一種多目標定位的聲波發射裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術屬于超聲定位技術領域，具體為一種能用于多目標定位的聲波發射裝置。本裝置由外殼、換能器、開關功放、信號處理器和開關電源組成。輸入220V交流市電，開關電源給信號處理器和開關功放供電使其工作，信號處理器輸出間歇簡諧信號，經過開關功放放大后，再經變壓器升壓，供給換能器，然后激起換能器振動，換能器把間歇簡諧聲波發射到多目標定位所需的目標點，使各目標點的設備根據聲波在空氣中傳播的速度和時間確定出目標點離聲波發射點的距離，實現一點發射多目標同時定位。本裝置可用于鐵路、公路等隧道挖掘工程中二襯和掌子面之間施工人員的定位，也可用于廣場、會展、公園等場合人員移動位置和逗留時間的確定。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于超聲定位
，具體涉及一種能用于多目標定位的聲波發射裝置。
技術介紹
一般利用聲波發射進行測距或定位的方法大多是利用高指向性的超聲波發射和反射完成的。為了得到較為準確的測距效果，使用了高指向性的超聲波，由于超聲波在空氣中衰減很快，因而測量距離不可能太遠。另外這種方法只能對反射物的距離進行測量，既不能對反射物的種類進行甄別，也不能反映反射物的數量。特別對于鐵路、公路等隧道挖掘過程中，二襯和掌子面之間多目標（不同位置多個工作人員的定位）定位，往往需要聲波發射距離達200米以上，而且聲波到達的掌子面由于風鉆、挖掘機、裝載機、重型運輸車等的工作噪聲非常大，現有測距超聲波由于遠距離的衰減和受強背景噪聲的掩蔽作用，無法達到定位測量的目的。
技術實現思路
針對上述技術中存在的不足之處，本技術的目的在于提供一種發射距離長、定位測量效果好的用于多目標定位的聲波發射裝置。本技術提供的用于多目標定位的聲波發射裝置1，由機箱2、換能器3、含變壓器的開關功放4、信號處理器5和開關電源6組成，換能器3、開關功放4、信號處理器5、開關電源6一起裝配于機箱2內，參見圖1所示。接入220V交流市電，開關電源6給信號處理器5和開關功放4供電，使其工作，信號處理器5輸出間歇簡諧信號，經過開關功放4放大后，再經變壓器升壓，供給換能器3，激起換能器3振動，換能器3把間歇簡諧聲波發射到多目標定位所需的目標點，使各目標點的設備根據聲波在空氣中傳播的速度和時間確定出目標點離聲波發射點的距離，達到一點發射多目標同時定位的目的。本技術中，機箱2可以為長方體形、正方體形、六面體形或圓柱體形的薄殼體，材料可選用金屬。為了保證聲波的發射和換能器3的使用安全，換能器3的前端設置有安全金屬網，此外，無任何其它遮擋。機箱2上面還設有防水功能的220V交流輸入插座和信號輸入輸出插座，并具有整體安裝的四個聯接配件。機箱2還要具有一定的密封性能，防止灰塵和水霧的進入。本技術中，換能器3由聯接螺栓7、后端蓋8、壓電陶瓷片和電壓輸入端9、聚能器10、阻抗匹配層11、阻抗匹配加強層12依次連接組成，后端蓋8、壓電陶瓷片9和聚能器10通過螺栓7聯接在一起，參見附圖2所示。其中，壓電陶瓷片為環形結構，厚度和內外直徑根據所發射的聲波頻率決定，數量根據發射聲波的強度決定，一般由3到10塊環形結構的陶瓷片串聯組成。由上述部件組成的換能器，根據多目標定位的需要，可以發射7KHz到20KHz頻率內的某一單頻的間歇簡諧聲波。對于發射確定頻率的間歇簡諧聲波，如果強度不能滿足多點定位的需要，可以由性能相同的換能器3組陣發射。本技術中，開關功放4由橋接輸出的D類功率放大器13和變壓器14依次連接組成，參見附圖3所示。在正負80V和正負15V電源供電、由功放輸入端輸入峰峰值8V間歇簡諧信號的情況下，該功率放大器具有電源、信號、保護、削波指示、散熱風扇電源輸出、溫度保護、中點保護、欠壓保護、過流保護的功能，其輸出端能輸出1500瓦功率、電壓峰峰值180V，進入變壓器14。該功率放大器13和輸出變壓器14配合輸出換能器3所需要的200V到1500V的高電壓。本技術中，信號處理器5由微處理器15、濾波器16、八位開關17、外部觸發信號輸入端18經電路連接組成，并有電源輸入端和信號輸出端，參見附圖4所示。在正負15V供電情況下，可以為開關功放4提供峰峰值8V的間歇簡諧信號，通過調整八位開關實現外部觸發和內部觸發的切換，并調整輸出信號的通斷時間，保證信號間斷期間零信號輸出。本技術中，開關電源6（附圖5）主要為信號處理器5提供正負15V電源，為開關功放4提供正負80V和正負15V電源，保證信號處理器5和開關功放4正常工作。本裝置通過對換能器3、開關功放4、信號處理器5、開關電源6的設計和組合，使其能發射7KHz到20KHz之間的某一單頻率的可聽間歇簡諧聲波，并配合峰值功率和信號占空比之間協調。不但突破了傳統超聲波發射距離近的缺點，而且解決了大功率換能器由于長期連續工作而導致的發熱問題。因此該專利技術裝置發射的聲波，在強背景噪聲環境下，能實現把多部手機作為接受設備，在300米之內任何距離的有效接收，并結合WIFI和計算機完成對多目標的精確定位，且能保證24小時連續工作。本技術的多目標定位的聲波發射裝置，其發射的聲波能以多部手機作為接收端，并結合WIFI和計算機完成對多目標的精確定位。