本發(fā)明涉及音頻處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)兩列具有不同頻率（頻率分別為f1和f2）的有限振幅聲波沿同一方向傳輸時(shí)，兩基波的非線性交互作用可以產(chǎn)生兩個(gè)不同的分量，即兩頻率之差（f1-f2）和兩頻率之和（f1+f2），產(chǎn)生諧波。如果原超聲波頻率選擇合適，使差頻聲波在可聽(tīng)聲域，即可產(chǎn)生可聽(tīng)聲，就如同用超聲波在空氣中建立了虛擬聲源。超聲波因在空氣中耗散衰減快而傳播距離近，可聽(tīng)聲則可以傳播較遠(yuǎn)的距離。由于超聲波傳播的高指向性，使得由此產(chǎn)生的可聽(tīng)聲波也具有較高的指向性。

圖1是常見(jiàn)的超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)包括信號(hào)處理單元11、功率放大單元12以及超聲波換能器13。具體地，所述信號(hào)處理單元11用于根據(jù)信號(hào)調(diào)制算法完成對(duì)音頻信號(hào)的調(diào)制，早期研究中主要是直接對(duì)音頻模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅調(diào)制，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)靈活的調(diào)制算法就可以不斷優(yōu)化調(diào)制過(guò)程，DSP已經(jīng)代替早期的調(diào)制方法而成為目前聲頻定向研究中首選的信號(hào)處理方法；所述功率放大單元12用于對(duì)調(diào)制后的超聲頻信號(hào)進(jìn)行功率放大以及與所述超聲波換能器13之間的電氣匹配，由于超聲波調(diào)制后的信號(hào)有較寬的帶寬，所述功率放大單元12需要滿足在較寬頻帶范圍內(nèi)都有良好的頻率響應(yīng)和線性放大能力；所述超聲波換能器13用于將調(diào)制有音頻信號(hào)的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波并有效地輻射到空氣中。

通常，所述超聲波換能器13的諧振頻率不可調(diào)，這就帶來(lái)了以下問(wèn)題：實(shí)際制作出的換能器的諧振頻率與理論設(shè)計(jì)難以精確吻合，不能獲得精確的諧振頻率；在長(zhǎng)期使用過(guò)程中換能器由于受到機(jī)械振動(dòng)、材料老化等因素影響，諧振頻率將會(huì)發(fā)生改變，諧振頻率不可調(diào)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)因此失效而導(dǎo)致超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)不可用；固定諧振頻率設(shè)計(jì)的換能器只能工作在單一工作頻率下，工作頻率不同時(shí)需重新設(shè)計(jì)新的超聲波換能器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有的超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)中超聲波換能器諧振頻率不可調(diào)的問(wèn)題。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)，包括信號(hào)處理單元、功率放大單元以及超聲波換能器，所述超聲波換能器包括具有諧振腔的下基座、環(huán)形上蓋、PVDF膜、環(huán)形橡膠圈、環(huán)形施壓件以及連接件；所述PVDF膜設(shè)置在所述下基座的上表面且覆蓋所述諧振腔的開(kāi)口，所述環(huán)形橡膠圈和所述環(huán)形施壓件設(shè)置在所述PVDF膜上表面和所述環(huán)形上蓋下表面之間且所述環(huán)形橡膠圈的內(nèi)徑大于所述環(huán)形施壓件的外徑，所述環(huán)形施壓件的內(nèi)徑大于所述諧振腔的半徑，所述下基座的上表面設(shè)置有環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽位于所述環(huán)形施壓件正下方，所述連接件用于連接所述下基座和所述環(huán)形上蓋且可調(diào)整所述下基座和所述環(huán)形上蓋之間的距離。

本發(fā)明提供的超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)，其包括的超聲波換能器的諧振頻率可調(diào)節(jié)。具體地，由于環(huán)形橡膠圈的尺寸大于環(huán)形施壓件的尺寸，當(dāng)采用連接件減小下基座和環(huán)形上蓋之間的距離時(shí)，環(huán)形橡膠圈首先將PVDF膜緊緊固定在下基座上，此時(shí)環(huán)形橡膠圈尚未對(duì)PVDF膜產(chǎn)生力的作用，即PVDF膜未變形，其張力約等于零；當(dāng)繼續(xù)減小下基座和環(huán)形上蓋之間的距離時(shí)，環(huán)形橡膠圈繼續(xù)變形，環(huán)形施壓件也開(kāi)始受力變形，此時(shí)PVDF膜也由于受到環(huán)形施壓件的作用而開(kāi)始變形，其張力隨著變形增大而增大。由于在下基座上表面開(kāi)了一個(gè)位于環(huán)形施壓件正下方的環(huán)形凹槽，當(dāng)PVDF膜處于彈性變形區(qū)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)下基座和環(huán)形上蓋之間的距離大小就可以調(diào)整PVDF膜張力大小。因超聲波換能器的諧振頻率與PVDF膜張力相關(guān)，因而通過(guò)動(dòng)態(tài)改變PVDF膜張力可以調(diào)節(jié)超聲波換能器的諧振頻率，從而提高實(shí)際制作出的超聲波換能器的諧振頻率精確度，減緩超聲波換能器因受到機(jī)械振動(dòng)、材料老化等因素影響導(dǎo)致超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)不可用，使超聲波換能器不只能工作在單一工作頻率下。

