使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)，屬于超聲波測距的【技術(shù)領(lǐng)域】。按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)，包括外殼以及位于所述外殼內(nèi)的揚聲器；所述揚聲器的底端通過第二揚聲器固定支架安裝于外殼的底部，揚聲器的前端通過第一揚聲器固定支架與外殼連接，第一揚聲器固定支架的外側(cè)設(shè)有網(wǎng)罩，第一揚聲器固定支架與網(wǎng)罩間形成前聲腔，第一揚聲器固定支架與外殼的底壁間形成后聲腔，所述后聲腔通過第一揚聲器固定支架上的泄漏孔與前聲腔相連通。本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，能提升超聲波傳播的距離，增大超聲波傳播角度，降低中低頻聲波的干擾，提高測量精度，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【專利說明】使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種音腔結(jié)構(gòu)，尤其是一種使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)，屬于超聲波測距的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，超聲波測距的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并具備不受光線、煙霧、電磁干擾等因素影響，環(huán)境適合性比較好，在很多行業(yè)得到了廣泛的使用。但也存在一些問題，如測量精度有待提高，測量距離不夠遠，普遍只有10米之內(nèi)，遠的也只有幾十米；一些高精度或遠距離的產(chǎn)品的電路復(fù)雜，成本較高；依然存在一定距離的盲區(qū)；市場上的超聲波傳感器的大部分發(fā)射角都比較小，不適合在一些特殊的場合應(yīng)用等。如在變電站運行檢修中，稍有失誤就有可能引發(fā)安全事故，因此需要操作人員嚴(yán)格按照規(guī)范，在正確操作區(qū)域中的正確位置對正確的操作對象進行規(guī)范操作。由超聲波傳感器組成的定位系統(tǒng)具有不受復(fù)雜電磁環(huán)境等因素干擾的技術(shù)特點，是在變電站內(nèi)部進行精確定位的有效技術(shù)，可以對操作人員進行定位檢測，提醒操作人員在正確的位置對正確的對象實施正確操作，避免因位置錯誤，操作對象錯誤等而引起安全事故?，F(xiàn)有的超聲波傳感器由于成本較高、發(fā)射角度較小，在成本和技術(shù)上都不利于大規(guī)模使用。
[0003]目前，國內(nèi)外的相關(guān)人員主要集中在超聲波回波處理、新型換能器研發(fā)、發(fā)射脈沖選取等幾個方面進行努力攻關(guān)，很少見到研究超聲波音腔結(jié)構(gòu)設(shè)計的，雖然相關(guān)人員取得了一些不錯的研究成果，但這些高性能的超聲波傳感器成本都比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，能提升超聲波傳播的距離，增大超聲波傳播角度，降低中低頻聲波的干擾，提高測量精度，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
[0005]按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)，包括外殼以及位于所述外殼內(nèi)的揚聲器；所述揚聲器的底端通過第二揚聲器固定支架安裝于外殼的底部，揚聲器的前端通過第一揚聲器固定支架與外殼連接，第一揚聲器固定支架的外側(cè)設(shè)有網(wǎng)罩，第一揚聲器固定支架與網(wǎng)罩間形成前聲腔，第一揚聲器固定支架與外殼的底壁間形成后聲腔，所述后聲腔通過第一揚聲器固定支架上的泄漏孔與前聲腔相連通。
[0006]所述網(wǎng)罩通過網(wǎng)罩固定圈安裝于外殼內(nèi)。所述揚聲器的揚聲器電氣引腳穿過外殼的底壁后伸出外殼外。
[0007]所述第一揚聲器固定支架與外殼間通過卡槽連接。所述網(wǎng)罩固定圈與外殼間通過卡槽連接。
