[發明專利]用于改進的聲傳輸效率的擋板結構體

在審

• 申請號: 201980044593.2
• 申請日: 2019-05-02
• 公開（公告）號: CN112384310A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 賈斯汀·巴克蘭;亞當·杰克遜;阿馬魯·阿拉亞威廉姆斯;本杰明·朗;布萊恩·卡普斯
• 申請（專利權）人: 超級觸覺資訊處理有限公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;F04B43/04;F04B45/047
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 譚營營;胡彬

一種聲匹配結構體聲匹配結構體用于增加從具有較高阻抗的換能元件輻射到具有較低聲阻抗的周圍聲介質中的功率。聲匹配結構體由兩個端壁和一個側壁界定的基本為平面的薄腔體組成。該腔體的端壁由擋板壁和換能元件壁形成，該擋板壁和換能元件壁以短距離(小于工作頻率下的周圍聲介質中的聲波波長的四分之一)隔開。端壁和側壁界定直徑大約等于周圍介質中的聲波波長的一半的腔體。在操作中，換能元件在腔體內的流體中產生聲振蕩。換能元件可以是致動器，其在垂直于腔體平面的方向上產生端壁的運動以激發腔體內流體中的聲振蕩，并且腔體的幾何形狀和共振放大增大了所得壓力振蕩的幅度。腔體的側壁或端壁包含至少一個遠離腔體中心定位，以允許壓力波傳播到周圍聲介質中的孔徑。

優先申請

本專利申請主張以下兩個臨時專利申請的權益：

1)2018年5月2日提交的序列號為62/665,867的美國臨時專利申請；以及

2)2019年1月7日提交的序列號為62/789,261的美國臨時專利申請。

技術領域

本公開一般地涉及通過在聲換能器中納入聲匹配結構體來改進聲傳輸效率。

背景技術

聲換能器將通常為電能的一種形式的能量轉換為聲(壓力)波。從換能器發射到周圍聲介質中的能量比例取決于介質相對于換能器的聲阻抗。為了有效傳輸，阻抗應接近相等。在許多應用中，聲介質將是空氣或另一種氣態介質，它們的聲阻抗通常比換能元件的聲阻抗低幾個數量級。這種較大的阻抗失配會導致能量到聲介質中的不良傳輸，從而限制了換能器發射的聲能量。改進傳輸效率的技術包括在換能器與聲介質之間添加匹配層或匹配結構體。

許多常規的阻抗匹配層方法要求平行于傳輸方向的尺寸是聲波波長的很大一部分。這限制了它們對要求極薄或緊湊的解決方案的應用的可用性。常規的阻抗匹配層的另一缺點是所使用的低聲阻抗材料需要復雜的制造工藝。

發明內容

本申請描述了一種聲匹配結構體，該聲匹配結構體用于在發射到聲阻抗顯著低于換能器的聲阻抗的介質中時提高聲換能器的傳輸效率。

以下術語標識換能器的各部分：換能器由聲匹配結構體和換能元件組成。聲匹配結構體是無源的，旨在提高從換能元件到周圍聲介質的聲學傳輸效率。當由電輸入驅動時，換能元件產生聲輸出。換能機構可以是通過振蕩運動，例如使用機電致動器，或者是通過振蕩溫度，例如使用電熱換能器。

具體地，聲匹配結構體用于增加從具有較高阻抗的換能元件輻射到具有較低聲阻抗的周圍聲介質中的功率。

聲匹配結構體包括由聲換能元件和擋板界定的共振聲腔組成。共振聲腔放大了由換能元件產生的壓力振蕩，并且擋板包含一個或多個孔徑，這些孔徑允許壓力振蕩從共振聲腔傳播到周圍聲介質中。

聲匹配結構體的優選實施例包括由兩個端壁和一個側壁界定的基本為平面的薄腔體組成。腔體的端壁由擋板壁和換能元件壁形成，該擋板壁和換能元件壁以短距離隔開，該距離小于換能器工作頻率下的周圍聲介質中的聲波波長的四分之一。端壁和側壁界定直徑大約等于周圍聲介質中的聲波波長的一半的腔體。在操作中，換能元件在腔體內的流體中產生聲振蕩。換能元件可以是致動器，其在垂直于腔體平面的方向上產生端壁的運動以激發腔體內流體中的聲振蕩，并且腔體引起所產生的的壓力振蕩的共振放大。腔體的側壁或端壁包含至少一個遠離腔體中心定位，以允許壓力波傳播到周圍聲介質中的孔徑。

附圖說明

附圖與下面的詳細說明一起納入說明書中并構成說明書的一部分，用于進一步闡述包括要求保護的發明的概念實施例，并解釋了這些實施例的各種原理和優勢，在所述附圖中，相同的參考標號指示各個圖中相同或功能相似的元件。

圖1是具有簡單四分之一波長聲匹配層的換能器的簡化示意圖。

圖2是示出由板構成的聲匹配結構體的計算出的聲阻抗的曲線圖。