CN207219017U - 用于超声波定向音响的超声波传感器阵列 - Google Patents
用于超声波定向音响的超声波传感器阵列 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提出了一种用于超声波定向音响的超声波传感器阵列，解决了现有技术中超声波音响发射功率小的问题。该用于超声波定向音响的超声波传感器阵列包括PCB板，所述PCB板上阵列布置有若干超声波探头，相邻的超声波探头之间等距离排布，相邻一排超声波探头之间错位布置，所述超声波探头上还设有用于起保护作用的防尘网和外壳，所述超声波探头位于所述外壳的内部。本实用新型的用于超声波定向音响的超声波传感器阵列结构简单、使用方便，具有较高的发射功率和实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及超声波定向音响技术领域，特别是指一种结构简单、使用方便，具有较高发射功率的超声波传感器阵列。
背景技术
人耳可感受的声音是无指向性的球面波，即以声源为中心呈球面向四周扩散，周围均能听到声音。由于超声波频率很高，所以方向性就相对要强，方向性即柬射性，人们利用此原理发明了超声波音响，由于超声波音响的指向性比较强，因此，只有特定区域的人才能听到音响发出的声音。
在超声波音响系统中，我们需要足够大功率的换能器件才能将超声波能量有效地发射到指定的空间中。以往的用于空气介质的超声波传感器往往单体功率不超过5W，在超声波音响系统中，我们往往需要几十瓦的能量转换器，这时，如果制造单体大功率空气介质超声波传感器受压电陶瓷、谐振器等影响是不现实的，最好的方法是用单体小功率探头组成超声波传感器阵列，在不改变音质的情况下，有效地增强了发射功率、增大超声波音响的音量。
实用新型内容
本实用新型提出一种用于超声波定向音响的超声波传感器阵列，解决了现有技术中超声波音响发射功率小的问题。
本实用新型的技术方案是这样实现的：用于超声波定向音响的超声波传感器阵列，包括PCB板，所述PCB板上阵列布置有若干超声波探头，相邻的超声波探头之间等距离排布，相邻一排超声波探头之间错位布置，所述超声波探头上还设有用于起保护作用的防尘网和外壳，所述超声波探头位于所述外壳的内部。
作为一种优选的实施方式，所述防尘网、外壳与超声波探头之间均一一对应，所述外壳的外端开口并设有向内圈延伸的凸沿，所述防尘网位于所述外壳内，所述外壳内还设有将防尘网顶靠在凸沿上的支撑架，所述超声波探头位于支撑架内。
作为另一种优选的实施方式，所述外壳与支撑架均为中空的圆柱形，所述支撑架与外壳的内径尺寸相适配。
作为另一种优选的实施方式，所述外壳为与PCB板相对应的板型，所述外壳上开有与超声波探头一一对应的圆柱孔，所述圆柱孔内均设有所述的防尘网，所述外壳与PCB板相对固定，所述超声波探头嵌入所述圆柱孔内。
作为另一种优选的实施方式，所述超声波探头包括底座，所述底座上设有用于穿过PCB板的电极引脚，所述底座上通过硅橡胶安装有压电陶瓷，所述压电陶瓷具有固定的谐振频率；
还包括与压电陶瓷固定连接的谐振器，所述谐振器与压电陶瓷之间的谐振频率相匹配。
作为另一种优选的实施方式，所述谐振器上还粘贴有阻尼材料。
作为另一种优选的实施方式，所述压电陶瓷与谐振器之间经过环氧加固。
采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：该超声波传感器阵列利用若干阵列布置的超声波探头可以利用现有小功率超声波探头在同一块PCB 板上组成阵列，其中，阵列的形状、超声波探头的个数多少不受限制，为达到单位面积的最大功率，超声波探头之间的间距以最小为优(可直接接触)，而相邻一排超声波探头之间错位布置可以最大限度地提高超声波探头所覆盖的面积，在不改变音质的前提下，提高整体的发射功率，增大超声波音响的音量。
利用支撑架将防尘网顶靠在凸沿上，可以提高防尘网的牢固性，防止其出现松动的情况，而且超声波探头位于支撑架内，能够进一步提高超声波探头的安全性，防止其发生损坏的情况。
将支撑架与外壳均设置为中空的圆柱形，同时支撑架与外壳的内径尺寸相适配，能够保证支撑架的稳定性，使其在工作过程中不发生震动。
将外壳设置为一个整块的、与PCB板相对应的板型材，相当于整个超声波传感器阵列共用一套外壳、透声网，将更加节省成本，以及获得更薄的厚度。
超声波探头利用压电陶瓷将电能转换为超声波能量，而且压电陶瓷通过弹性的硅橡胶安装在底座上，既能起到固定的作用，又能防止底座的共振，谐振器与压电陶瓷之间具有相匹配的谐振频率能够实现超声波能量的聚焦。
粘贴在谐振器上的阻尼材料能够消除能量转换过程中谐振器所产生的余震，消除尖锐的刺耳声音，提高产品的性能和用户的体验。
谐振器与压电陶瓷之间经过环氧加固能够有效防止超声波探头工作在高电压情况下时谐振器的脱落，保证超声波传感器的正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二的结构示意图；
图3为实施例一中单个超声波探头的安装结构示意图；
图中：1-PCB板；2-超声波探头；3-支撑架；4-防尘网；5-外壳一；6-凸沿； 7-外壳二；8-圆柱孔；9-底座；10-电极引脚；11-硅橡胶；12-压电陶瓷；13- 谐振器；14-阻尼材料。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一：
