用于为宽带超声换能器设备提供声阻抗匹配的技术及使用该技术的野生动物阻吓方法技术

一种用于通过将至少一个阻抗匹配板(IMP)和垫片添加到宽带超声换能器设备(UTD)来为UTD提供有效的声阻抗匹配的系统和方法。IMP是具有孔网格的平板，并且垫片例如设置在IMP和UTD的超声换能器之间，所述超声换能器例如为压电换能器。压电换能器。压电换能器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于为宽带超声换能器设备提供声阻抗匹配的技术及使用该技术的野生动物阻吓方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年4月10日递交的序列号为62/655,715的美国临时申请的申请日的权益，该美国临时申请的教导的全部内容通过引用并入本申请中。


[0003]本专利技术总体涉及超声换能器设备，尤其是涉及用于为宽带超声换能器设备提供声阻抗匹配的技术以及使用该技术的野生动物阻吓方法。

技术介绍

[0004]许多形式的可再生能源，例如风力涡轮机，可能危害野生动物，诸如在极接近这些可再生能源处具有栖息地的蝙蝠和其它动物。阻止野生动物进入危险区域的一些解决方案包括使用声换能器设备，例如输出特定的频率和声压级的超声换能器设备(ultrasonic transducer device，UTD)。例如，风力涡轮机结构可包括布置在关键位置的多个UTD，以防止蝙蝠进入涡轮叶片的区域并受到涡轮叶片的伤害。
[0005]操作UTD的一个挑战来自UTD的超声能量在周围空气中随距离迅速衰减。为了帮助补偿这种迅速衰减，可以通过使用声阻抗匹配设备来优化来自UTD的能量到空气的耦合。常见的声阻抗匹配设备包括喇叭和四分之一波长匹配层。这些设备由于材料特性、制造成本、制造难度、物理尺寸、对光束角的影响、散热和对特定环境的鲁棒性而具有缺点。
附图说明
[0006]根据符合所要求保护的主题的实施例的以下详细描述，所要求保护的主题的特征和优点将变得显而易见，这些详细描述应参考附图进行考虑，其中：/>[0007]图1示意性地示出了符合本专利技术的宽带超声换能器设备(UTD)的一个示例。
[0008]图2是符合本专利技术的UTD的一个示例的立体图。
[0009]图3是符合本专利技术的子阵列的分解图。
[0010]图4是图3中所示的子阵列的后视立体图。
[0011]图5是图3中所示的子阵列的剖视图。
[0012]图6是符合本专利技术的阻抗匹配板的正视图。
[0013]图7是符合本专利技术的阻抗匹配板和垫片的后视图。
[0014]图8是图3中所示的子阵列的剖视图。
[0015]图9是图3中所示的子阵列的剖视图，其包括夸大的尺寸。
[0016]图10是符合本专利技术的另一子阵列的分解图。
[0017]图11是图10中所示的子阵列的一部分的剖视图。
[0018]图12是图10中所示的子阵列的另一部分的剖视图。
具体实施方式
[0019]符合本专利技术的系统和方法通过将一个或多个阻抗匹配板(impedance matching plate，IMP)和一个或多个垫片添加到宽带超声换能器设备(UTD)来为UTD提供有效的声阻抗匹配。IMP是具有孔网格的平板，并且垫片被放置在IMP和UTD的超声换能器(例如，压电换能器)之间。垫片可以是单独的部件，例如金属箔，或者可以与IMP集成在一起，例如IMP和垫片可以由单块材料加工而成。通常，一个或多个垫片在超声换能器的表面和一个或多个IMP之间形成薄而精确的气隙。在操作中，该薄的气隙形成高压区域，该高压区域导致在换能器表面上的负载比没有垫片时会产生的在换能器表面上的负载高。这种较高的负载提高了从换能器到空气中的能量传递的效率，从而导致了更高的声压级。换能器产生的压力波通过小孔的网格传播，从而使每个孔成为声辐射器。
[0020]该一个或多个IMP的物理设计可以根据相关联的超声换能器的固有频率和构造该换能器的材料而不同。孔的大小、网格间距、板厚度和垫片厚度可以针对特定的换能器进行优化，并且可以将该一个或多个IMP和该一个或多个垫片进行构建以为换能器阵列提供阻抗匹配。而且，取决于IMP配置，可以最小地影响或优化所得的UTD配置的光束角。
[0021]有利地，该一个或多个IMP可以由金属或金属合金构造(例如加工)而成，并例如通过子组件和垫片热耦合至超声换能器，从而使该一个或多个IMP用作超声换能器的散热器。由于超声换能器可以在高电压下驱动而不会过热，这使得UTD可以实现更高的声压级。而且，该一个或多个IMP可以例如使用常见的紧固件和/或粘合剂在许多位置处联接到UTD，以确保该一个或多个IMP平坦地靠在UTD上，从而使垫片形成的气隙在UTD的整个表面上均匀。将该一个或多个IMP联接到UTD还可以实现紧凑的组件。另外，该一个或多个IMP和该一个或多个垫片可以通过使用标准的制造工艺由通常在恶劣的环境中使用的材料(例如金属或金属合金)制成。
[0022]本文将结合宽带UTD来描述符合本专利技术的系统和方法的实施例，该宽带UTD包括壳体部，该壳体部构造成联接到多个压电子阵列或多个压电子阵列板。每个压电子阵列板包括多个机械加工的槽或腔，以接纳各个窄带(例如1kHz-3kHz)压电换能器元件，这些压电换能器元件具有使每个压电子阵列板以标称谐振频率发射超声能量的特性(例如，几何形状，材料组成)。因此，每个压电子阵列板都以单频发射，从一般意义上讲，每个相关联的压电元件放大该单频。宽带UTD的该壳体部包括压电子阵列板的阵列，以提供宽带发射能力，这在阻吓单元(deterrent unit，DU)应用中特别有利以用于阻止野生动物进入与该DU相关联的区域。
