CN114157966A - 一种基于压电薄膜的声音发射、接收及收发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电薄膜的声音发射、接收及收发装置，所述装置包括基底和压电薄膜，基底的其中一端面上设置有第一导电层；压电薄膜的上下端面上分别设置有与第一导电层相对的第二导电层和第三导电层，工作前，压电薄膜先在第一导电层和第二导电层加载的直流电压作用下向基板的方向吸附张紧，之后在第二导电层和第三导电层的交流电压作用下利用其逆压电效应振动发出声音信号，和/或接收声音信号利用其压电效应振动将声音信号转换为电信号输出。本发明可以提升压电薄膜的工作振幅，进而提升装置发声的声压级；且本发明可用于声音信号的定向发出，适用范围广。

Description

一种基于压电薄膜的声音发射、接收及收发装置

技术领域

本发明涉及声音发射及接收技术领域，具体涉及一种基于压电薄膜的声音发射、接收及收发装置。

背景技术

传统的扬声装置分为电动式、平衡电枢式、静电式。然而电动式及平衡电枢式扬声器的结构具有磁铁，因此容易被周围电路及外界强磁场干扰。传统的扬声装置对于高音及低音采用分频网路，分频网路的元件大多为电感或电容所组成，其容易造成声音失真。

压电式扬声器可利用拉伸后之压电薄膜的逆压电效应，电压交替变化时产生双向振动，推动空气辐射出声音。但压电薄膜具有电容性阻抗，无法产生较大振幅，故音量较小。此外，压电薄膜已经过拉伸，故机械性能已受到影响，又压电薄膜具有电容性阻抗，电流通过时会累积电流产生的热而使机械性能下降，明显影响到压电薄膜的使用寿命。另一方面，压电薄膜的质地较软，所以声音受限在低频音域，缺乏高频音域。

另外，传统的压电式扬声器是360度全向扩散声音的，不隐私，且容易对周边产生干扰，这会给我们日常的工作与生活带来困扰，且也容易造成声音污染。

因此，如何能够提升压电薄膜产生的振幅及同时让声音能够定向发出，是现在需要解决的问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于压电薄膜的声音发射、接收及收发装置。

为实现上述目的，一方面，本发明提出了一种基于压电薄膜的声音发射装置，包括：

基底，具有第一端面，所述第一端面上设置有用于加载第一直流电压的第一导电层；

压电薄膜，具有相对的第二端面和第三端面，所述第二端面与所述第一端面相对，所述第二端面上设置有用于加载第二直流电压的第二导电层，所述第三端面上设置有用于加载交流电压的第三导电层，所述第二直流电压与第一直流电压之间、所述第三直流电压与交流电压之间均存在电势差；

所述压电薄膜设置于所述基底上，且与所述基底之间设置有用于提供所述压电薄膜上下振动所需振动空间的振动间隙；

所述压电薄膜在所述第一直流电压和所述第二直流电压的静电力作用下先向靠近基底第一端面的方向吸附，之后在所述第二直流电压和所述交流电压的配合作用下上下振动发射出信号。

在一优选实施例中，所述第一导电层和所述第二导电层先分别加载所述第一直流电压和所述第二直流电压，之后所述第三导电层和所述第二导电层再分别加载所述第二直流电压和所述交流电压；或者所述第一导电层、第二导电层和第三导电层同时分别加载所述第一直流电压、第二直流电压和交流电压，且所述第二导电层接地。

在一优选实施例中，所述压电薄膜通过所述第二导电层和所述第三导电层加载超声波信号，所述超声波信号包括加载有音频信号的超声波调制信号和超声波载波信号，所述超声波调制信号和超声波载波信号通过所述压电薄膜的振动发射到空气中，经空气自解调出所述音频信号。

