一种超宽带水声换能器及控制方法技术

本申请公开了一种超宽带水声换能器及控制方法，水声换能器包括：信号源，用于产生音频信号；驱动源，与所述信号源的输出端连接，用于产生可调制脉宽的电压；放电电极，与所述驱动源连接，用于产生电弧生成等离子体通道，将所述音频信号叠加到所述可调制脉宽的电压上，激励等离子体通道界面振荡，产生水声信号辐射；伸缩机构，与所述放电电极连接，用于稳定所述放电电极。本申请提供的超宽带水声换能器具有超宽带宽、结构简单的特点。结构简单的特点。结构简单的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带水声换能器及控制方法


[0001]本申请涉及水下声源
，尤其是一种超宽带水声换能器及控制方法。

技术介绍

[0002]水声通讯是在水中实现信息传递的主要方式。水声通讯的原理是将其他形式的能量转换为声能向水下辐射，同时将接收的水声信号转换为其他能量形式的信号获得信息。因此，实现这一原理的换能器是水声通讯的核心部件。但是，相关技术中的水声换能器工作带宽较低，导致在不同的应用场景下需要更换特定频段的换能器，例如低频换能器，中频换能器、高频换能器或超声换能器等，同时更换特定频段的换能器时还需要更换与之匹配的调制解调系统，导致系统庞大复杂，维护的成本和难度较大。目前，拓展水声换能器带宽的方法为通过改变水声换能器的材料来提高其压电性能，以此提高水声换能器的带宽。但是，这种方法对带宽的提升会受水声换能器材料本身力学性能的制约，导致水声换能器的带宽不能满足实际应用的需要。
[0003]因此，相关技术存在的上述技术问题亟待解决。

技术实现思路

[0004]本申请旨在解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请实施例提供一种超宽带水声换能器及控制方法，能够提高水声换能器的带宽。
[0005]根据本申请实施例一方面，提供一种超宽带水声换能器，所述超宽带水声换能器的辐射面为等离子体
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液界面，所述超宽带水声换能器包括：
[0006]信号源，用于产生音频信号；
[0007]驱动源，与所述信号源的输出端连接，用于产生可调制脉宽的电压；
[0008]放电电极，与所述驱动源连接，用于产生电弧生成等离子体通道，将所述音频信号叠加到所述可调制脉宽的电压上，激励等离子体通道界面振荡，产生水声信号辐射；
[0009]伸缩机构，与所述放电电极连接，用于稳定所述放电电极；
[0010]其中，所述等离子体通道内部均质，无剪切模量且内部压力与水介质平衡。
[0011]进一步，所述信号源包括音频发生器和信号放大器，所述音频发生器和信号放大器连接，所述音频发生器将所述音频信号发送至所述信号放大器，所述信号放大器放大所述音频信号。
[0012]进一步，所述信号源包括数字源和模拟源中的至少一种，所述数字源包括信号发生器，所述模拟源包括麦克风和音频播放器。
[0013]进一步，若所述信号源为所述数字源，则所述信号源还包括数模转换模块，用于将数字信号转换为模拟信号。
[0014]进一步，所述驱动源包括锂电池模块、PMW发生模块、半桥逆变模块和升压模块，其中，所述半桥逆变模块包括第一MOSFET功率器件和第二MOSFET功率器件，所述锂电池模块分别与所述PMW发生模块和所述半桥逆变模块连接，为所述PMW发生模块和所述半桥逆变模
块供电，所述PMW发生模块的另一端与所述信号源的输出端连接，所述PMW发生模块的一端与所述半桥逆变模块连接，所述半桥逆变模块与所述升压模块连接，所述升压模块与所述放电电极连接。
[0015]进一步，所述放电电极包括高压电极和低压电极，所述高压电极和低压电极之间产生电弧，生成等离子体通道，所述高压电极和低压电极分别与所述驱动源连接，所述高压电极和低压电极通过所述等离子体通道连接。
[0016]进一步，所述伸缩机构包括伸缩杆和液压缸，所述伸缩机构由所述液压缸驱动，所述高压电极固定在所述伸缩机构上，或者，所述低压电极固定在所述伸缩机构上。
[0017]根据本申请实施例一方面，提供一种超宽带水声换能器的控制方法，应用于前面实施例所述的超宽带水声换能器，包括：
[0018]输入音频信号；
[0019]将所述音频信号调制为高压音频信号；
[0020]通过所述高压音频信号激励所述等离子体通道界面振荡，产生水声信号辐射。
[0021]本申请实施例的有益效果为：本申请的超宽带水声换能器的辐射面为等离子体
‑
液界面，阻抗匹配优于常规压电换能器的固液界面；并且，等离子体通道内部均质，无剪切模量，界面振荡自由度高。
[0022]本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本申请实施例提供的一种超宽带水声换能器的结构示意图；
[0025]图2为本申请提供的一种超宽带水声换能器的控制方法的流程图；
[0026]图3为本申请提供的一种超宽带水声换能器的工作原理示意图。
具体实施方式
[0027]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0028]本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0029]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0030]水声通讯系统的核心器件是换能器。水声换能器即将其他形式的能量转换为声能向水下辐射或将接收的水声信号转换为其他能量形式的信号的换能器件。水声通讯与电磁通讯相比速率低，时延大，其中限制速率的主要技术瓶颈是水声换能器的工作带宽。水声换能器的工作带宽与常规电磁通讯带宽相比低几个数量级。
[0031]目前，常规的水声换能器都是基于具有压电效应的陶瓷材料，比如早期的钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅陶瓷(PZT)、稀土超磁致伸缩材料三元合金(Terfenol
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D)以及弛豫铁电单晶材料(PZN
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PT、PMN
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PT)等。此外，现在也有复合材料的声学换能器，例如1
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3型压电复合材料，是一种由一维连通的压电相小柱平行排列于三维连通的聚合物相基体中而构成的两相压电复合材料。材料不断改进的主要目的是提高换能器的压电性能，工作带宽等关键指标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带水声换能器，其特征在于，所述超宽带水声换能器的辐射面为等离子体
‑
液界面，所述超宽带水声换能器包括：信号源，用于产生音频信号；驱动源，与所述信号源的输出端连接，用于产生可调制脉宽的电压；放电电极，与所述驱动源连接，用于产生电弧生成等离子体通道，将所述音频信号叠加到所述可调制脉宽的电压上，激励等离子体通道界面振荡，产生水声信号辐射；伸缩机构，与所述放电电极连接，用于稳定所述放电电极；其中，所述等离子体通道内部均质，无剪切模量且内部压力与水介质平衡。2.根据权利要求1所述的一种超宽带水声换能器，其特征在于，所述信号源包括音频发生器和信号放大器，所述音频发生器和信号放大器连接，所述音频发生器将所述音频信号发送至所述信号放大器，所述信号放大器放大所述音频信号。3.根据权利要求1所述的一种超宽带水声换能器，其特征在于，所述信号源包括数字源和模拟源中的至少一种，所述数字源包括信号发生器，所述模拟源包括麦克风和音频播放器。4.根据权利要求3所述的一种超宽带水声换能器，其特征在于，若所述信号源为所述数字源，则所述信号源还包括数模转换模块，用于将数字信号转换为模拟信号。5.根据权利要求1所述的一种超宽带水声换能器，其特征在于，所述驱动源包括锂电池模...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄逸凡，
申请(专利权)人：深圳市德拜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：