CN109470086B - 一种声波发射装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声波发射装置及系统，该装置包括压力波源和与其连接的热声发动机；压力波源用于产生声波，热声发动机用于增强声波的声压。压力波源和热声发动机通过连接管连接，热声发动机由依次连接的室温换热器、回热器、加热器和谐振管构成。声波发射系统包括两组阵列布置的声波发射装置，两组声波发射装置协同作用发射次声波。本发明提供的声波发射装置及系统，将热声发动机与压力波源连接，对压力波能量进行放大，将热声发动机加热器的热能转化为机械能，使声波的声压得到增强，相比于传统声波发射装置直接利用压力波源作为声波武器，本发明利用了热声发动机的热功转换特性加强了声波的声压，提高了声波发射装置的作用距离和威力。

Description

一种声波发射装置及系统

技术领域

本发明涉及声波发射技术领域，特别涉及一种声波发射装置及系统。

背景技术

声音是由物理振动而产生的机械波，其频率和强度的变化会使人体产生明显的主观感受或印象。声学武器正是利用这种特点，通过定向发射声波来达到驱散、拒止甚至杀伤敌方目标人员的目的。按照声波频率的不同，一般可将声学武器分为次声波发射装置(＜20Hz)、强声波发射装置(20Hz～20kHz，人耳的听觉音频范围)和超声波发射装置(＞20kHz)。其中，由于在空气中具有较明显的衰减现象，超声波发射装置的实用化进程受到诸多限制。目前的发展重点是强声波发射装置和次声波发射装置。

强声波武器是一种非致命性武器，它通过高声压级强声阵列产生高定向性和高强度的声波束攻击敌方人员，使之遭受听觉刺激逃离目标区域或一段时间内丧失行动作战能力，以达到为保护争端领土、军事基地、重要基础设施而强行驱散或拒止来犯人员的目的。另外，强声波发射装置还可以实现远距离话音传输，因此也是心理战中警告、威慑、规劝人群的有效手段。目前，强声波发射装置技术成熟度较高，包括陆基、车载、舰载等多种产品形态，广泛应用于警戒防卫、反恐防暴、处突维稳、海上维权缉私等多个领域。

次声波武器的原理是利用次声波与人体生理系统共振后产生的不良影响来打击敌方人员，其特点是隐蔽性好(人耳无法察觉)、作用距离远、穿透能力强。根据频率的不同，次声波发射装置的攻击机理也不同，可以分为“神经型”和“器官型”两类。“神经型”次声波发射装置的频率(8－12Hz)与人脑阿尔法节律很接近，因此其共振攻击的人体部位是大脑，会导致目标人员的不安、恶心、头晕甚至是神经错乱、昏厥休克。“器官型”次声波发射装置则是通过发射与人体内脏器官固有频率相近的共振次声波(4～18Hz)，引起目标人员恶心呕吐、呼吸异常、内脏损伤甚至是血管破裂、当场死亡。

当前用于反恐的声波武器主要是利用压电材料在通电时的变形特性来产生声波，这种声波发生方式产生的声波强度受到材料的制约，声压不足，使声波武器作用距离和威力也受到影响。

发明内容

本发明为解决现有技术声压不足的缺陷，提供一种声波发射装置及系统。

一方面，本发明提供一种声波发射装置，包括压力波源和与其连接的热声发动机；所述压力波源用于产生压力波，所述压力波以声波的形式传播，所述热声发动机用于将装置中的热能转化为机械能，增加所述声波的能量，从而增强其声压。

其中，所述压力波源和热声发动机通过连接管连接。

其中，所述热声发动机由依次连接的室温换热器、回热器、加热器和谐振管构成。

其中，所述谐振管一端与所述加热器连接，另一端连接喇叭口。

其中，所述压力波源为压电材料、活塞或扬声器。

其中，所述连接管的长度小于声波波长的1/8。

其中，所述连接管和喇叭口之间连接多个所述热声发动机。

另一方面，本发明还提供一种声波发射系统，包括多个声波发射装置，多个声波发射装置并排布置形成阵列。

其中，所述多个声波发射装置分为两组，两组声波发射装置采用不同的工作频率。

其中，所述两组声波发射装置的工作频率差值小于20Hz。

本发明提供的声波发射装置及系统，将热声发动机与压力波源连接，对压力波能量进行放大，将热声发动机的热能转化为机械能，使声波的声压得到增强，相比于传统的直接利用压力波源作为声波武器，本发明利用了热声发动机的热功转换特性加强了声波的声压，提高了声波发射装置的作用距离和威力。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的声波发射装置结构示意图；