[0023]特别适合于野生动植物阻吓的受关注的一个这样的示例性关注带宽是20kHz至60kHz，这是表征白噪声的频率范围。注意，根据本专利技术所配置的宽带UTD不必限于20kHz和60kHz范围内的频率，并且例如可以取决于期望的配置而被配置为输出高达和超过100kHz的其它频率。
[0024]尽管本文参考针对UTD的特定配置和应用描述了实施例，但是应当理解，符合本专利技术的一个或多个IMP和垫片的配置可以用于提供声阻抗匹配的各种应用中。另外，本文结合超声换能器描述实施例。应该理解，符合本专利技术的系统和方法不限于超声换能器，并且可以利用其它类型的声换能器实现。而且，尽管本文中可以结合压电换能器描述示例性实施例，但是符合本专利技术的系统和方法不限于压电换能器的使用，并且可以在没有诸如电磁声换能
器之类的换能器的情况下实现。
[0025]图1示意性地示出了符合本专利技术的宽带超声换能器设备(UTD)100的一个示例。宽带UTD 100以高度简化的形式示出，并且其它实施例也在本专利技术的范围内。如图所示，宽带UTD 100包括壳体102。壳体102包括控制器104、多个通道(被共同地示为通道驱动器106，并且被单独地示为通道驱动器106-1、...、106-N)、压电换能器阵列108和电源电路112。
[0026]本文公开的各种场景和示例包括在室外环境或需要考虑灰尘、热、湿气和其它条件的任何其它环境中使用宽带UTD 100。壳体102可以被加固和密封以防止这些污染物进入。在某些情况下，壳体102包括塑料、聚碳酸酯或任何其它合适的刚性材料。
[0027]尽管图1的示例性实施例示出了位于壳体102内的每个部件，但是本专利技术不必局限于这一点。例如，电源电路112和控制器104可以不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种声换能器设备，包括：板，所述板包括位于所述板中的多个开口；多个换能器元件，每个换能器元件联接至所述多个开口中的相应的开口的弯曲元件；阻抗匹配板，所述阻抗匹配板包括形成于所述阻抗匹配板中的多个多孔区域，所述多个多孔区域中的每一者定位在所述弯曲元件中的相关联的一个弯曲元件上方；以及垫片，所述垫片设置在所述板和所述阻抗匹配板之间，所述垫片包括位于所述垫片中的多个开口，所述多个开口中的每一者定位在所述弯曲元件中的相关联的一个弯曲元件的上方，以在所述弯曲元件中的所述相关联的一个弯曲元件与所述多个多孔区域中的相关联的一个多孔区域之间建立气隙，所述阻抗匹配板通过所述垫片和所述弯曲元件热耦合至所述多个换能器元件以充当所述多个换能器元件的散热器。2.根据权利要求1所述的声换能器，进一步包括第二阻抗匹配板，所述第二阻抗匹配板具有形成在所述第二阻抗匹配板中的第二多个多孔区域，所述第二多个多孔区域中的每一者与所述多个多孔区域中的相关联的一个多孔区域对准。3.根据权利要求2所述的声换能器，其中，所述阻抗匹配板和所述第二阻抗匹配板均具有相关联的对准特征，所述相关联的对准特征用于将所述第二多个多孔区域与所述多个多孔区域中的相关联的多孔区域对准。4.根据权利要求3所述的声换能器，其中，所述对准特征包括V形凹口，所述V形凹口由从所述阻抗匹配板和所述第二阻抗匹配板中的每一者的周界向内延伸并且在顶点处会合的侧表面限定。5.根据权利要求4所述的声换能器，其中，所述侧表面中的一个侧表面包括V形子凹口，所述V形子凹口形成于所述一个侧表面中并且由子凹口侧表面限定，所述子凹口侧表面从所述侧表面中的所述一个侧表面向内延伸并且在子凹口顶点处会合。6.根据权利要求1所述的声换能器，其中，所述垫片与所述板或所述阻抗匹配板一体地形成。7.根据权利要求1所述的声换能器，其中，所述多个换能器元件是压电换能器元件。8.一种阻止野生动物进入区域的方法，包括：提供联接到基座部的多个子阵列，所述多个子阵列中的每一者与标称谐振频率相关联并且包括：子阵列板，所述子阵列板包括位于所述子阵列板中的多个开口；多个换能器元件，所述多个换能器元件中的每一者联接到所述多个开口中的相应的开口的弯曲元件；阻抗匹配板，所述阻抗匹配板包括形成于所述阻抗匹配板中的多个多孔区域，所述多个多孔区域中的每一者定位在所述弯曲元件中的相关联的一个弯曲元件的上方；以及垫片，所述垫片设置在所述子阵列板与所述阻抗匹配板之间，所述垫片包括位于所述垫片中的多个开口，所述多个开口中的每一者定位在所述弯曲元件中的相关联的一个弯曲元件上方，以在所述弯曲元件中的所述相关联的一个弯曲元件和所述多个多孔区域中的相关联的一个多孔区域之间建立气隙，所述阻抗匹配板通过所述垫片和所述弯曲元件热耦合至所述多个换能器元件，以充当
所述多个换能器元件的散热器；以及基于与所述多个子阵列中的每一者相关联的所述标称谐振频率，驱动所述多个子阵列以使所述多个子阵列中的每一者发射超声能量。9.根据权利要求8所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴尔，
申请(专利权)人：NRG系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：