如图1所示，为本实用新型的一种实施例，其首先包括一块矩形的PCB板1，所述PCB板1上阵列布置有若干超声波探头2，相邻的超声波探头2之间等距离排布，而且相邻一排超声波探头2之间错位布置，这样能够达到单位面积的最大功率，超声波探头之间的间距以最小为优(可直接接触)，最大限度地提高超声波探头所覆盖的面积，在不改变音质的前提下，提高整体的发射功率，增大超声波音响的音量。
如图3所示，为该实施例中单个超声波探头的安装结构示意图，在超声波探头2上还设有用于起保护作用的防尘网4和外壳一5，而且防尘网4、外壳一 5与超声波探头2之间均一一对应，所述外壳一5的外端开口处设有向内圈延伸的凸沿6，所述防尘网4位于所述外壳一5内，所述外壳一5内还设有将防尘网 4顶靠在凸沿6上的支撑架3，这样可以提高防尘网4的牢固性，防止其出现松动的情况，所述超声波探头2位于支撑架3内。外壳一5与支撑架3均为中空的圆柱形，所述支撑架3与外壳一5的内径尺寸相适配，能够保证支撑架3的稳定性，使其在工作过程中不发生震动，有效保护内部的超声波探头2。
该实施例中的超声波探头2包括底座9，所述底座9上设有用于穿过PCB板 1的电极引脚10，所述底座9上通过硅橡胶11安装有压电陶瓷12，所述压电陶瓷12具有固定的谐振频率；还包括与压电陶瓷12固定连接的谐振器13，所述谐振器13与压电陶瓷12之间的谐振频率相匹配。该超声波探头2利用压电陶瓷12将电能转换为超声波能量，而且压电陶瓷12通过弹性的硅橡胶11安装在底座9上，既能起到固定的作用，又能防止底座9的共振，谐振器13与压电陶瓷12之间具有相匹配的谐振频率能够实现超声波能量的聚焦。在谐振器13上还粘贴有阻尼材料14，能够消除能量转换过程中谐振器13所产生的余震，消除尖锐的刺耳声音，提高产品的性能和用户的体验。而且为了防止超声波探头2 工作在高电压情况下时谐振器13的脱落，保证超声波传感器的正常工作，该实施例中的压电陶瓷12与谐振器13之间必须经过环氧加固。
实施例二：
如图2所示，为本实用新型另一种实施例的结构示意图，该实施例中的外壳二7为与PCB板1相对应的板型，所述外壳二7上开有与超声波探头2一一对应的圆柱孔8，所述圆柱孔8内均设有所述的防尘网4，所述外壳二7与PCB 板1相对固定时，超声波探头2正好嵌入对应的圆柱孔8内。
对于该实施例来说，整个阵列的阻抗、功率、驱动电流形式与实施例一相同。不同的是，实施例二由于整个阵列共用一套外壳二7，将更加节省成本，以及获得更薄的厚度。一般地，采用超声波阵列形式的超声波定向音响传感器都可以做到20mm以内的厚度。
对于两种实施例来说，可用的超声波探头种类一般有10mm、12mm、16mm， 40khz、58khz超声波探头。在电路形式上，多个超声波探头之间为并联模式，此种模式下，获得的总传感器阵列的阻抗为R/n(R为单个探头的阻抗，n为阵列包含的超声波探头个数)，同等电压驱动条件下，获得的功率为P*n(P为单个探头的功率，n为阵列内探头的个数)，整个阵列所需的驱动电流也相应的为单个探头电流的n倍。
本实用新型的用于超声波定向音响的超声波传感器阵列结构简单、使用方便，具有较高的发射功率和实用性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.用于超声波定向音响的超声波传感器阵列，其特征在于：包括PCB板，所述PCB板上阵列布置有若干超声波探头，相邻的超声波探头之间等距离排布，相邻一排超声波探头之间错位布置，所述超声波探头上还设有用于起保护作用的防尘网和外壳，所述超声波探头位于所述外壳的内部。
2.如权利要求1所述的用于超声波定向音响的超声波传感器阵列，其特征在于：所述防尘网、外壳与超声波探头之间均一一对应，所述外壳的外端开口并设有向内圈延伸的凸沿，所述防尘网位于所述外壳内，所述外壳内还设有将防尘网顶靠在凸沿上的支撑架，所述超声波探头位于支撑架内。
3.如权利要求2所述的用于超声波定向音响的超声波传感器阵列，其特征在于：所述外壳与支撑架均为中空的圆柱形，所述支撑架与外壳的内径尺寸相适配。
4.如权利要求1所述的用于超声波定向音响的超声波传感器阵列，其特征在于：所述外壳为与PCB板相对应的板型，所述外壳上开有与超声波探头一一对应的圆柱孔，所述圆柱孔内均设有所述的防尘网，所述外壳与PCB板相对固定，所述超声波探头嵌入所述圆柱孔内。
5.如权利要求1至4任一项所述的用于超声波定向音响的超声波传感器阵列，其特征在于：所述超声波探头包括底座，所述底座上设有用于穿过PCB板的电极引脚，所述底座上通过硅橡胶安装有压电陶瓷，所述压电陶瓷具有固定的谐振频率；
还包括与压电陶瓷固定连接的谐振器，所述谐振器与压电陶瓷之间的谐振频率相匹配。
6.如权利要求5所述的用于超声波定向音响的超声波传感器阵列，其特征在于：所述谐振器上还粘贴有阻尼材料。
7.如权利要求6所述的用于超声波定向音响的超声波传感器阵列，其特征在于：所述压电陶瓷与谐振器之间经过环氧加固。
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