一种超声发射模块和超声发射组件的制作方法

1.本实用新型实施方式涉及超声技术领域，更具体地涉及一种超声发射模块和超声发射组件。


背景技术：

2.现有室内定位技术中，已经存在wifi、蓝牙、红外线等定位技术，但这些定位技术的定位精度都不高。超声定位在室内定位中，定位精度可达厘米级，具有广泛的应用场景。超声波发射装置作为定位系统的基本器件，其合理选型和配置是定位效果的关键。
3.由于超声波指向性强的特点，超声波发射器发射的声波能量主要集中在其声场主瓣上，呈锥形发出，即信号中间能量强，边缘较弱，覆盖范围有限。


技术实现要素：

4.本实用新型提出一种超声发射模块和超声发射组件。
5.本实用新型实施方式的技术方案如下：
6.一种超声发射模块，包括：
7.第一抛物面板；
8.第二抛物面板；
9.连接柱，连接所述第一抛物面板和所述第二抛物面板；
10.超声发射器，装设在所述第一抛物面板上且朝向所述第二抛物面板；
11.其中所述超声发射器的布置位置与所述第二抛物面板的焦点重合；所述第一抛物面板的中心、所述超声发射器的中心与所述第二抛物面板的中心在一条轴线上。
12.在一个实施方式中，所述超声发射器为压电陶瓷片或动圈喇叭。
13.在一个实施方式中，所述第二抛物面板包含镀锡层。
14.在一个实施方式中，所述第二抛物面板包含中心孔。
15.在一个实施方式中，所述第一抛物面板的焦点与所述轴线之间的距离为d1，所述第一抛物面板的长度为d2，其中
16.一种超声发射组件，包括：
17.形状规则的物体，固定于室内空间中的预定位置处；
18.控制器；
19.主超声发射模块和至少两个次超声发射模块；
20.其中所述控制器，固定于所述形状规则的物体的上表面或者内部，用于控制所述主超声发射模块和所述至少两个次超声发射模块同步发射超声信号；
21.其中所述主超声发射模块包括：第一抛物面板，固定于所述形状规则的物体的下表面的中心点处；第二抛物面板；第一连接柱，连接所述第一抛物面板和所述第二抛物面板；主超声发射器，装设在所述第一抛物面板上且朝向所述第二抛物面板；其中所述主超声
发射器的布置位置与所述第二抛物面板的焦点重合；所述第一抛物面板的中心、所述主超声发射器的中心与所述第二抛物面板的中心在一条轴线上；
22.其中所述至少两个次超声发射模块中的每个次超声发射模块分别包括：第三抛物面板，固定于所述形状规则的物体的下表面边缘处；第四抛物面板；第二连接柱，连接所述第三抛物面板和所述第四抛物面板；次超声发射器，装设在所述第三抛物面板上且朝向所述第四抛物面板；其中所述次超声发射器的布置位置与所述第四抛物面板的焦点重合；所述第三抛物面板的中心、所述次超声发射器的中心与所述第四抛物面板的中心在一条轴线上。
23.在一个实施方式中，所述至少二个次超声发射模块中的每个次超声发射模块相对于所述形状规则的物体下表面的垂直高度相同。
24.在一个实施方式中，所述主超声发射模块相对于所述形状规则的物体下表面的垂直高度与所述每个次超声发射模块相对于所述形状规则的物体下表面的垂直高度不相同。
25.在一个实施方式中，所述形状规则的物体的形状为圆形或正多边形。
26.在一个实施方式中，所述室内空间中的预定位置包括下列中的至少一个：
27.室内天花板；走道天花板；房梁；室内墙壁。
28.从上述方案可以看出，超声发射模块包括：第一抛物面板；第二抛物面板；连接柱，连接所述第一抛物面板和所述第二抛物面板；超声发射器，装设在所述第一抛物面板上且朝向所述第二抛物面板；其中所述超声发射器的布置位置与所述第二抛物面板的焦点重合；所述第一抛物面板的中心、所述超声发射器的中心与所述第二抛物面板的中心在一条轴线上。由此可见，本实用新型实施方式利用抛物面结构实现超声波反射，可以将超声信号反射至远处，从而扩大信号覆盖范围。
附图说明
29.图1为根据本实用新型实施方式的超声发射模块的立体示意图。
30.图2为根据本实用新型实施方式的超声发射模块的参数示意图。
31.图3为根据本实用新型实施方式的超声发射模块的正视图。
32.图4为根据本实用新型实施方式的超声发射模块的左视图。
33.图5为根据本实用新型实施方式的超声发射模块的俯视图。
