[发明专利]一种具备超声波和红外发射功能的小型三维超声波发射器

说明书

本发明涉及一种具备超声波和红外发射功能的小型三维超声波发射器，属于三维超声波发射器：包括球形骨架、两个圆筒形PVDF压电薄膜、四个红外发射管和驱动电路，两个PVDF压电薄膜分别安装在球形骨架的两个凹槽里，四个红外发射管分别安装在球形骨架的红外安装圆孔里，驱动电路安装在球形骨架的底座中。优点是结构新颖，2个圆筒形PVDF薄膜和4个红外发射管安装在一个小的球形骨架上，在实现超声波和红外发射功能的同时减小了整体尺寸，并且实现了超声波和红外的全向发射，波束角大，作为发射器用于三维超声波定位系统，因超声波和红外发射波束角大，可以减少接收器的数量，降低成本和安装的复杂度。

技术领域

本发明涉及一种三维超声波发射器，具体涉及一种集成PVDF压电薄膜超声波发射器和红外发射管的空中球面发射器，用于实现超声波和红外的球面发射，适用于室内三维超声波定位、超声波测距、室内定位、手写输入、人机交互等领域。

背景技术

室内定位系统主要包括红外室内定位系统、超声波室内三维定位系统(以下简称超声波三维定位系统)、RFID室内定位系统、无线局域网室内定位系统、蓝牙室内定位系统等，相对于其它室内定位系统，超声波三维定位系统具有精度高、成本低等优点。

超声波三维定位系统利用超声波测量多个固定接收器与移动目标之间的距离，利用三个以上的距离，实现对移动目标的三维定位。超声波三维定位系统一般需要多个不在同一条直线的接收器和一个或多个超声波发射器，为了降低系统复杂性和提高定位精度，超声波三维定位系统一般采用红外脉冲或射频脉冲作为同步信号，移动目标同时发射红外或射频同步脉冲和超声波脉冲，接收器接收到红外或者射频同步信号后开始计时，当接收到超声波信号后停止计时，因红外信号和射频信号以光速传输，在室内短距离内，相对于超声波的传播时间其传输时间可以忽略，定时器的数值即为移动目标发射的超声波到达接收器的渡越时间，根据声速即可计算出到达接收器的距离。相对于射频信号，红外同步信号产生电路简单，成本较低。

为对移动目标实现较大范围的定位，一般需要将多个接收器布置成网状结构，确保移动目标在整个范围内移动时，至少有三个接收器能够接收到超声波信号。由于目前超声波三维定位系统一般采用商用的40kHz活塞形状的压电陶瓷超声波发射器，该发射器优点是成本低，其主要缺点是发射波束窄，一般发射波束角为80°(-6dB)。若使用这类超声波发射器，由于发射波束角窄，势必造成接收器布置的密度相对较高，这将造成成本的增加和接收器安装的复杂性。

为满足超声波三维定位系统对宽波束角发射器的要求，中国专利“一种全向超声波传感器”(申请号201810412761.6)公开了一种全向超声波传感器，采用电机带动超声波发射器实现空间360度的超声波全向发射，该全向超声波传感器结构复杂，体积较大，不适用于三维超声波定位系统。中国专利“全向超声信号接收组件和全向超声测距系统”(专利号201621272269.6)和“全向超声信号接收组件、全向超声测距系统及方法”(申请号201611043498.5)公开了一种全向超声波发射组件，该组件采用一个圆筒形PVDF压电薄膜和一个活塞式压电陶瓷超声波发射器实现全向发射，该组件虽然能够实现全向发射，但发射面不是球面，两个超声波发射器的相位中心不一致。

发明内容

本发明提供一种具备超声波和红外发射功能的小型三维超声波发射器，以解决目前存在的安装复杂、尺寸大、超声波发射面不是球面等问题。

本发明采取的技术方案是：包括球形骨架、两个圆筒形PVDF压电薄膜、四个红外发射管和驱动电路，两个PVDF压电薄膜分别安装在球形骨架的两个凹槽里，四个红外发射管分别安装在球形骨架的红外安装圆孔里，驱动电路安装在球形骨架的底座中。

所述球形骨架包括球形部分和底座，球形部分有两个垂直交叉的凹槽和4个红外安装孔，球形骨架与底座相连，凹槽与PVDF压电薄膜粘接，红外安装孔用于安装红外发射管；

所述球形骨架的材料采用非金属材料；

所述球形骨架的材料采用尼龙或树脂；