图2为根据本发明实施例提供的另一种声波发射装置结构示意图；

图中，1：压力波源；2：连接管；3：室温换热器；4：回热器；5：加热器；6：谐振管；7：喇叭口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为根据本发明实施例提供的声波发射装置结构示意图，如图1所示，该声波发射装置包括压力波源1和与其连接的热声发动机；所述压力波源用于产生压力波，所述压力波以声波的形式传播，所述热声发动机用于将装置中的热能转化为机械能，增加所述声波的能量，从而增强其声压。

本发明实施例提供的声波发射装置，将热声发动机与压力波源连接，对压力波能量进行放大，将热声发动机中的热能转化为机械能，使声波的声压得到增强，相比于传统的直接利用压力波源作为声波武器，本发明利用了热声发动机的热功转换特性加强了声波的声压，提高了声波发射装置的作用距离和威力。

具体地，声波属于压力波的一种，本实施例中，压力波源1产生的压力波以声波的形式存在，压力波指的是气体中的弹性波。气体与固体不同，很容易被压缩，当在气体中激起压力变动时,气体的密度将产生与压力相同形式的变动。所以气柱中的压力波又称位移波或密度波。有时将地震纵波也称压力波。压力波由高压波和低压波组成。

压力波源1与所述热声发动机连接，利用热在压力气体中产生自激振荡这一热声现象，可以实现将热转换为压力波动，即声波，压力波是交变机械能，也就实现了热能到机械能的转换。热声发动机就是指通过热声效应由热产生机械动力的装置。在本实施例中，热声发动机将压力波源1产生的声波的能量进行放大，使声波的声压得到增强。

在上述实施例的基础上，所述压力波源1和热声发动机通过连接管2连接。

具体地，连接管2是连接压力波源1与热声发动机的部件，通过改变其长度，可以调节热声发动机在声场中的位置，使其达到更好的性能。本实施例中，连接管2的长度小于声波波长的1/8。

在上述各实施例的基础上，所述热声发动机由依次连接的室温换热器3、回热器4、加热器5和谐振管6构成。通过加热器5进行加热在回热器4轴线方向形成一定的温度梯度，当压力波源1产生的声波经过回热器4时，加热器5的热能转化为机械能，从而使声波的声压得到增强。加热器5连接谐振管6，谐振管6的长度须与装置的工作频率相匹配，谐振管6与连接管2的总长度约为声波波长的1/4。谐振管6为等直径管、变直径管或二者的组合。它优化热声发动机内的声场分布，减少回热器4粘性流动损失，抑制管道内的非线性效应，提高发动机的自适应能力，达到提高热功转换效率的目的。

在上述各实施例的基础上，所述谐振管6一端与所述加热器5连接，另一端连接喇叭口7。本实施例中，喇叭口7为谐振管6与大气环境的过渡段，它可以减少声波的损失，并提高声波的指向性。

在上述各实施例的基础上，所述压力波源1为压电材料、活塞或扬声器。压力波源1是产生压力波的设备，本实施例中，压力波源1可以是压电材料、活塞或扬声器。

图2为根据本发明实施例提供的另一种声波发射装置结构示意图，该装置包括压力波源1、连接管2和喇叭口7，连接管2和喇叭口7之间连接两个热声发动机。与图1所示的装置相比，通过增加另一个热声发动机，可以使声波的能量获得再一次的放大，提高声压。理论上，连接管2和喇叭口7之间可以连接更多热声发动机，使声波能量获得更多次数的放大。

本发明实施例提供的声波发射装置，将多个热声发动机与压力波源连接，对压力波能量进行放大，将热声发动机加热器5的热能转化为机械能，使声波的声压得到增强，相比于传统的直接利用压力波源作为声波武器，本发明利用了热声发动机的热功转换特性加强了声波的声压，提高了声波发射装置的作用距离和威力。

