[发明专利]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

说明书

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。

相关申请的交叉引用

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(ultrasonictransducer 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。

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

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：

图1示意性地示出了符合本发明的宽带超声换能器设备(UTD)的一个示例。

图2是符合本发明的UTD的一个示例的立体图。

图3是符合本发明的子阵列的分解图。

图4是图3中所示的子阵列的后视立体图。

图5是图3中所示的子阵列的剖视图。

图6是符合本发明的阻抗匹配板的正视图。

图7是符合本发明的阻抗匹配板和垫片的后视图。

图8是图3中所示的子阵列的剖视图。

图9是图3中所示的子阵列的剖视图，其包括夸大的尺寸。

图10是符合本发明的另一子阵列的分解图。

图11是图10中所示的子阵列的一部分的剖视图。

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

符合本发明的系统和方法通过将一个或多个阻抗匹配板(impedance matchingplate，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。