在一优选实施例中，所述压电薄膜与基底进行边框固定，固定后所述压电薄膜与基底之间形成所述振动空间。

在一优选实施例中，所述第一端面上设置有多个支撑柱，所述支撑柱将所述声音发射装置分为多个呈阵列排布的发声单元，每个所述发声单元内形成有所述振动空间。

在一优选实施例中，所述发声单元的共振频率与加载的所述超声波载波信号的频率相同或相接近。

在一优选实施例中，所述共振频率的频率范围为20kHz～200kHz。

在一优选实施例中，所述声音发射装置还包括与压电薄膜的第二导电层和第三导电层相连的信号发生器，所述信号发生器包括：

载波信号发声单元，用于发出超声波载波信号；

调制单元，与所述载波信号发声单元相连，用于接收所述超声波载波信号和音频信号，并将所述超声波载波信号和所述音频信号进行调制，生成超声波调制信号；

信号调整单元，用于对所述超声波调制信号进行调整，发出调整后的所述超声波调制信号。

在一优选实施例中，所述压电薄膜为聚偏氟乙烯压电膜。

在一优选实施例中，所述声音发射装置至少用于作为扬声器、耳机、扩音器、超声换能器、显示声音发射装置及医用传感器。

在一优选实施例中，所述声音发射装置做分区设置，分区形成多个拼接的发声区域。

另一方面，本发明提出了一种基于压电薄膜的声音接收装置，包括：

基底，具有第一端面，所述第一端面上设置有用于加载第一直流电压的第一导电层；

压电薄膜，具有相对的第二端面和第三端面，所述第二端面与所述第一端面相对，所述第二端面上设置有用于加载第二直流电压或用于输出电信号的第二导电层，所述第三端面上设置有用于输出电信号的第三导电层，所述第二直流电压与第一直流电压之间存在电势差；

所述压电薄膜设置于所述基底上，且与所述基底之间设置有用于提供所述压电薄膜上下振动所需振动空间的振动间隙；

所述压电薄膜在所述第一直流电压和所述第二直流电压的静电力作用下先向靠近基底第一端面的方向吸附，当所述压电薄膜接收到外部信号时，其上下振动产生电信号经所述第二导电层和第三导电层输出。

在一优选实施例中，所述声音接收装置做分区设置，分区形成多个拼接的收声区域。

又一方面，本发明还提出了一种基于压电薄膜的声音收发装置，包括：

基底，具有第一端面，所述第一端面上设置有用于加载第一直流电压的第一导电层；

压电薄膜，具有相对的第二端面和第三端面，所述第二端面与所述第一端面相对，所述第二端面上设置有用于加载第二直流电压或用于输出电信号的第二导电层，所述第三端面上设置有用于加载交流电压或用于输出电信号的第三导电层，所述第二直流电压与第一直流电压之间存在电势差；

所述压电薄膜设置于所述基底上，且与所述基底之间设置有用于提供所述压电薄膜上下振动所需振动空间的振动间隙；

所述压电薄膜在所述第一直流电压和所述第二直流电压的静电力作用下先向靠近基底第一端面的方向吸附，吸附后，所述压电薄膜在所述第二直流电压和所述交流电压的配合作用下上下振动发射出第一电信号给待探测的物体，所述第一电信号经物体反射给所述压电薄膜，所述压电薄膜接收反射的第一电信号并在所述反射的第一电信号作用下上下振动产生第二电信号经所述第二导电层和第三导电层输出，根据所述第一电信号和第二电信号计算获得物体所需探测的相关参数。

在一优选实施例中，所述声音收发装置做分区设置，分区形成多个拼接的收发声区域。

又一方面，本发明还提出了一种基于压电薄膜的声音收发装置，包括：至少一个所述的声音发射装置和至少一个所述的声音接收装置，所述声音发射装置和所述声音接收装置的压电薄膜分别在对应的所述第一直流电压和所述第二直流电压的静电力作用下先向靠近各自基底第一端面的方向吸附，吸附后，

