应该理解，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种声波生成装置，其特征在于，包括：固定保护壳体、电压供给模块、第一电极层、第一振膜、第二振膜和第二电极层；其中，
所述固定保护壳体用于固定和保护所述第一电极层、所述第一振膜、所述第二振膜和所述第二电极层；其中，所述固定保护壳体上设置有固定件，所述固定件为插槽结构，所述第一电极层、所述第一振膜、所述第二振膜和所述第二电极层插入至所述插槽结构中与所述固定保护壳体固定连接；所述第一电极层、所述第一振膜、所述第二振膜和所述第二电极层依次设置在所述固定保护壳体中；
所述第一振膜与所述第二振膜的材料不同，所述第一振膜和所述第二振膜之间的距离符合预设间距范围时，所述第一振膜失去电子而带有正电荷、所述第二振膜得到电子而带有负电荷，使得所述第一振膜和所述第二振膜的极性相反；所述第一振膜和所述第二振膜之间产生内电场，并在所述内电场的作用下发生形变而相互靠近接触；
当所述第一电极层和所述第二电极层上施加有外电压时，在所述第一电极层和所述第二电极层之间产生外电场，所述外电场能够迫使所述第一振膜和所述第二振膜克服所述内电场的作用而相互分离，使得所述第一振膜和所述第二振膜产生振动，生成声波；
所述电压供给模块分别与所述第一电极层和所述第二电极层相连，用于为所述第一电极层和所述第二电极层提供所述外电压。
2.根据权利要求1所述的声波生成装置，其特征在于，当所述外电场的方向与所述内电场的方向相反时，所述外电场能够迫使所述第一振膜和所述第二振膜克服所述内电场的作用而相互分离；
当所述外电场的方向与所述内电场的方向相同时，所述第一振膜和所述第二振膜在所述外电场的作用下接触区域增大。
3.根据权利要求1或2所述的声波生成装置，其特征在于，所述预设间距范围为2μm~2000μm。
4.根据权利要求1或2所述的声波生成装置，其特征在于，所述第一振膜的厚度为0.5μm~50μm；所述第二振膜的厚度为0.5μm~50μm。
5.根据权利要求1或2所述的声波生成装置，其特征在于，所述第一电极层和/或所述第二电极层上设置有第一镂空结构；所述第一镂空结构用于将所述第一振膜和所述第二振膜生成的声波传播出去。
6.根据权利要求5所述的声波生成装置，其特征在于，所述第一镂空结构为孔状镂空结构或条状镂空结构。
7.根据权利要求1-2、6任一项所述的声波生成装置，其特征在于，所述固定保护壳体上设置有第二镂空结构；所述第二镂空结构用于将所述第一振膜和所述第二振膜生成的声波传播出去。
8.根据权利要求7所述的声波生成装置，其特征在于，所述第二镂空结构为孔状镂空结构或条状镂空结构。
9.根据权利要求1所述的声波生成装置，其特征在于，所述声波生成装置还包括：控制模块；所述控制模块与所述电压供给模块相连，用于控制所述电压供给模块的闭合或断开状态，以及对所述电压供给模块提供的外电压的大小和/或频率进行调节。
10.根据权利要求1所述的声波生成装置，其特征在于，所述声波生成装置还包括：第一管脚和第二管脚；其中，
所述第一管脚的一端穿过所述固定保护壳体与所述第一电极层相连，所述第一管脚的另一端伸出所述固定保护壳体的外部；
所述第二管脚的一端穿过所述固定保护壳体与所述第二电极层相连，所述第二管脚的另一端伸出所述固定保护壳体的外部。
11.根据权利要求1-2、6、8-10任一项所述的声波生成装置，其特征在于，所述第一电极层、所述第一振膜、所述第二振膜和所述第二电极层均为平板状结构或筒状结构。
12.根据权利要求11所述的声波生成装置，其特征在于，当所述第一电极层、所述第一振膜、所述第二振膜和所述第二电极层均为平板状结构时，所述第一电极层、所述第一振膜、所述第二振膜和所述第二电极层依次相对平行设置。
13.根据权利要求11所述的声波生成装置，其特征在于，当所述第一电极层、所述第一振膜、所述第二振膜和所述第二电极层均为筒状结构时，所述第一电极层、所述第一振膜、所述第二振膜和所述第二电极层由外至内依次同轴排布。
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