[0008]本實用新型的優(yōu)點:揚聲器通過第一揚聲器固定支架及第二揚聲器固定支架安裝于外殼內(nèi)，并在外殼內(nèi)形成前聲腔以及后聲腔，后聲腔通過泄漏孔與前聲腔相連通，使得揚聲器的正面和背面聲波相位相差180度的特點，濾除中低頻噪聲，提高超聲波的信噪比，從而實現(xiàn)高精度和遠距離的測量。又由于揚聲器振動膜的面積遠小于網(wǎng)罩的面積，實現(xiàn)了較大的超聲波發(fā)射角度，結(jié)構(gòu)緊湊，提高測量精度，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為圖1的右視圖。
[0011]圖3為超聲波發(fā)射機與超聲波接收機位于同一位置時的測距示意圖。
[0012]圖4為超聲波發(fā)射機與超聲波接收機位于不同位置時的測距示意圖。
[0013]附圖標(biāo)記說明:1-外殼、2-后聲腔、3-第一揚聲器固定支架、4-泄漏孔、5-前聲腔、6-網(wǎng)罩、7-揚聲器、8-揚聲器電氣引腳、9-網(wǎng)罩固定圈及10-第二揚聲器固定支架。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0015]如圖1和圖2所示:為了能夠提升超聲波傳播的距離，增大超聲波傳播角度，降低中低頻聲波的干擾，本實用新型包括外殼I以及位于所述外殼I內(nèi)的揚聲器7 ;所述揚聲器7的底端通過第二揚聲器固定支架10安裝于外殼I的底部，揚聲器7的前端通過第一揚聲器固定支架3與外殼I連接，第一揚聲器固定支架3的外側(cè)設(shè)有網(wǎng)罩6,第一揚聲器固定支架3與網(wǎng)罩6間形成前聲腔5,第一揚聲器固定支架3與外殼I的底壁間形成后聲腔2,所述后聲腔2通過第一揚聲器固定支架3上的泄漏孔4與前聲腔5相連通。
[0016]具體地,外殼I為整個超聲波音腔結(jié)構(gòu)的殼體，揚聲器7通過第二揚聲器固定支架10安裝于外殼I內(nèi)的底部，第二揚聲器固定支架10位于外殼I的底壁上,并能夠支撐揚聲器7,揚聲器7的頂端通過第一揚聲器固定支架3與外殼I連接，從而能夠?qū)P聲器7安裝在外殼I內(nèi)。所述網(wǎng)罩6通過網(wǎng)罩固定圈9安裝于外殼I內(nèi)。所述揚聲器7的揚聲器電氣引腳8穿過外殼I的底壁后伸出外殼I外。所述第一揚聲器固定支架3與外殼I間通過卡槽連接。所述網(wǎng)罩固定圈9與外殼I間通過卡槽連接。網(wǎng)罩6以及網(wǎng)罩固定圈9均采用細金屬絲制成，網(wǎng)罩6及網(wǎng)罩固定圈9均位于外殼I的端口部。
[0017]整個結(jié)構(gòu)組裝完成后，在外殼I內(nèi)部會形成后聲腔2和前聲腔5的聲波腔體,音腔結(jié)構(gòu)的前聲腔5主要對高頻部分影響較大，后聲腔2主要對中低頻影響較大，由于揚聲器7正面聲波和背面聲波的相位剛好相差180度，后聲腔2的聲波可以通過泄漏孔4傳到前聲腔，這樣前聲腔5的中低頻聲波會發(fā)生180的相位干涉，導(dǎo)致中低頻聲波消失，這種現(xiàn)象也叫“聲音短路”，依照此原理，本實用新型的音腔結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)對中低頻聲波的濾波，形成事實上的高通濾波器，消弱了中低頻聲波對超聲波的干擾，提高了超聲波的信噪比，實現(xiàn)超聲波較高精度的測量。這和音樂播放器的揚聲器音腔設(shè)計不同，為了較高的聲音品質(zhì)，音樂播放器的音腔在設(shè)計上要求完全避免前后聲腔相互連通，防止中低頻聲波“聲音短路”現(xiàn)象發(fā)生，損害聲首的品質(zhì)。
[0018]網(wǎng)罩6主要起保護作用，防止異物進入外殼I內(nèi)部影響超聲波的發(fā)射，網(wǎng)罩6外側(cè)完全是開放的空間，這種設(shè)計非常有利于超聲波的發(fā)射，提高超聲波傳輸?shù)木嚯x，實現(xiàn)超聲波較遠的距離的測量。這里同樣和音樂播放器的揚聲器音腔防塵罩設(shè)計不同，音樂播放器的揚聲器音腔防塵罩一般米用布質(zhì)材料，防塵罩外側(cè)還會設(shè)計有出聲孔，出聲孔一般占揚聲器震動面積的5%-15%，同時結(jié)合前聲腔的設(shè)計，會產(chǎn)生一個高頻聲波的截止諧振頻率，形成一個事實上的低通濾波器，低通濾波器會消弱3dB帶寬外的高頻成分，提高音頻播放器的聲音品質(zhì)。[0019]從圖1上可以看出，揚聲器7的振動膜的面積遠小于網(wǎng)罩6的面積，揚聲器7發(fā)出的超聲波可以無阻礙的發(fā)射出去，超聲波的發(fā)射角比較大，這種較大發(fā)射角的超聲波傳感器在一些特殊場合特別適用，成本也比較低。如在變電站運維作業(yè)現(xiàn)場中，變電站內(nèi)設(shè)備較多，布置也比較復(fù)雜，且一旦安裝后不再隨意變動，在使用超聲波定位技術(shù)對運維人員及操作對象進行定位檢測時，需要克服各種電力設(shè)備和硬件基礎(chǔ)設(shè)施阻礙超聲波信號傳輸以及復(fù)雜電磁環(huán)境等因素的影響，超聲波傳感器較大的輻射角度，非常有利于超聲波接收裝置位置的選取和安裝，有效的提聞系統(tǒng)定位精度。