所述声音发射装置的压电薄膜在所述第二直流电压和所述交流电压的配合作用下上下振动发射出第一电信号给待探测的物体，所述第一电信号经物体反射给所述声音接收装置的压电薄膜，所述声音接收装置的压电薄膜接收反射的第一电信号并在所述反射的第一电信号作用下上下振动产生第二电信号经所述第二导电层和第三导电层输出，根据所述第一电信号和第二电信号计算获得物体所需探测的相关参数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过改变压电薄膜的工作驱动方式，具体是在整体装置工作前，先在压电薄膜上加载直流电压使其在静电力的作用下先吸附张紧，保证压电薄膜在张紧状态下工作，从而提升其工作时产生的振幅，进而提升装置发声的声压级。

2、另外，结合其他的驱动方式，使装置可以作为信号发射器、信号接收器或信号收发器，适用范围广，且价格便宜，便于推广应用。作为信号发射器时，通过加载交流电压使压电薄膜在吸附张紧的状态下振动发出信号，如发出普通的音频信号或定向发出经超声波调制后的音频信号；作为信号接收器时，通过接收信号产生振动进而输出电信号供检测；作为信号收发器时，先通过加载交流电压使压电薄膜在吸附张紧的状态下振动发出第一电信号给待探测的物体，经物体反射后再经压电薄膜接收使压电薄膜振动输出第二电信号，根据第一电信号和第二电信号可以计算获得物体所需检测的参数，如检测物体到信号收发装置之间的距离。

3、另外，本发明利用参量阵原理，通过向压电薄膜加载调制了音频信号的超声波调制信号，超声波调制信号在空气中自解调出音频信号，使音频信号定向发出，不容易对周边产生干扰且不容易造成噪音污染。

4、本发明可做分区，使得整个装置的收和/或发声方向可调，且相比于现有扬声器或麦克风阵列的成本，成本大大降低。

附图说明：

图1为本发明实施例1/2/3装置的其中一种分体结构示意图；

图2为本发明实施例1/2/3装置的另一种分体结构示意图；

图3为本发明绝缘层的结构示意图；

图4为本发明实施例1/2/3的装置的剖视结构示意图；

图5为本发明的接电原理示意图；

图6为本发明信号收发的原理示意图；

图7为本发明信号发生器的结构框图；

图8为本发明实施例1/2/3装置振动时的仿真示意图；

图9为本发明仿真的频响曲线图；

图10为本发明实施例4的结构示意图。

附图标记为：

100、声音发射装置，11、基底，111、第一端面，12、压电薄膜，121、第二端面，122、第三端面，13、振动间隙，14、第一导电层，15、胶层，16、支撑柱，17、发声单元，18、第二导电层，19、第三导电层，20、绝缘层，21、信号发生器，211、载波信号发声单元，212、调制单元，213、信号调整单元，200、声音接收装置，300、声音收发装置，10、物体，300a、声音收发装置。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1所揭示的一种基于压电薄膜的声音发射装置100，可用作超声波发射器，其具体包括基底11和压电薄膜12，压电薄膜12设置在基底11上，且两者之间形成有振动间隙13，压电薄膜12先在静电力作用下向靠近基底11的方向凹陷吸附，使其处于张紧状态，之后再在加载的交流电压的作用下上下振动，将调制有音频信号的超声波调制信号发出到空气中，经空气自解调后将音频信号定向发出。

具体地，基底11作为声音发射装置100的支撑基体，本发明对其材质和其他参数(如厚度)不做具体限定，只要其硬度能对压电薄膜12起到支撑作用即可，如具体实施时，可以采用玻璃基体。其中，基底11的其中一端面上，为了便于描述，定义为是第一端面111，第一端面111具体是与压电薄膜12相对的那一面，第一端面111上设置有第一导电层14，第一导电层14的材质不限，只要能导电即可，如可以采用ITO(氧化铟锡)导电层。第一导电层14用于加载第一直流电压。