34.图6为根据本实用新型实施方式的超声发射组件的主视图。
35.图7为根据本实用新型实施方式的超声发射组件的侧视图。
具体实施方式
36.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
37.为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本实用新型的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本实用新型的方案。但是很明显，本实用新型的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本实用新型的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据
……”
是指“至少根据
……
，但不限于仅根据
……”
。由于汉语的语言习
惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。
38.申请人发现：现有技术通常将多个超声波发声元件布置于形状规则的多面体结构上，通过在边缘方向增加超声波发声元件来增加声波能量强的信号的辐射位置，从而提高超声波信号的覆盖范围。可见，现有技术侧重增加超声波发声元件的数目以提高超声波信号的覆盖范围，没有较好地通过结构设计来实现单个超声波发声元件发射的信号覆盖面积的增大。
39.在本实用新型实施方式中，利用抛物面结构实现超声波的反射，将超声波信号反射至远处，从而扩大单个超声波发声元件发射的信号的覆盖范围。
40.进一步地，本实用新型实施方式在结构设计上考虑远近效应，利用双抛物面的二次反射，将较强的超声波信号反射至远处，将较弱的超声波信号反射至近处，随着声音的衰减特性，反射至远处的较强的超声波信号减弱，与反射至近处的较弱的超声波信号相近，从而实现信号的均匀分布，进而解决信号的远近效应。
41.本实用新型实施方式提出超声发射模块，包括：第一抛物面板；第二抛物面板；连接柱，连接所述第一抛物面板和所述第二抛物面板；超声发射器，装设在所述第一抛物面板上且朝向所述第二抛物面板；其中所述超声发射器的布置位置与所述第二抛物面板的焦点重合；所述第一抛物面板的中心、所述超声发射器的中心与所述第二抛物面板的中心在一条轴线上。
42.在一个实施方式中，所述超声发射器为压电陶瓷片或动圈喇叭。在一个实施方式中，第二抛物面板包含镀锡层。在一个实施方式中，所述第二抛物面板包含中心孔。
43.在一个实施方式中，所述第一抛物面板的焦点与所述轴线之间的距离为d1，所述第一抛物面板的长度为d2，其中
44.下面结合具体实施方式示范性描述本实用新型实施方式的超声发射模块。
45.图1为根据本实用新型实施方式的超声发射模块的立体示意图。图2为根据本实用新型实施方式的超声发射模块的参数示意图。图3为根据本实用新型实施方式的超声发射模块的正视图。图4为根据本实用新型实施方式的超声发射模块的左视图。图5为根据本实用新型实施方式的超声发射模块的俯视图。
46.如图1
‑
图5所示，该超声发射模块包括：
47.第一抛物面板21；
48.第二抛物面板22；
49.连接柱23，连接所述第一抛物面板21和所述第二抛物面板22；
50.超声发射器26，装设在所述第一抛物面板21上且朝向所述第二抛物面板22；
51.其中所述超声发射器26的布置位置与第二抛物面板22的焦点(即旋转形成第二抛物面板22的抛物线(称为下抛物线)的焦点)重合；第一抛物面板21的中心、所述超声发射器26的中心与所述第二抛物面板22的中心在一条轴线上。
52.第一抛物面板21可以由方程为x2＝2*a*y的抛物线(称为上抛物线)绕该轴线旋转所形成。第二抛物面板22可以由下抛物线(方程为x2＝2*b*y)绕该轴线旋转所形成。
53.优选地，超声发射器26发出的超声信号落在第二抛物面板22的抛物面(称为下抛
物面)上的覆盖面积不超过下抛物面的表面积，即保证超声信号都能够经第一次反射至第二抛物面板21的底面(称为上抛物面)，即要求即保证超声波信号经第二次反射至远处，而非下抛物面上。