附圖說明圖1為本技術的結構圖示。圖2為本技術中換能器的結構圖示。圖3為本技術中開關功放的結構圖示。圖4為本技術中信號處理器的結構圖示。圖5為本技術中開關電源的結構圖示。圖中標號：1為能用于多目標定位的聲波發射裝置，2為機箱，3為換能器，4為開關功放（含變壓器），5為信號處理器，6為開關電源，7為換能器聯接螺栓，8為換能器后端蓋，9為換能器壓電陶瓷片和電壓輸入端，10為換能器聚能器，11為換能器阻抗匹配層，12為換能器阻抗匹配加強層，13為橋接輸出的D類功率放大器，14為變壓器，15為信號處理器的微處理器，16為信號處理器的濾波器，17為信號處理器的八位開關，18為信號處理器的外部觸發信號輸入端。具體實施方式參見圖1，本技術可以用螺栓或鋼帶固定，用于隧道施工時，可以固定在二襯臺車的橫梁上，換能器發射端指向施工掌子面。其他應用，在保證換能器發射端指向所需要定位的多目標前提下，可以把本專利技術裝置固定在固定或移動的支架上即可使用。本專利技術除可用于鐵路、公路等隧道挖掘工程中二襯和掌子面之間施工人員的定位外，還可以用于廣場、會展、公園等場合人員移動位置和逗留時間的確定。參見圖1，給多目標定位的聲波發射裝置1輸入220V（100V到240V均可以工作）交流市電，打開開關，本裝置開始工作。根據多目標定位的需要，由外部控制器把開、關指令給信號處理器5，信號處理器5發出間歇簡諧信號給開關功放4，開關功放4對間歇簡諧信號進行放大后，再經變壓器升壓，推動換能器3工作。由換能器3發出間歇簡諧聲波，間歇簡諧聲波通過空氣介質傳播到需要定位的目標點。被定位目標點的設備（如手機或其他具有聲波接收和無線傳輸功能的設備）根據聲波發射點到目標點的傳播時間和聲波在空氣中傳播的速度，計算出目標點到聲波發射端的距離，達到定位的目的。由于本專利的聲波發射裝置是以一定的發射角向空氣中發射聲波，因此在聲波到達區域的目標，只要接受設備的靈敏度滿足要求，均可對其定位，所以該發射裝置可以同時對多目標進行定位。如果本裝置用于公路、鐵路隧道施工中二襯和掌子面之間的多目標定位，把本裝置固定在二襯臺車的橫梁上，換能器3的發射端指向掌子面的中心位置。由開關功放6的器具耦合器輸入220V交流電，開關電源6給信號處理器5提供正負15V的直流電，給開關功放3提供正負80V和正負15V的直流電，信號處理器和開關功放開始工作。如果定位距離要求最遠達到300米，由信號處理器5的外部觸發信號輸入端18輸入觸發信號，信號處理器5發出8.5KHz的間歇正弦信號，信號持續時間100ms，間隔1s，這個信號輸入到D類功率放大器13的功放輸入端，進行放大后由13的功放輸出端給變壓器14，經變壓器升壓后，由變壓器輸出峰值280V的高電壓，這個電壓輸入本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種能用于多目標定位的聲波發射裝置，其特征在于由機箱、換能器、帶有變壓器的開關功放、信號處理器和開關電源組成，換能器、開關功放、信號處理器、開關電源一起裝配于機箱內；接入220V交流市電，開關電源給信號處理器和開關功放供電，使其工作，信號處理器輸出間歇簡諧信號，經過開關功放放大后，再經變壓器升壓，供給換能器，激起換能器振動；換能器把間歇簡諧聲波發射到多目標定位所需的目標點，使各目標點的設備根據聲波在空氣中傳播的速度和時間確定出目標點離聲波發射點的距離，達到一點發射多目標同時定位的目的。

【技術特征摘要】
1.一種能用于多目標定位的聲波發射裝置，其特征在于由機箱、換能器、帶有變壓器的開關功放、信號處理器和開關電源組成，換能器、開關功放、信號處理器、開關電源一起裝配于機箱內；接入220V交流市電，開關電源給信號處理器和開關功放供電，使其工作，信號處理器輸出間歇簡諧信號，經過開關功放放大后，再經變壓器升壓，供給換能器，激起換能器振動；換能器把間歇簡諧聲波發射到多目標定位所需的目標點，使各目標點的設備根據聲波在空氣中傳播的速度和時間確定出目標點離聲波發射點的距離，達到一點發射多目標同時定位的目的。2.根據權利要求1所述的多目標定位的聲波發射裝置，其特征在于所述機箱為長方體形、正方體形、六面體形或圓柱體形的薄殼體，材料選用金屬；換能器的前端設置有安全金屬網，此外，無任何其它遮擋；機箱上面還設有防水功能的220V交流輸入插座和信號輸入輸出插座，并具有整體安裝的四個聯接配件。3.根據權利要求1或2所述的多目標定位的聲波發射裝置，其特征在于所述換能器由聯接螺栓、后端蓋、壓電陶瓷片和電壓輸入端、聚能器、阻抗匹配層、阻抗匹配加強層依次連接組成，后端蓋、壓電陶瓷片和聚能器通過螺栓聯接在一起；其中，壓電陶瓷片為環形結構，厚度和內外直徑根據所發射的聲波頻率決定，由3到10塊環形結構的陶瓷片串聯組成；該換能器，根據多目標定位的需要，發射7KHz到20KHz頻率內的某一單頻的間歇簡諧聲波。4.根據權利要求3所述的多目標定位的聲波發射裝置，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬建敏，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：新型
國別省市：上海;31