压电薄膜12贴附在基底11上，且贴附到基底11上后，与基底11之间形成有用于提供压电薄膜12上下振动所需振动空间的振动间隙13。振动间隙13具体的形成方式不限，只要能使压电薄膜12和基底11之间形成该振动间隙13即可。如图2所示，将压电薄膜12与基底11进行边框贴合，具体是沿基底11的边框涂一圈胶体，之后将压电薄膜12通过该胶体与基底11进行贴合，使基底11和压电薄膜12之间形成有一圈胶层15，由于胶层15具有一定的厚度，所以使得压电薄膜12和基底11除边框贴合外的部分之间形成振动间隙13，此时，压电薄膜12是整面振动发声的。如图1所示，也可以将压电薄膜12和基底11之间设置多个支撑柱16，如具体是在基底11或者在压电薄膜12上设置多个支撑柱16，如设置在基底11上时，多个支撑柱16在基底11上间隔等间距分布，支撑柱16可以与压电薄膜12固定，也可以不固定。多个支撑柱16将声音发射装置100分为多个呈阵列排布的发声单元17，结合图8所示，发声单元17可以是方形的，也可以是三角形的或六边形等，因为支撑柱16有一定的高度，所以每个发声单元17除边角的支撑柱16外，其余部分形成有振动间隙13，结合图4所示。如发声单元17是长方形时，多个支撑柱16在基底11上按多行、多列分布，且每行支撑柱16的相邻两个支撑柱16之间是等间距分布的，每列支撑柱16的相邻两个支撑柱16之间也是等间距分布的，这样，每四个支撑柱16与上下压电薄膜12和基底11之间形成一个长方形的发声单元17，每个发声单元17除四个顶角的支撑柱16外，其余部分形成有振动间隙13，多个长方形的发声单元17呈矩形阵列分布，此时，声音发射装置100是每个发声单元17同步发声的。

压电薄膜12具有相对的下端面和上端面，为了便于描述，分别定义为第二端面121和第三端面122，第二端面121为与基底11的第一端面111相对的那一面，优选地，第二端面121和第三端面122上分别设置有第二导电层18和第三导电层19，第二导电层18用于加载与第一直流电压相对应的第二直流电压，第二直流电压与第一直流电压不限于是正负相反的正负电压，只需要两者之间存在电势差即可，一般情况下，优选第二直流电压为零电压，即第二导电层18接地。如第一直流电压为50V，第二直流电压为0V，则第一直流电压和第二直流电压之间的电势差即为50V。本发明对第二导电层18和第三导电层19的材质也不限，只要能导电即可，如也可以采用ITO(氧化铟锡)导电层。另外，实施时，压电薄膜12可以是PVDF(聚偏氟乙烯)压电薄膜、压电陶瓷等，或者其他有压电效应的压电材料层。第三导电层19用于加载交流电压。

另外，结合图3所示，第二导电层18和第一导电层14之间还设置有用于起电隔离作用的绝缘层20，实施时，绝缘层20可以通过压印加曝光显影的方式在基底11上形成整面绝缘层20，在这过程中，支撑柱16是与绝缘层20在一个工艺中实现的。也可以先在基底11上加工形成整面绝缘层20，之后再在绝缘层20上加工出支撑柱16，支撑柱16和绝缘层20均可以采用如丝印、曝光或喷印等的方式实现，本发明对支撑柱16和绝缘层20的加工方式不做具体限定。

优选地，每个发声单元17在共振频率附近的振动幅度是最大的，产生的声压级也是最高的，本发明压电薄膜12的共振频率范围为20kHz～200kHz。具体地，通过调整支撑柱16之间的间距、高度、压电薄膜12的厚度等参数，可以控制发声单元17的共振频率的频率范围在20kHz～200kHz以内。如图9所示，在共振频率为85KHZ左右，发声单元17的声压级可以达到90db左右。

