基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置。装置包括信号发射前端、隐形接收端；其中信号发射前端主要负责信号采集、扩频编码处理和超声波发射；而隐形接收端主要负责超声波采集、电能储存、扩频解码处理和信号还原输出；两个部分之间是通过超声波进行无线连接。本实用新型专利技术利用超声波独特的传播特性，进行无线携能通信，在人没有佩戴接收终端时，人耳无法直接听到超声信号，从而实现有针对性地选择接受对象，同时接收端不需要进行额外供能；相比较于电磁波，超声波有较强的抗干扰能力、在固体中衰减小和对人体和环境影响小等优点，十分适合作为小型化的人体携带装置。

Invisible earphone device based on ultrasonic wireless energy carrying communication technology

The utility model proposes a hidden earphone device based on ultrasonic wireless energy carrying communication technology. The device includes the signal transmitting front-end and the stealth receiving end, in which the signal transmitting front-end is mainly responsible for signal acquisition, spread spectrum coding processing and ultrasonic transmission, while the stealth receiving end is mainly responsible for ultrasonic acquisition, power storage, spread spectrum decoding processing and signal recovery output, and the two parts are connected wirelessly by ultrasonic wave. Then. The utility model utilizes the unique propagation characteristics of ultrasonic wave to carry energy through wireless communication. When a person does not wear a receiving terminal, the human ear can not directly hear the ultrasonic signal, thereby realizing the targeted selection of receiving objects, and the receiving terminal does not need additional energy supply; compared with electromagnetic wave, ultrasonic wave has stronger resistance. The advantages of interference ability, small attenuation in solids and little influence on human body and environment make it very suitable for miniaturized human carrying device.