可選的，所述連接件包括兩個(gè)關(guān)于所述諧振腔中軸線對(duì)稱的螺栓組件，所述螺栓組件包括螺栓和第一螺母，所述螺栓從上至下依次穿過(guò)所述環(huán)形上蓋和所述下基座，所述第一螺母與所述螺栓螺紋連接。通過(guò)同時(shí)擰緊兩個(gè)螺栓組件中的第一螺母，可以使下基座向上運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)環(huán)形上蓋和下基座之間的距離。

可選的，所述螺栓組件還包括設(shè)置在所述第一螺母和所述下基座下表面之間的墊片。通過(guò)在第一螺母和下基座下表面之間設(shè)置墊片，可以防止擰緊第一螺母時(shí)對(duì)下基座下表面造成損傷。

可選的，所述連接件包括第一連接桿、第二連接桿、凹形施壓件、螺桿以及第二螺母，所述凹形施壓件包括中心具有通孔的連接板和分別設(shè)置在所述連接板兩端的第一空心柱體和第二空心柱體；所述第一連接桿的一端從下至上依次穿過(guò)所述第一空心柱體和所述下基座并與所述環(huán)形上蓋下表面固定連接，所述第二連接桿的一端從下至上依次穿過(guò)所述第二空心柱體和所述下基座并與所述環(huán)形上蓋下表面固定連接，所述第一連接桿和所述第二連接桿關(guān)于所述諧振腔中軸線對(duì)稱，所述螺桿的一端穿過(guò)所述通孔并與所述下基座下表面固定連接，所述第二螺母與所述螺桿的另一端螺紋連接，所述螺桿中軸線與所述諧振腔中軸線重合。通過(guò)擰緊第二螺母，可以使凹形施壓件向上運(yùn)動(dòng)，對(duì)下基座產(chǎn)生向上的推力，使下基座向上運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)環(huán)形上蓋和下基座之間的距離。并且，螺桿中軸線與諧振腔中軸線重合，擰緊第二螺母時(shí)，凹形施壓件對(duì)下基座產(chǎn)生的向上推力是平衡對(duì)稱的，因而PVDF膜張力在各個(gè)方向平衡，使諧振頻率更為精確。

可選的，所述諧振腔中軸線、所述環(huán)形橡膠圈中軸線以及所述環(huán)形施壓件中軸線重合。

可選的，所述環(huán)形施壓件為環(huán)形橡膠圈。

可選的，所述環(huán)形施壓件為環(huán)形金屬圈。對(duì)于小尺寸的超聲波換能器，其對(duì)下基座和環(huán)形上蓋之間的距離調(diào)節(jié)更為敏感。由于橡膠圈形變較大，采用環(huán)形金屬圈可以進(jìn)一步提高對(duì)PVDF膜施加張力的可靠性，使超聲波換能器的諧振頻率更為精確。

可選的，所述環(huán)形凹槽的截面為半圓形。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明提供的超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)，通過(guò)動(dòng)態(tài)改變PVDF膜張力可以調(diào)節(jié)超聲波換能器的諧振頻率，從而提高實(shí)際制作出的超聲波換能器的諧振頻率精確度，減緩超聲波換能器因受到機(jī)械振動(dòng)、材料老化等因素影響導(dǎo)致超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)不可用，使超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)適用于不同頻率的聲頻處理。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1是常見(jiàn)的超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例的超聲波換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明另一種實(shí)施例的超聲波換能器的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱：

11-信號(hào)處理單元，12-功率放大單元，13-超聲波換能器，21-諧振腔，22-下基座，23-環(huán)形上蓋，24- PVDF膜，25-環(huán)形橡膠圈，26-環(huán)形施壓件，27-環(huán)形凹槽，28-螺栓，29-第一螺母，30-墊片，31-第一連接桿，32-第二連接桿，33-凹形施壓件，34-螺桿，35-第二螺母。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

本發(fā)明實(shí)施例提供一種超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)，所述超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)包括信號(hào)處理單元、功率放大單元以及超聲波換能器。其中，所述信號(hào)處理單元和所述功率放大單元可以采用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖2是本實(shí)施例的超聲波換能器的結(jié)構(gòu)示意圖，所述超聲波換能器包括具有諧振腔21的下基座22、環(huán)形上蓋23、PVDF膜24、環(huán)形橡膠圈25、環(huán)形施壓件26以及連接件。