进一步地，本发明实施例1的声音发射装置100还包括与压电薄膜12的第二导电层18和第三导电层19相连的信号发生器21，信号发生器21发出的信号可以是位于可听声范围内的普通的音频信号，或者是超声波信号，或者是调制有音频信号的超声波调制信号，用于驱动压电薄膜12振动发出信号。本实施例1中，如图7所示，信号发生器21优选包括载波信号发声单元211、调制单元212和信号调整单元213，其中，载波信号发声单元211用于发出超声波载波信号，信号频率可以从20kHz到200kHz。实施时，载波信号发声单元211可以采用MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，专用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)以及其它能实现此功能的器件或电路。调制单元212与载波信号发声单元211相连，用于接收超声波载波信号和音频信号，并将超声波载波信号和音频信号进行振幅调制，生成超声波调制信号。实施时，调制方式可采用AM(调幅)调制，调制算法可以包含但不限于：双边带调制、单边带调制、近似平方根调制、平方根截断双边带调制，其中，单边带调制法可以提升系统效率，调制方法可以采用但不限于：滤波法、移相法、移相滤波法等。信号调整单元213用于对超声波调制信号进行调整，发出调制了音频信号的超声波调制信号。

本发明实施例1的声音发射装置100作为超声波发生器，结合图5和图8所示，其电压驱动方式具体为：给第一导电层14、第二导电层18和第三导电层19分别加载第一直流电压、第二直流电压和交流电压，实施时，第一直流电压、第二直流电压和交流电压可以同时加载，也可以先加载第一直流电压和第二直流电压，之后再加载第二直流电压和交流电压。首先，压电薄膜12在第一直流电压和第二直流电压的静电力吸附作用下向靠近基底11的方向(即Z轴方向)吸附，使压电薄膜12在上下方向(即Z方向)静态偏置，使压电薄膜12处于张紧状态，可以提高压电薄膜12的振动幅度。其次，在持续施加第一直流电压和第二直流电压的同时，压电薄膜12在第二直流电压和交流电压的作用下，由于逆压电效应会在xy平面内产生持续的伸缩形变，与上下静态偏置的形变叠加，最终表现为压电薄膜12在Z方向的持续振动发声。

另外，上述声音发射装置100可做分区，即可以分割为多个发声区域，每个发声区域可以包括至少一个发声单元17，相当于1个扬声器。发声区域的形状不限，如四边形。分区后，每个发声区域的发声方向可以调整，从而使得整个声音发射装置100的整体发声方向可调，如可以发射给不同的方向。

本发明实施例1的声音发射装置100至少可以用于作为扬声器、耳机、扩音器、超声换能器、显示声音发射装置及医用传感器等。

实施例2

如图1所示，本发明实施例2所揭示的一种基于压电薄膜的声音接收装置200，可用作声音接收器，其结构与实施例1相同，这里不做赘述。

与实施例1不同的是，实施例2的声音接收装置200的工作原理与实施例1不同。具体地，本实施例2作为声音接收器时，首先，也先向第一导电层14和第二导电层18加载直流电压，使声音接收装置200的压电薄膜12先在静电力吸附作用下向靠近基底11的方向(即Z轴方向)吸附，使压电薄膜12在上下方向(即Z方向)静态偏置，使压电薄膜12处于张紧状态，可以提高压电薄膜12的振动幅度。之后，当压电薄膜12接收到外部发送过来的声音信号时，压电薄膜12由于压电效应会在xy平面内产生持续的伸缩形变，与上下静态偏置的形变叠加，最终表现为压电薄膜12在Z方向的持续振动，将声音信号转换为电信号输出，从该电信号可以得到接收的声音信号相关的参数，比如声音信号的声压级、频率、信号失真等参数。

另外，与上述声音发射装置100同理，声音接收装置200可做分区，即可以分割为多个收声区域，每个收声区域可以包括至少一个单元，相当于1个麦克风。收声区域的形状不限，如四边形。分区后，每个收声区域的收声方向可以调整，从而使得整个声音接收装置200的整体收声方向可调，如可以接收不同方向发送过来的声音。