54.其中，连接柱23的数目可以为一或多个。比如，如图1
‑
图5所示，连接柱23的数目为4个。
55.在一个实施方式中，第二抛物面板22为塑料板，且表面包含镀锡层，从而增加信号反射能力。
56.如图2所示的双抛物线结构体的上底面可以固定于形状规则的物体下表面中心点处。该双抛物线结构体的尺寸大小，即a、b、d1、d2、h1、h2、h3、h4，可以根据超声发射器26(比如动圈喇叭、压电陶瓷喇叭等)的大小和性能改变。超声发射器26固定于主双抛物线结构体内，该超声发射器26的中心与下抛物线的焦点重合。基于超声信号的物理特征，将超声发射器26布置于双抛物线结构体上，可以实现增大超声信号覆盖面积和减少信号盲点的效果。
57.在图1
‑
图5中，超声发射器26具体实施为动圈喇叭。优选地，第二抛物面板22包含中心孔24。中心孔24的尺寸优选大于等于所述动圈喇叭的尺寸(从而保证动圈喇叭发出的、平行于轴线的超声信号，全部可以穿过中心孔24被发射出去)。动圈喇叭装设在第一抛物面板21的底面上，且朝向所述第二抛物面板22。优选地，动圈喇叭可以通过粘结的方式，固定在第一抛物面板21的底面上，且朝向第二抛物面板22。更优选地，可以通过螺栓连接件25将动圈喇叭装设在第一抛物面板21的底面上，且朝向所述第二抛物面板22。上抛物线的焦点高于第二抛物面板22。优选地，上抛物线的焦点靠近连接件23的边缘。而且，与动圈喇叭连接的线缆27可以从第一抛物面板21上伸出。
58.可见，本实用新型可以利用双抛物面结构实现超声波的反射。动圈喇叭散射发出各个方向的多个超声信号。其中：
59.(1)、动圈喇叭发出的、平行于轴线的超声信号穿过中心孔24被发射出去。
60.(2)、动圈喇叭发出的、不平行于轴线的超声信号，首先到达第二抛物面板22上，然后被第二抛物面板22反射为平行于轴线的超声信号。然后，平行于轴线的超声信号经过第一抛物面板21的底面(上抛物面)后，被二次发射到上抛物线的焦点，再从上抛物线的焦点各自发射出去。
61.基于上述描述，本实用新型实施方式还提出了一种包含多个超声发射模块的超声发射组件。
62.具体地，超声发射组件包括：形状规则的物体，固定于室内空间中的预定位置处；控制器；主超声发射模块和至少两个次超声发射模块；其中所述控制器，固定于所述形状规则的物体的上表面或者内部，用于控制所述主超声发射模块和所述至少两个次超声发射模块同步发射超声信号；其中所述主超声发射模块包括：第一抛物面板，固定于所述形状规则的物体的下表面的中心点处；第二抛物面板；第一连接柱，连接所述第一抛物面板和所述第二抛物面板；主超声发射器，装设在所述第一抛物面板上且朝向所述第二抛物面板；其中所述主超声发射器的布置位置与所述第二抛物面板的焦点重合；所述第一抛物面板的中心、所述主超声发射器的中心与所述第二抛物面板的中心在一条轴线上；其中所述至少两个次超声发射模块中的每个次超声发射模块分别包括：第三抛物面板，固定于所述形状规则的
物体的下表面边缘处；第四抛物面板；第二连接柱，连接所述第三抛物面板和所述第四抛物面板；次超声发射器，装设在所述第三抛物面板上且朝向所述第四抛物面板；其中所述次超声发射器的布置位置与所述第四抛物面板的焦点重合；所述第三抛物面板的中心、所述次超声发射器的中心与所述第四抛物面板的中心在一条轴线上。
63.在一个实施方式中，所述至少二个次超声发射模块中的每个次超声发射模块相对于所述形状规则的物体下表面的垂直高度相同。在一个实施方式中，主超声发射模块相对于所述形状规则的物体下表面的垂直高度与所述每个次超声发射模块相对于所述形状规则的物体下表面的垂直高度不相同。
64.优选地，所述形状规则的物体的形状为圆形或正多边形。优选的，所述室内空间中的预定位置包括下列中的至少一个：室内天花板；走道天花板；房梁；室内墙壁，等等。
65.下面结合具体实施方式示范性描述本实用新型实施方式的超声发射组件。
66.图6为根据本实用新型实施方式的超声发射组件的主视图。图7为根据本实用新型实施方式的超声发射组件的侧视图。
67.在图6和图7中，超声发射组件布置于室内空间中。超声发射组件包括形状规则的物体1、控制器4、主超声发射模块3和6个次超声发射模块2。