具體地，所述諧振腔21為圓柱形。所述PVDF膜24設(shè)置在所述下基座22的上表面且覆蓋所述諧振腔21的開(kāi)口。在本實(shí)施例中，所述PVDF膜24為圓形，其中軸線可以與所述諧振腔21中軸線重合。所述環(huán)形橡膠圈25和所述環(huán)形施壓件26設(shè)置在所述PVDF膜24上表面和所述環(huán)形上蓋23下表面之間，且所述環(huán)形橡膠圈25的內(nèi)徑大于所述環(huán)形施壓件26的外徑，所述環(huán)形施壓件26的內(nèi)徑大于所述諧振腔21的半徑，所述諧振腔21中軸線、所述環(huán)形橡膠圈25中軸線以及所述環(huán)形施壓件26中軸線重合。所述下基座22的上表面設(shè)置有環(huán)形凹槽27，所述環(huán)形凹槽27位于所述環(huán)形施壓件26正下方，所述環(huán)形凹槽27的截面為半圓形。所述環(huán)形施壓件26可以為環(huán)形橡膠圈，也可以為環(huán)形金屬圈，本實(shí)施例對(duì)此不作限定。所述連接件用于連接所述下基座22和所述環(huán)形上蓋23，且可調(diào)整所述下基座22和所述環(huán)形上蓋23之間的距離。

在本實(shí)施例中，所述連接件包括兩個(gè)關(guān)于所述諧振腔21中軸線對(duì)稱的螺栓組件，所述螺栓組件包括螺栓28和第一螺母29，所述螺栓28從上至下依次穿過(guò)所述環(huán)形上蓋23和所述下基座22，所述第一螺母29與所述螺栓28螺紋連接。進(jìn)一步，所述螺栓組件還可以包括設(shè)置在所述第一螺母29和所述下基座22下表面之間的墊片30，以在擰緊所述第一螺母29時(shí)保護(hù)所述下基座22下表面。

調(diào)整所述下基座22和所述環(huán)形上蓋23之間的距離時(shí)，同時(shí)擰緊或者擰松所述第一螺母29，相應(yīng)地所述下基座22會(huì)向上或者向下運(yùn)動(dòng)。由于所述環(huán)形橡膠圈25的尺寸大于所述環(huán)形施壓件26的尺寸，當(dāng)擰緊所述第一螺母29時(shí)，所述環(huán)形橡膠圈25首先將所述PVDF膜24緊緊固定在所述下基座22上，此時(shí)所述環(huán)形橡膠圈25尚未對(duì)所述PVDF膜24產(chǎn)生力的作用，即所述PVDF膜24未變形，其張力約等于零；當(dāng)繼續(xù)擰緊所述第一螺母29時(shí)，所述環(huán)形橡膠圈25繼續(xù)變形，所述環(huán)形施壓件26也開(kāi)始受力變形，此時(shí)所述PVDF膜24也由于受到所述環(huán)形施壓件26的作用而開(kāi)始變形，其張力隨著變形增大而增大。由于在所述環(huán)形施壓件26正下方有所述環(huán)形凹槽27，當(dāng)所述PVDF膜24處于彈性變形區(qū)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)所述下基座22和所述環(huán)形上蓋23之間的距離大小就可以調(diào)整所述PVDF膜24張力大小。因超聲波換能器的諧振頻率與所述PVDF膜24張力相關(guān)，因而通過(guò)動(dòng)態(tài)改變所述PVDF膜24張力可以調(diào)節(jié)超聲波換能器的諧振頻率。

在調(diào)節(jié)所述超聲波換能器的諧振頻率時(shí)，需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)螺栓組件中的第一螺母29，即對(duì)所述下基座22施加兩個(gè)力。由于是手動(dòng)調(diào)節(jié)，不能精確地控制兩個(gè)第一螺母的調(diào)節(jié)程度一致，因而會(huì)導(dǎo)致所述PVDF膜24張力不平衡，影響超聲波換能器的諧振頻率精度。基于此，本發(fā)明提供另一種超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)。

實(shí)施例2

本發(fā)明實(shí)施例提供另一種超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)，所述超聲波聲頻定向傳輸系統(tǒng)包括信號(hào)處理單元、功率放大單元以及超聲波換能器。圖3是本實(shí)施例的超聲波換能器的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例1相比，區(qū)別在于：連接件包括第一連接桿31、第二連接桿32、凹形施壓件33、螺桿34以及第二螺母35，所述凹形施壓件33包括中心具有通孔的連接板和分別設(shè)置在所述連接板兩端的第一空心柱體和第二空心柱體。

具體地，所述第一連接桿31的一端從下至上依次穿過(guò)所述第一空心柱體和所述下基座22并與所述環(huán)形上蓋23下表面固定連接，所述第二連接桿32的一端從下至上依次穿過(guò)所述第二空心柱體和所述下基座22并與所述環(huán)形上蓋23下表面固定連接，所述第一連接桿31和所述第二連接桿32關(guān)于所述諧振腔21中軸線對(duì)稱，所述螺桿34的一端穿過(guò)所述通孔并與所述下基座22下表面固定連接，所述第二螺母35與所述螺桿34的另一端螺紋連接，所述螺桿34中軸線與所述諧振腔21中軸線重合。

由于所述螺桿34中軸線與所述諧振腔21中軸線重合，擰緊所述第二螺母35時(shí)，所述凹形施壓件33對(duì)所述下基座22產(chǎn)生的向上推力是平衡對(duì)稱的，因而所述PVDF膜24張力在各個(gè)方向平衡，使諧振頻率更為精確。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。