实施例3

结合图1和图6所示，本发明实施例3所揭示的一种基于压电薄膜的声音收发装置300，即可用作声音接收器同时又可用作声音发射器，其结构与实施例1相同，这里不做赘述。

与实施例1不同的是，实施例3的声音收发装置300的工作原理与实施例1不同。具体地，本实施例3作为声音收发器时，首先，也先向第一导电层14和第二导电层18加载直流电压，使声音收发装置300的压电薄膜12先在静电力吸附作用下向靠近基底11的方向(即Z轴方向)吸附，使压电薄膜12在上下方向(即Z方向)静态偏置，使压电薄膜处12于张紧状态，可以提高压电薄膜12的振动幅度。之后，向压电薄膜12的第二导电层18和第三导电层19加载待发送的第一电信号，压电薄膜12在第一电信号作用下，由于逆压电效应会在xy平面内产生持续的伸缩形变，与上下静态偏置的形变叠加，最终表现为压电薄膜12在Z方向的持续振动出所述第一电信号给待探测的物体10，所述第一电信号经物体10反射回所述压电薄膜12，所述压电薄膜12接收反射的第一电信号并由于压电效应，在所述反射的第一电信号作用下上下振动产生第二电信号，第二电信号经所述第二导电层18和第三导电层19输出，根据所述第一电信号和第二电信号可计算获得物体10所需探测的相关参数，如根据第一电信号和第二电信号之间的时间间隔可以计算出物体10到压电薄膜12之间的距离参数等。基于此信号收发原理，也可以作为超声波探伤器使用等。

另外，同理，本实施例的声音收发装置300可做分区，即可以分割为多个收发声区域，每个收发声区域可以包括至少一个单元，相当于1个单元既可以做扬声器同时又可以做麦克风。收发声区域的形状不限，如四边形。分区后，每个收发声区域的收发声方向可以调整，从而使得整个声音收发装置300的整体收发声方向可调，如可以接收不同方向发送过来的声音及发送声音给不同方向。

实施例4

结合图10所示，本发明实施例4所揭示的一种基于压电薄膜的声音收发装置300a，即可用作声音接收器同时又可用作声音发射器，其具体包括至少一个声音发射装置100和至少一个声音接收装置200，其中，声音发射装置100和声音接收装置200的结构均与实施例1相同，这里不做赘述，实施时，两者可以共用一个基板11，也可以各自采用独立的基板11。

与实施例3不同的是，实施例4的声音收发装置300a的工作原理与实施例3略有不同。具体地，本实施例4作为声音收发器时，首先，也先向声音发射装置100的压电薄膜12和声音接收装置200的压电薄膜12加载直流电压，使两者的压电薄膜12均先在静电力吸附作用下向靠近基底11的方向(即Z轴方向)吸附，使压电薄膜12在上下方向(即Z方向)静态偏置，使压电薄膜12处于张紧状态，可以提高压电薄膜12的振动幅度。之后，向声音发射装置100的压电薄膜12的第二导电层18和第三导电层19加载待发送的第一电信号，压电薄膜12在第一电信号作用下，由于逆压电效应会在xy平面内产生持续的伸缩形变，与上下静态偏置的形变叠加，最终表现为压电薄膜12在Z方向的持续振动出所述第一电信号给待探测的物体10，所述第一电信号经物体10反射给声音接收装置200的所述压电薄膜11，所述声音接收装置200的压电薄膜11接收反射的第一电信号并由于压电效应，在所述反射的第一电信号作用下上下振动产生第二电信号，第二电信号经所述声音接收装置200的第二导电层18和第三导电层19输出，根据所述第一电信号和第二电信号可计算获得物体10所需探测的相关参数，如根据第一电信号和第二电信号之间的时间间隔可以计算出物体10到压电薄膜12之间的距离参数等。也可以作为超声波探伤器。

