一种向空气扩散辐射超声波的装置及实现方法制造方法及图纸

一种向空气扩散辐射超声波的装置及实现方法，包括超声波发生器、超声波换能器以及耦合工装。所述耦合工装主体呈半球形，表面具有松塔鳞片状的辐射叶片；所述超声波换能器由压电陶瓷、后盖板以及螺栓组成；所述后盖板通过螺栓将压电陶瓷固定于耦合工装的底面；所述压电陶瓷具有电极，与超声波发生器电连接。压电陶瓷具有电极与超声波发生器电连接，超声波发生器驱动压电陶瓷产生垂直于底板的振动，激励耦合工装弹性波，耦合工装将弹性波转化为空气声波。本发明专利技术利用压电陶瓷在耦合工装内产生弹性波，并通过辐射叶片向空气扩散辐射超声波，提高了耦合效率并拓宽了辐射范围，使得超声干扰信号可以更均匀地扩散到目标房间。扰信号可以更均匀地扩散到目标房间。扰信号可以更均匀地扩散到目标房间。

【技术实现步骤摘要】
一种向空气扩散辐射超声波的装置及实现方法


本专利技术涉及防窃听窃录
，尤其涉及一种向空气扩散辐射超声波的装置及实现方法。

技术介绍

随着电子信息技术的不断发展，窃听窃录技术不断升级，严重危害个人隐私、国民经济秩序乃至国家安全，因此语声信息保密技术日益受到重视。现有的录音干扰器通过向录音设备发射超声波，利用录音设备中MEMS传声器对超声波的非线性效应，在录音设备内部电路中产生可听声频段的电信号，从而实现对录音音频的污染。例如文献[1]利用传声器对超声信号的非线性，通过同时输入40kHz与50kHz的超声信号，使得录音设备中产生了10kHz的信号。实际应用中由于无法获知录音设备的位置，通常需要在全空间内实现干扰超声波的有效覆盖。然而已有的超声换能器的指向性十分尖锐，在非主瓣的方向上，超声信号强度会衰减25至30dB。这会大大降低录音干扰设备在非主瓣方向上的干扰性能。此外，已有技术中所使用的超声换能器以及超声换能器阵列的指向性均存在零点，使得在一些区域中会出现无法干扰的盲点。对于上述问题，文献[2]利用超声换能器阵列组成一个手镯，并利用说话人的肢体动作弥补录音干扰器自身盲点的问题。然而这种干扰设备体积较大，相对醒目，无法满足敏感场合录音干扰器的隐蔽与伪装需求。参考文献罗列如下：
[0001]Roy,N.,Hassanieh,H.,&Roy Choudhury,R.(2017,June).Backdoor:Making microphones hear inaudible sounds.In Proceedings of the 15th Annual International Conference on Mobile Systems,Applications,and Services(pp.2
‑
14).
[0002]Chen,Y.,Li,H.,Nagels,S.,Li,Z.,Lopes,P.,Zhao,B.Y.,&Zheng,H.(2019).Understanding the effectiveness of ultrasonic microphone jammer.arXiv preprint arXiv:1904.08490.

