[实用新型]一种超声波声束导向装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超声波声束导向装置，属信息处理领域。

背景技术

现在公开的数码笔产品可以在普通纸上写字、绘画的同时，将笔迹真实地显示在电脑上，然后实现在电脑上任意编辑、存储、打印，广泛地应用在电化教学、会议演讲等各种领域和场合。其中基于超声波原理的数码笔系统中，是利用超声波传播速度较慢的特性，根据在超声波接收器在不同位置上接收到超声波发射器发出的超声波信号的时间差来确定发射器和接收器的相对位置。超声波数码笔的发射器基本使用聚氟乙烯(PVDF)膜材料做成的发射头发射超声波信号，在瞬间高电压激励下发射出的声束的发射角度为360度，较好地满足了其数码笔的要求。但其缺点是对温度敏感，工作温度范围窄，另外的主要缺点是价格昂贵。

市面上常见的压电陶瓷超声波换能器体积小，灵敏度高、性能可靠、价格低廉，是遥控、遥测、报警等电子装置，其声束指向性较高，超声波发射角度一般在60度左右，因其发射角度小，使用在数码笔上时，接收器很容易出现接收不到信号的情形，使用在数码笔上效果很差。

由于超声波的波长短，超声波射线可以和光线一样，能够反射、折射，也能聚焦。超声波在从一种组织传播到另一种组织，由于组织声阻抗不同，在声阻抗改变的分界面上便产生了反射、折射和透射现象。由反射定理知道，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。

发明内容

本实用新型的目的是将小角度的超声波换能器应用于数码笔，大大降低所需超声波发射器的成本，从而降低了整个数码笔产品的成本，也增加了数码笔的工作温度范围。本实用新型解决了超声波换能器发射角度小的问题，使其产生的声束的在经过导向装置后，超声波的发射角度可以达到360度，满足了使用在数码笔上的需要，提高了工作温度范围、和可靠性，大大降低了成本，而且也可以使用在其它领域。

本超声波声束导向装置包括导腔、反射装置和栅栏，此装置可以使在导腔空气中传播的超声波在反射装置的反射面被反射后再通过栅栏的空隙导出到导腔外通过空气继续传播，从而形成在一个平面上最大传播角度为360度的超声波声束。当将超声波换能器装置在导腔中某一位置，其发射面朝向反射装置，超声波换能器发射出的超声波声束在导腔的空气中传播，当声束到达反射装置的发射面后被反射，会通过栅栏的空隙导出到导腔外通过空气继续传播，从而形成360度的超声波声束。

采用不同的反射面的反射装置就可以控制反射出导腔的超声波的强弱和角度。当采用直圆锥和半球形的反射面时，可以将超声波均匀地导出导腔，形成在360度的角度内强度比较均匀的超声波，可以用于超声波数码笔的定位。若采用不规则形状的反射面，就可以导出在不同角度上有不同强度的超声波信号。当采用是凸型的曲面的反射面，根据反射定理，就可以保证有较强的超声波信号被反射导出导腔。

当采用的反射面是一个平面时，超声波换能器发射出的超声波声束在导腔的空气中传播，会通过栅栏的空隙导出到导腔外通过空气继续传播，从而形成360度的超声波声束。

附图说明

图1是当反射装置的反射面为直圆锥形的数码笔分解示意图。

图2是当反射装置的反射面为圆锥形的数码笔组装示意图。

图3是当反射装置的反射面为平面形的数码笔分解示意图。

图4是当反射装置的反射面为半球形的数码笔分解示意图。

在各图中，1.导腔，2.超声波换能器，3.栅栏，4.反射装置，5.反射面

具体实施方式

以下是第一个实施例。参见示意图1，数码笔的笔身可以作为此导向装置的导腔(1)，将压电陶瓷超声波换能器(2)置于导腔(1)前端，压电陶瓷超声波换能器(2)发射的超声波声束会在安置在笔尖处反射装置(4)的直圆锥形反射面(5)反射后向四周传播，当圆锥锥角是90度角时，根据反射定理，超声波声束会以90度角被反射，然后通过栅栏(3)的空隙导出到导腔(1)外通过空气继续传播，此时就将超声波导向所需的方位，而且扩大超声波的发射角度为360度，被导出的超声波可以满足数码笔上的定位的要求。参见附图2，这是一个当反射装置的反射面为直圆锥形的数码笔组装示意图，通过这样的超声波声束导向装置，压电陶瓷超声波换能器(2)产生的小角度的超声波信号被导向，成为沿与笔身垂直方向传播，且其发射角度为360角度超声波信号，可以用作超声波数码笔定位。