本发明的优点在于，1、本发明通过改变压电薄膜12的工作驱动方式，具体是在整体装置工作前，先在压电薄膜12上加载直流电压使其在静电力的作用下先吸附张紧，保证压电薄膜12在张紧状态下工作，从而提升其工作时产生的振幅，进而提升装置发声的声压级。2、另外，结合其他的驱动方式，使装置可以作为信号发射器、信号接收器或信号收发器，适用范围广，且价格便宜，便于推广应用。作为信号发射器时，通过加载交流电压使压电薄膜在吸附张紧的状态下振动发出信号，如发出普通的音频信号或定向发出经超声波调制后的音频信号；作为信号接收器时，通过接收信号产生振动进而输出电信号供检测；作为信号收发器时，先通过加载交流电压使压电薄膜在吸附张紧的状态下振动发出第一电信号给待探测的物体，经物体反射后再经压电薄膜接收使压电薄膜振动输出第二电信号，根据第一电信号和第二电信号可以计算获得物体所需检测的参数，如检测物体到信号收发装置之间的距离。3、另外，本发明利用参量阵原理，通过向压电薄膜加载调制了音频信号的超声波调制信号，超声波调制信号在空气中自解调出音频信号，使音频信号定向发出，不容易对周边产生干扰且不容易造成噪音污染。4、本发明可做分区，使得整个装置的收和/或发声方向可调，且相比于现有扬声器或麦克风阵列的成本，成本大大降低。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (13)

1.一种基于压电薄膜的声音发射装置，其特征在于，包括：

基底，具有第一端面，所述第一端面上设置有用于加载第一直流电压的第一导电层；

压电薄膜，具有相对的第二端面和第三端面，所述第二端面与所述第一端面相对，所述第二端面上设置有用于加载第二直流电压的第二导电层，所述第三端面上设置有用于加载交流电压的第三导电层，所述第二直流电压与第一直流电压之间、所述第三直流电压与交流电压之间均存在电势差；

所述压电薄膜设置于所述基底上，且与所述基底之间设置有用于提供所述压电薄膜上下振动所需振动空间的振动间隙；

所述压电薄膜在所述第一直流电压和所述第二直流电压的静电力作用下先向靠近基底第一端面的方向吸附，之后在所述第二直流电压和所述交流电压的配合作用下上下振动发射出信号。

2.如权利要求1所述的一种基于压电薄膜的声音发射装置，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层先分别加载所述第一直流电压和所述第二直流电压，之后所述第三导电层和所述第二导电层再分别加载所述第二直流电压和所述交流电压；或者所述第一导电层、第二导电层和第三导电层同时分别加载所述第一直流电压、第二直流电压和交流电压，且所述第二导电层接地。

3.如权利要求1或2所述的一种基于压电薄膜的声音发射装置，其特征在于，所述压电薄膜通过所述第二导电层和所述第三导电层加载超声波信号，所述超声波信号包括加载有音频信号的超声波调制信号和超声波载波信号，所述超声波调制信号和超声波载波信号通过所述压电薄膜的振动发射到空气中，经空气自解调出所述音频信号。

4.如权利要求1所述的一种基于压电薄膜的声音发射装置，其特征在于，所述压电薄膜与基底进行边框固定，固定后所述压电薄膜与基底之间形成所述振动空间。

5.如权利要求3所述的一种基于压电薄膜的声音发射装置，其特征在于，所述第一端面上设置有多个支撑柱，所述支撑柱将所述声音发射装置分为多个呈阵列排布的发声单元，每个所述发声单元内形成有所述振动空间。