技术实现思路

为克服上述问题，本专利技术提供一种向空气扩散辐射超声波的装置及实现方法。本专利技术的第一个方面提供一种向空气扩散辐射超声波的装置，包括超声波发生器、超声波换能器以及耦合工装；所述耦合工装整体呈半球形，耦合工装包括半球体和多个松塔鳞片状的辐射叶片，多个松塔鳞片状的辐射叶片设置在半球体表面；所述半球体底面上设有安装孔，安装孔设有超声波换能器；超声波换能器包括压电陶瓷和后盖板，压电陶瓷设置在安装孔内，后盖板通过螺栓将压电陶瓷固定于耦合工装的底面；压电陶瓷具有电极与超声波发生器电连接，超声波发生器驱动压电陶瓷产生垂直于半球体底面的振动，激励耦合工装弹性波，耦合工装将弹性波转化为空气声波。
进一步，所述耦合工装的半径D满足D>λ
p
，其中λ
p
为30kHz半球体材料中压缩波对应的波长。进一步，所述辐射叶片的宽度W满足W<2λ
s
，其中λ
s
为40kHz半球体材料中剪切波所对应的波长，所述辐射叶片的长度L满足W<L<D，D为耦合工装的半径。进一步，所述压电陶瓷与耦合工装的接触点位于半球形耦合工装的球心。进一步，所述压电陶瓷为纵向振动型压电陶瓷叠堆，在垂直于耦合工装平面的方向上进行激励。进一步，所述压电陶瓷与后盖板、耦合工装之间通过环氧树脂进行粘接。进一步，所述超声波发生器包括信号发生器、功率放大器，信号发生器与功率放大器电连接，功率放大器的输出端正负电极与超声波换能器电极相连接。进一步，所述压电陶瓷发生纵向形变的同时将在耦合工装表面施加垂直于半球体底面的激励，在耦合工装内部产生压缩波、剪切波以及表面波；其中压缩波与剪切波为球面波，表面波为柱面波，三种模式的波以半球球心为原点向外传播。进一步，所述压缩波的主瓣在垂直于耦合工装半球平面的方向上，使得半球顶部表面沿径向方向振动、辐射声波；剪切波的主瓣在俯仰角为60
°
的方向上，导致辐射叶片发生横向振动，以此辐射声波；表面波集中于耦合工装半球表面，驱动俯仰角为90
°
所对应的辐射叶片产生横向振动，以此辐射声波。本专利技术的第二个方面提供一种向空气扩散辐射超声波的装置的方法，包括以下步骤：步骤1：调节超声波发生器输出阻抗，使其与压电陶瓷电学端阻抗相匹配；步骤2：令超声波发生器产生电压信号馈于压电陶瓷的电极两端，使其产生纵向形变；步骤3：令压电陶瓷激励耦合工装，在其内部产生压缩波、剪切波以及表面波，其中压缩波与剪切波为球面波，表面波为柱面波，三种模式的波以半球球心为原点向外传播；步骤4：令弹性波传播至耦合工装表面，带动工装表面空气振动，向空气中扩散辐射超声波，其中压缩波导致半球表面沿径向方向振动，剪切波与表面波驱动鳞片状的辐射叶片产生横向振动。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术在耦合辐射工装表面设置了松塔鳞片状的辐射杆，通过压电陶瓷在工装表面激励产生剪切波与表面波为主导的弹性波，利用剪切波与表面波驱动所述辐射杆横向振动，提高了剪切波与表面波的辐射效率，并拓展了超声波辐射覆盖范围。(2)本专利技术将松塔状耦合辐射工装的主体设计为半球形，使得弹性波抵达工装主体边界时波前与边界平行，保证了超声干扰信号在各方向上辐射时相位的一致性，减小了超声干扰信号的失真，保证了超声波干扰录音的效果。(3)本专利技术提出的宽指向性超声波辐射装置外形新颖美观，不易引起怀疑，可部署在敏感场所，可以无察觉地干扰窃听窃录行为。
附图说明
图1为实施例所涉及的超声波换能器与耦合工装的结构示意图；
图2为超声波换能器与耦合工装的侧面剖视图；图3为实施例所涉及的一种向空气扩散辐射超声波的装置的模块结构图；图4为35kHz超声波对小米手机的录音干扰效果；图5为35kHz至45kHz扫频超声波对苹果手机录音干扰效果；图6为实施例所涉及的一种向空气扩散辐射超声波的实现方法的流程图；图7为实施例所涉及的电路参数优化步骤的连接图；图8为实施例所涉及的一种向空气扩散辐射超声波的实现方法的流程图。图中标号说明：101.耦合工装，202.压电陶瓷，203.后盖板，204.可调电阻。
具体实施方式
下面将结合附图对本专利技术专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种向空气扩散辐射超声波的装置，其特征在于：包括超声波发生器、超声波换能器以及耦合工装；所述耦合工装整体呈半球形，耦合工装包括半球体和多个松塔鳞片状的辐射叶片，多个松塔鳞片状的辐射叶片设置在半球体表面；所述半球体底面上设有安装孔，安装孔设有超声波换能器；超声波换能器包括压电陶瓷和后盖板，压电陶瓷设置在安装孔内，后盖板通过螺栓将压电陶瓷固定于耦合工装的底面；压电陶瓷具有电极与超声波发生器电连接，超声波发生器驱动压电陶瓷产生垂直于半球体底面的振动，激励耦合工装弹性波，耦合工装将弹性波转化为空气声波。2.如权利要求1所述的一种向空气扩散辐射超声波的装置，其特征在于：所述耦合工装的半径D满足D>λ
p
，其中λ
p
为30kHz半球体材料中压缩波对应的波长。3.如权利要求1所述的一种向空气扩散辐射超声波的装置，其特征在于：所述辐射叶片的宽度W满足W<2λ
s
，其中λ
s
为40kHz半球体材料中剪切波所对应的波长，所述辐射叶片的长度L满足W<L<D，D为耦合工装的半径。4.如权利要求1所述的一种向空气扩散辐射超声波的装置，其特征在于：所述压电陶瓷与耦合工装的接触点位于半球形耦合工装的球心。5.如权利要求4所述的一种向空气扩散辐射超声波的装置，其特征在于：所述压电陶瓷为纵向振动型压电陶瓷叠堆，在垂直于耦合工装平面的方向上进行激励。6.如权利要求4所述的一种向空气扩散辐射超声波的装置，其特征在于：所述压电陶瓷与后盖板、耦合工装之间通过环氧树脂进行粘接。7.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳伯骜，施钧辉，张劲，姚泽炜，王钰琪，高大，王少博，李冲，任丹阳，陈渊源，唐昆，林秦豪，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：