68.形状规则的物体1固定于所述室内空间中的预定位置处，其形状包括圆形和正多边形，等等，其中心点到其边缘的距离为20cm
‑
60cm；控制器4，固定于所述形状规则的物体1的上表面11或者物体1的内部，用于分别控制所述主超声发射模块3和这6个次超声发射模块2同步发射超声波信号。
69.主超声发射模块3，固定于所述形状规则的物体1的下表面12的中心点处，用于发射超声信号；6个次超声发射模块2，分别固定于所述形状规则的物体1的下表面12的边缘处，用于发射超声波信号。以上以6个次超声发射模块2为例进行描述，实际上，次超声发射模块2的数目还可以发生变化，本实用新型对此并无限定。
70.而且，主超声发射模块3和每个次超声发射模块2，分别具有类似或等同于图1
‑
图5所示的双抛物面结构。
71.具体地，主超声发射模块3包括：固定于所述形状规则的物体1的下表面12的中心点处的第一抛物面板；第二抛物面板；第一连接柱，连接所述第一抛物面板和所述第二抛物面板；主超声发射器，装设在所述第一抛物面板上且朝向所述第二抛物面板；其中所述主超声发射器的布置位置与所述第二抛物面板的焦点重合；所述第一抛物面板的中心、所述主超声发射器的中心与所述第二抛物面板的中心在一条轴线上。
72.每个次超声发射模块2分别包括：固定于所述形状规则的物体1的下表面12的各自边缘处的第三抛物面板；第四抛物面板；第二连接柱，连接所述第三抛物面板和所述第四抛物面板；次超声发射器，装设在所述第三抛物面板上且朝向所述第四抛物面板；其中所述次超声发射器的布置位置与所述第四抛物面板的焦点重合；所述第三抛物面板的中心、所述次超声发射器的中心与所述第四抛物面板的中心在一条轴线上。
73.在图6
‑
图7中，形状规则的物体1的形状为圆形，主超声发射模块3布置在形状规则的物体1的下表面12的中心点(即表面圆心)处；每个次超声发射模块2均匀布置在物体1的下表面12的圆弧边缘(距表面圆心的各自距离相等)处。
74.在一个实施方式中：每个次超声发射模块2相对于所述形状规则的物体1的下表面
12的垂直高度(h1)相同；主超声发射模块3相对于所述形状规则的物体1的下表面12的垂直高度(h2)与每个次超声发射模块2相对于所述形状规则的物体1的下表面12的垂直高度(h1)不相同。将主超声发射模块3和每个次超声发射模块2布置在不同的水平面(相对于形状规则的物体1的下表面12的垂直高度不同)，可以更好地解决信号的远近效应，并且达到较好的信号覆盖面。
75.在一个实施方式中：所述控制器分别通过有线连接，控制主超声发射模块3和每个次超声发射模块2同步发射超声波信号。在一个实施方式中：所述室内空间中的预定位置包括：室内天花板、走道天花板、房梁和室内墙壁，等等。
76.可见，本实用新型实施方式通过提高单个超声发射模块的信号覆盖范围，还可以进一步提高整个超声发射组件的信号覆盖面积。此外，由于用于固定各个超声发射模块的形状规则的物体的面积较小，将有效地减小信号的远近效应并且结构一体化设计，不需要专业人员提前测绘各个超声发射器的固定位置，便于安装和维护，占用空间小。可以实现发射出多路同步超声波信号，该信号可以适用于定位、导航、机器人避障等应用领域。
77.综上所述，本实用新型还提出一种用于发射超声信号的超声发射组件。在该组件中，将控制器、各个超声发射模块固定于一个形状规则的物体上，该物体的尺寸大小在于其中心点到其边缘的距离为20cm
‑
60cm，其中主超声发射模块布置于该物体的中心点处，次主超声发射模块布置于该物体的边缘处，其中次超声发射模块优选为均匀分布于该物体的边缘处。控制器可以固定于该物体的上表面或者内部，这样可以将控制与各个超声发射模块相连接线路隐藏于该物体内部。
78.本实用新型所提出的超声发射组件可以布置于室内空间的墙壁、走道天花板、房梁上等室内的预定位置处，该模块便于安装、维护、占用空间小。
79.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。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。