6.如权利要求5所述的一种基于压电薄膜的声音发射装置，其特征在于，所述发声单元的共振频率与加载的所述超声波载波信号的频率相同或相接近。

7.如权利要求3所述的一种基于压电薄膜的声音发射装置，其特征在于，所述声音发射装置还包括与压电薄膜的第二导电层和第三导电层相连的信号发生器，所述信号发生器包括：

载波信号发声单元，用于发出超声波载波信号；

调制单元，与所述载波信号发声单元相连，用于接收所述超声波载波信号和音频信号，并将所述超声波载波信号和所述音频信号进行调制，生成超声波调制信号；

信号调整单元，用于对所述超声波调制信号进行调整，发出调整后的所述超声波调制信号。

8.如权利要求1所述的一种基于压电薄膜的声音发射装置，其特征在于，所述声音发射装置做分区设置，分区形成多个拼接的发声区域。

9.一种基于压电薄膜的声音接收装置，其特征在于，包括：

基底，具有第一端面，所述第一端面上设置有用于加载第一直流电压的第一导电层；

压电薄膜，具有相对的第二端面和第三端面，所述第二端面与所述第一端面相对，所述第二端面上设置有用于加载第二直流电压或用于输出电信号的第二导电层，所述第三端面上设置有用于输出电信号的第三导电层，所述第二直流电压与第一直流电压之间存在电势差；

所述压电薄膜设置于所述基底上，且与所述基底之间设置有用于提供所述压电薄膜上下振动所需振动空间的振动间隙；

所述压电薄膜在所述第一直流电压和所述第二直流电压的静电力作用下先向靠近基底第一端面的方向吸附，当所述压电薄膜接收到外部信号时，其上下振动产生电信号经所述第二导电层和第三导电层输出。

10.如权利要求9所述的一种基于压电薄膜的声音接收装置，其特征在于，所述声音接收装置做分区设置，分区形成多个拼接的收声区域。

11.一种基于压电薄膜的声音收发装置，其特征在于，包括：

基底，具有第一端面，所述第一端面上设置有用于加载第一直流电压的第一导电层；

压电薄膜，具有相对的第二端面和第三端面，所述第二端面与所述第一端面相对，所述第二端面上设置有用于加载第二直流电压或用于输出电信号的第二导电层，所述第三端面上设置有用于加载交流电压或用于输出电信号的第三导电层，所述第二直流电压与第一直流电压之间存在电势差；

所述压电薄膜设置于所述基底上，且与所述基底之间设置有用于提供所述压电薄膜上下振动所需振动空间的振动间隙；

所述压电薄膜在所述第一直流电压和所述第二直流电压的静电力作用下先向靠近基底第一端面的方向吸附，吸附后，所述压电薄膜在所述第二直流电压和所述交流电压的配合作用下上下振动发射出第一电信号给待探测的物体，所述第一电信号经物体反射给所述压电薄膜，所述压电薄膜接收反射的第一电信号并在所述反射的第一电信号作用下上下振动产生第二电信号经所述第二导电层和第三导电层输出，根据所述第一电信号和第二电信号计算获得物体所需探测的相关参数。

12.如权利要求11所述的一种基于压电薄膜的声音收发装置，其特征在于，所述声音收发装置做分区设置，分区形成多个拼接的收发声区域。

13.一种基于压电薄膜的声音收发装置，其特征在于，包括：至少一个权利要求1～8任意一项所述的声音发射装置和至少一个权利要求9～10所述的声音接收装置，所述声音发射装置和所述声音接收装置的压电薄膜分别在对应的所述第一直流电压和所述第二直流电压的静电力作用下先向靠近各自基底第一端面的方向吸附，吸附后，

所述声音发射装置的压电薄膜在所述第二直流电压和所述交流电压的配合作用下上下振动发射出第一电信号给待探测的物体，所述第一电信号经物体反射给所述声音接收装置的压电薄膜，所述声音接收装置的压电薄膜接收反射的第一电信号并在所述反射的第一电信号作用下上下振动产生第二电信号经所述第二导电层和第三导电层输出，根据所述第一电信号和第二电信号计算获得物体所需探测的相关参数。

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