【技术实现步骤摘要】
基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置
本技术涉及无线传能、声学通信等
，具体涉及基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置。
技术介绍
在生活中，某些重要的会议因为涉及商业机密或者敏感问题而防止窃听，因此在正常情况下这些会议一般不会使用扬声设备，这样就限制了与会人员的数量，防止因为参会人员众多而听不清楚会议内容。所以需要一种装置，只需开会人在一定的装置覆盖范围内,对着话筒正常说话，与会人员便可通过佩戴的隐形接收端装置(即：耳机)进行接收，从而听到声音，而在特定范围以外的人或者没有信号携带接收终端装置的人均听不见讲话内容。其次，在旅游景点中，有些人希望有讲解的环节，而又有些人因为了解过，只想安静地欣赏风景。所以在景点处需要有一种装置，在一定的装置覆盖范围内，让希望对景点有所了解的人带上隐形接收端装置（即：耳机），便可听到景点的介绍，而在特定范围以外或者没有携带隐形接收端装置的人是听不见景点介绍，因此不会影响其他游客和自然环境。类似的应用场景还有很多，利用超声波不被人耳直接听见的特点，搭配基于超声波无线携能通信技术的收发装置，便可对接收对象进行有针对性的选择。而这其中使用到的技术便是基于超声波的无线携能通信，一直以来，非接触式能量传输（ContactlessEnergyTransfer,CET）都是人们纷纷研究和应用的技术，出现了诸如感应能量传输（InductivePowerTransfer,IPT）、电容性能量传输（CoupledPowerTransfer,CPT）、声学能量传输（AcousticEnergyTransfer,AET）、远场电磁能量传输（Far-fieldEM）和光学能量传输（OpticalEnergyTransmission）。AET目前使用的声波和超声波，可以解决传统CET的问题，例如：定向传输、在金属媒介间进行传输、在水里进行传输等、人体深层内部传输等，同时因为超声波的速度相对较慢，波长短，十分适合小型化，适合植入式医学应用，而且没有副作用；同时超声波的频率相对比较低，对于用于高速开关的晶闸管来说，使用寿命更长。目前距AET的第一次问世已经过去了近30年，有着蓬勃的发展：在低功耗的应用上，Kawanabe和Mazzilli都实现了在生物组织内进行20%的能量传输效率（由于生物体内部多径严重，能量散射严重因而能量传输效率并不高）和9.5Kb/s的数据传输（采用的是RF的传输信道）；Lee在水介质中实现了30mm的能量传输距离，能量传输效率为55%。在大功率的应用上，Arra在38mm厚的金属媒介间实现了100W的能量传输，能量传输效率为88%。在国内，对AET研究和应用则相对起步较晚，各种生活应用正处于开发阶段。有鉴于此，本技术提出基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置与方法，采用声学能量传输AET技术实现携能通信，通过信号发射前端的超声换能器发送对经过扩频编码的超声波，当作为隐形接收端的“隐形耳机”接收到超声波信号后，将超声波转换为电能后对“隐形耳机”进行供能，同时对超声波进行扩频编码输出到耳朵中。因为AET在各种CET中是十分适合小型化的，因此在“隐形耳机”占用的空间并不会很大，可以隐藏在耳蜗内部或者耳背，故而称为“隐形耳机”。
技术实现思路
在日常生活中，信号接收终端如采用无线携能通信技术，即无需电池，不用考虑续航的问题，发射主装置就可以通过超声波为信号接收终端供电和数据传输，这将会为人们生活提供很大便利。比如在旅游过程中，如果在每个景点都有相应背景的广播介绍，这种私人“导游”只讲给想听的人听，不影响其它人，这对不熟悉景点的人们会有更好的观游体验，并且节省了请导游的开支。又譬如有些十分重要的会议或讲话不希望被旁人窃听，不适合使用扬声器或者广播，而这种装置可以有精准地选择听众，那会议的保密性将会更高。基于同样的方法和技术，利用超声波的特性，可以应用的方面还有很多，例如利用超声波无法被人耳听到的特性，声音可以有目标地传输到指定人的耳朵中；又例如利用超声波在固体衰减小的特点，对在拥有厚金属壁的密闭空间内的接收终端进行供能与通信，读取内部的传感器数据，这是传统基于电磁波的携能通信无法实现的；同样是利用超声波在人体衰减小的特点，可以对植入式体内接收终端进行供能与通信，为人类的健康监测提供了一种简便可行的方法。同时，由于超声波的产生和能量的转换是通过压电陶瓷式的超声换能器来实现，所以超声换能器有一个固有的谐振频率，在这个谐振频率进行传输时，能量传输的效率会达到最大。因此，基于超声波的携能通信系统由于超声换能器谐振频率不高的原因，传输系统的载波频率也不高，带宽也相对窄，而采用扩频技术，例如：OFDM正交频分复用技术，能提高带宽利用率，并可以抵抗多径效应和符号间干扰。根据超声波在空气中的传输特性可知，当超声波的频率越低，传播的距离越远，但带宽会随之变短；当超声波的频率越高，传播的距离越近，但带宽会随之变宽。因此可以根据应用场合的不同，传输距离的远近等条件，采用不同的超声换能器来适应具体应用环境。综上所述，根据超声波的特点，在信号发射前端对信号进行扩频调制处理后输出到超声换能器，后者将电能转换为以超声波形式的声能，在空气中传播到“隐形耳机”信号隐形接收终端，隐形接收终端的超声换能器又将声能转换为电能，隐形信号接收终端对电能进行捕捉和存储，同时供能给扩频解调模块，再由扩频解调模块实现信号的还原。有鉴于此，本技术的目的在于为人们的生活带来便捷，利用声学能量传输AET技术，提出基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置，具体原理如下：本技术所述的基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置由信号发射前端101、隐形接收端102两个部分组成。其中信号发射前端101通过AD芯片对信号进行采集，将模拟信号变成数字信号；所得到的数字信号进行扩频通信编码后，通过D/A转换为模拟信号，再由功率放大电路进行放大后，超声换能器将已经处理过的信号转换为超声波发射出去。在隐形接收端102（即隐形耳机端，因为整个体积比较小，可以隐藏在耳蜗或者耳背里面，外面看不到，故称为隐形接收端）中，超声换能器负责对接收到的超声波进行能量形式的转换，并且把电能存储下来为超声信号接收和解码终端系统提供能量；在获得电能以后，首先是对超声换能器转换以后的电信号进行A/D采集，将模拟信号转换为数字信号；所得的数字信号进行扩频解码后，再通过D/A转换为模拟信号进行输出。由于能量传输是窄带传输，因此需要扩频通信方式去实现携能通信，例如OFDM就是其中一个扩频通信方式。其中基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置的信号发射前端101负责对采集到的信号进行处理，其包括电源供电单元201、语音采集单元202、模数转换单元203、编码调制单元204、数模转换单元205、功率放大单元206、超声发射单元207。其中，所示的电源供电单元201是由有线电源或者电池提供总电源，其中分别有稳压芯片得到相应模块所需的电压；语音采集单元202可以将模拟的声信号转换为模拟的电信号输出；模数转换单元203由编码调制单元204进行时序控制，负责将语音采集单元202所采集的模拟信号转变为数字信号；编码调制单元204主要负责将模数转换单元203输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置，其特征在于包括信号发射前端、隐形接收端；其中信号发射前端主要负责信号采集、扩频编码处理和超声波发射；而隐形接收端主要负责超声波采集、电能储存、扩频解码处理和信号还原输出；两个部分之间是通过超声波进行无线连接，当信号发射前端和隐形接收端的超声换能器相互对准时，才能实现最高传输效率。

【技术特征摘要】
1.基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置，其特征在于包括信号发射前端、隐形接收端；其中信号发射前端主要负责信号采集、扩频编码处理和超声波发射；而隐形接收端主要负责超声波采集、电能储存、扩频解码处理和信号还原输出；两个部分之间是通过超声波进行无线连接，当信号发射前端和隐形接收端的超声换能器相互对准时，才能实现最高传输效率。2.根据权利要求1所述的基于超声波无线携能通信技术的隐形耳机装置，其特征在于所述的信号发射前端包括电源供电单元、语音采集单元、模数转换单元、编码调制单元、数模转换单元、功率放大单元和超声发射单元；所述电源供电单元在信号发射前端内部，采用有线电源或者电池提供总电源，其中分别有稳压芯片得到所需的电压；所述语音采集单元在信号发射前端外部，用于将模拟的声信号转换为模拟的电信号输出；所述模数转换单元在信号发射前端内部，与在外部的语音采集单元相连接，负责将语音采集单元所采集的模拟信号转变为数字信号；所述编码调制单元在信号发射前端内部，负责将模数转换单元输出的数字信号进行扩频编码；所述数模转换单元在信号发射前端内部，负责对编码调制单元后的输出进行数字信号到模拟信号的转换；...

【专利技术属性】
技术研发人员：马碧云，元达鹏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44