图1和图2所示的声波发射装置，应用于声波武器。受到压力波源1产生的声波的频率的限制，通常在20Hz到20kHz以内，属于强声波武器的范围。在应对恐怖份子骚乱事件时，相较于催泪弹和爆震弹，强声波武器的效果更好、作用范围更大，可以进行远距离高音驱散。该声波发射装置利用了热声发动机的热功转换特性加强了声波的声压，相较于传统的声波发射装置有更远的作用距离和更强的威力，可以在数百米范围内发出145dB的高频声波，使恐怖分子头晕、恐慌、心理紊乱，甚至短时间昏迷，失去反抗能力，应用在反恐工作中有良好的效果。

在一个可选实施例中，将多个所述声波发射装置并排布置形成阵列，形成声波发射系统。每台声波发射装置的声波从喇叭口7输出后，能量相互叠加，达到增加声压的目的。

在上述实施例的基础上，将阵列布置的多个声波发射装置分为两组，两组声波发射装置采用不同的工作频率。同一组内的声波发射装置保持相同的结构参数和工作频率。这样两组声波发射装置产生的声波叠加后会产生一个新的频率的声波，该声波的频率为两组声波发射装置的声波频率之差，该新声波的压力波动幅值为两组声波发射装置产生的声波的幅值之和。

在上述各实施例的基础上，两组声波发射装置的工作频率差值小于20Hz。例如，一组声波发射装置的频率为100Hz，幅值为50Pa，另一组声波发射装置的频率为105Hz，幅值为60Pa，那么产生的新声波的频率为5Hz，幅值为110Pa。利用这一特性，两组声波发射装置协同作用，就可以向作用目标发射次声波，从而构成一种次声波武器。

该声波发射系统将阵列布置的多个声波发射装置分为两组，两组声波发射装置协同作用，向作用目标发射次声波。声波发射系统构成一种次声波武器，解决了现有声波武器难以产生低频声波的问题，可应用在反恐工作中。

次声波武器由于频率小于20Hz，具有听不见、看不见、摸不着的特点，隐蔽性极强，不易被恐怖分子发觉，达到袭击的效果。根据物理学原理，声波频率越低，传播时介质对它的吸收越少，因此次声波不易衰减或被水和空气吸收，并且次声波的波长一般较长，能绕开障碍物发生衍射，反恐防暴时对犯罪分子的杀伤范围大，具有作用距离远，不易被削弱的特点。次声波穿透能力强，可以穿透几米厚的钢筋混凝土，无论犯罪分子在房屋内还是人质后躲藏，都无法逃脱次声波武器的袭击，使犯罪分子无处可藏。如果犯罪分子劫持人质，需要调整压力波源1，使次声波强度适当，不能使人质遭受过于严重的伤害。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然能够对前述各个实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各个实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种声波发射系统，应用于次声波武器，其特征在于，包括多个声波发射装置，多个所述声波发射装置并排布置形成阵列；所述多个声波发射装置分为两组，两组声波发射装置采用不同的工作频率，所述两组声波发射装置的工作频率差值小于20Hz；两组声波发射装置产生的声波叠加后产生一个新的声波，所述新的声波的频率为两组声波发射装置的声波频率之差，所述新的声波的压力波动幅值为两组声波发射装置产生的声波幅值之和；

所述声波发射装置包括压力波源和与其连接的热声发动机；所述压力波源用于产生压力波，所述压力波以声波的形式传播，所述热声发动机用于将装置中的热能转化为机械能，增加所述声波的能量，从而增强其声压。

2.根据权利要求1所述的声波发射系统，其特征在于，所述压力波源和所述热声发动机通过连接管连接。

3.根据权利要求2所述的声波发射系统，其特征在于，所述热声发动机由依次连接的室温换热器、回热器、加热器和谐振管构成。

4.根据权利要求3所述的声波发射系统，其特征在于，所述谐振管的一端与所述加热器连接，所述谐振管的另一端连接喇叭口。

5.根据权利要求1或2所述的声波发射系统，其特征在于，所述压力波源为压电材料、活塞或扬声器。

6.根据权利要求2所述的声波发射系统，其特征在于，所述连接管的长度小于声波波长的1/8。

7.根据权利要求4所述的声波发射系统，其特征在于，所述连接管和所述喇叭口之间连接多个所述热声发动机。

Images