[发明专利]一种大地耦合扬声器装置

说明书

技术领域

本发明属于透地通信技术领域，特别涉及透地通信系统中高效发送透地弹性波的一种扬声器装置。

背景技术

我国是一个矿产资源丰富的国家，特别是煤炭资源储量丰富。但是近些年来我国煤矿矿难和其他矿井灾害也是屡有发生，很多煤矿灾害一旦发生，井下与井上可能失去一切联系手段，使救灾效率大打折扣。低频透地通信系统以分层大地作为传播媒质。由于此媒质的信道特性不受井下灾害事故的影响，该系统被认作是最可靠的应急通信手段，但当前还没有一种切实有效的透地通信方法，透地通信的效果很不理想。

目前，透地信息获取或信息传输的方法主要有电场、磁场、电磁波和弹性波等多种，但真正能够满足通信带宽实际需要的只有电磁波和弹性波信道。利用电磁波进行透地信息获取的探地雷达目前能够探测的最大深度为50米。地层对高频电磁波的高吸收率和地耦合天线制约了探地雷达的透地深度。与此相比，弹性波可以在地层介质中传播较远的距离，如果使用弹性波，可以有效增加透地深度，但使用弹性波信号通信的发送和接收装置不容易实现。

普通的扬声器将电能转换成空气声波能量。在透地通信中，因空气介质和大地介质的声阻抗差别非常大，声波信号能量传递到地层面将不可避免的在界面处产生强反射，大部分能量无法保真地传输到大地介质中。

因此设计一种高效发送弹性波的扬声器装置对造福社会具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种大地耦合扬声器装置，该装置将电信号变为弹性波方式传输，能够最大限度地发送信号，提高透地通信系统的效率。

一种大地耦合扬声器装置包括至少一组扬声器单元，该扬声器单元有壳体、电磁线圈、磁致伸缩棒、永久磁铁及振动压块，磁致伸缩棒竖直设置在壳体内部的中央，其一端固定在壳体的底部，另一端与振动压块连接，振动压块的前端延伸到壳体外侧；电磁线圈围绕磁致伸缩棒设置，永久磁铁固定在壳体内部。

上述扬声器单元中壳体为筒状，振动压块的上部为振动盘，下部为连杆，整个振动压块纵剖面成“T”形，永久磁铁有多个布置在壳体内侧的顶部和底部。

上述扬声器装置有两组扬声器单元，两组扬声器单元关于壳体底面成对称排列。

上述磁致伸缩棒由稀土合金制成。

上述壳体与连杆的间隙处用柔性材料填充，壳体与振动盘的间隙处用柔性材料填充密封。

上述柔性材料为硅基树脂。

上述扬声器装置还包括地层介质坑，振动压块与地层介质坑之间的空隙用与地层介质同性的填充介质所填充。

上述壳体外壁与地层介质坑之间的空隙用地层介质同性的填充介质或弹性填充材料填充固定。

上述弹性填充材料为环氧树脂。

本发明的有益效果：此扬声器装置利用与地层介质紧密耦合的振动结构实现高效发送地层弹性波，可以选择弹性波纵波方式传输或横波方式传输。此种与地层介质耦合的扬声器装置不仅可以最大限度地发送信号，提高透地通信系统的效率，而且还能够提高能量的耦合效率，降低发射声阻，大大提高声音的保真度，减小因松耦合引起的声波功率谱的非线性改变和附加噪声。

附图说明

图1为本发明大地耦合扬声器装置的结构简图；

图2为本发明装置两组扬声器单元纵波工作模式的安装结构图；

图3为本发明装置一组扬声器单元横波工作模式的安装结构图。

下面结合附图对本发明进行详细说明：

具体实施方式

结合图1，一种大地耦合扬声器装置包括两组扬声器单元，该扬声器单元有壳体4、电磁线圈2、磁致伸缩棒1、永久磁铁5及振动压块3。壳体4为筒状，振动压块3的上部为振动盘，下部为连杆，整个振动压块3纵剖面成“T”形，磁致伸缩棒1竖直设置在壳体4内部的中央，其一端固定在壳体4底部，另一端与振动压块3的连杆连接，振动压块3的振动盘设置在壳体4外侧，电磁线圈2围绕磁致伸缩棒设置，永久磁铁5有多个布置在壳体4内侧的顶部和底部。两组扬声器单元关于壳体4底面成对称排列，两部分的壳体4铸造成一体。磁致伸缩棒1由稀土合金制成，壳体4与振动压块3下部连杆的间隙处用柔性材料硅基树脂6填充，壳体4与振动盘的间隙处用柔性材料硅基树脂6填充密封。壳体4、永久磁铁5、磁致伸缩棒1、振动压块3和硅基树脂6构成磁路。在壳体4内侧顶部和底部布置多个永久磁铁5，用于向磁致伸缩棒1施加静态偏磁场。