[0020]工作原理:超聲波電信號通過揚聲器電氣引腳8進入揚聲器7,揚聲器7把超聲波電信號轉(zhuǎn)換為超聲波物理聲波信號，聲波信號分別從后聲腔2和前聲腔5中開始傳播，由于前聲腔5對高頻部分影響較大，后聲腔2對中低頻影響較大，且揚聲器7正面聲波和背面聲波的相位剛好相差180度，后聲腔2的聲波通過泄漏孔4傳到前聲腔5，前聲腔5的中低頻聲波會發(fā)生180的相位干涉，中低頻聲波消失，提高了前聲腔5中超聲波信號的信噪比。之后超聲波信號通過細金屬絲網(wǎng)罩6發(fā)射出去，由于細金屬絲網(wǎng)罩6面積比揚聲器振動膜大的多，且細金屬絲網(wǎng)罩6外側(cè)是完全開放的空間，所以超聲波可以以較大的角度傳輸較遠的距離，超聲波信號接收機收到超聲波信號后，通過傳輸時間差Λ t和聲波傳輸速度V算出距離S。
[0021]如圖3所示:為超聲波發(fā)射機與超聲波接收機位于同一位置時，測距的示意圖，距離S為S=V*At/2。如圖4所示:當(dāng)超聲波發(fā)射機與超聲波接收機位于不同位置時，測距的示意圖，距離S為S=V* Δ t。
[0022]由于超聲波傳播速度V與溫度有關(guān)，在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果要提高測距精度，則需要通過溫度補償?shù)姆椒右孕拚?br> [0023]本實用新型揚聲器7通過第一揚聲器固定支架3及第二揚聲器固定支架10安裝于外殼I內(nèi)，并在外殼I內(nèi)形成前聲腔5以及后聲腔2,后聲腔2通過泄漏孔4與前聲腔5相連通，使得揚聲器7的正面和背面聲波相位相差180度的特點，濾除中低頻噪聲，提高超聲波的信噪比，從而實現(xiàn)高精度和遠距離的測量。又由于揚聲器7振動膜的面積遠小于網(wǎng)罩6的面積，實現(xiàn)了較大的超聲波發(fā)射角度，結(jié)構(gòu)緊湊，提高測量精度，適應(yīng)范圍廣，安全可靠
【權(quán)利要求】
1.一種使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)，其特征是:包括外殼(I)以及位于所述外殼(I)內(nèi)的揚聲器(7);所述揚聲器(7)的底端通過第二揚聲器固定支架(10)安裝于外殼(O的底部，揚聲器(7)的前端通過第一揚聲器固定支架(3)與外殼(I)連接,第一揚聲器固定支架(3)的外側(cè)設(shè)有網(wǎng)罩(6),第一揚聲器固定支架(3)與網(wǎng)罩(6)間形成前聲腔(5),第一揚聲器固定支架(3)與外殼(I)的底壁間形成后聲腔(2)，所述后聲腔(2)通過第一揚聲器固定支架(3)上的泄漏孔(4)與前聲腔(5)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)，其特征是:所述網(wǎng)罩(6)通過網(wǎng)罩固定圈(9)安裝于外殼(I)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)，其特征是:所述揚聲器(7)的揚聲器電氣引腳(8)穿過外殼(I)的底壁后伸出外殼(I)外。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)，其特征是:所述第一揚聲器固定支架(3)與外殼(I)間通過卡槽連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用揚聲器發(fā)射超聲波的音腔結(jié)構(gòu)，其特征是:所述網(wǎng)罩固定圈(9)與外殼(I)間通過卡槽連接。
【文檔編號】H04R9/06GK203504744SQ201320649566
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】秦軍, 陳文權(quán), 諸軍, 徐志廣, 王國鋒 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司無錫供電公司