專利名稱：用于產(chǎn)生分散聲波的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生分散聲波的設(shè)備。
在諸如揚(yáng)聲器或位置檢測器等需要有大分散角的聲波的應(yīng)用中， 這種設(shè)備是有用的。本發(fā)明對確定房間內(nèi)移動點的位置是特別有用的。
本發(fā)明還涉及一種用于確定房間內(nèi)的位置的裝置，包括一種根據(jù) 本發(fā)明的用于產(chǎn)生分散聲波的設(shè)備。
背景技術(shù)：
聲波例如可以由 一個點聲源或一個平面聲源來產(chǎn)生。
一個點聲源 朝所有方向均勻地輻射聲波。該聲音將球狀地傳播開。聲波在離開聲 源的某一距離處的效應(yīng)，即聲壓水平，將取決于該球形的表面積、離 開聲源的距離以及聲源的頻率。由于在增加聲源表面積方面很困難， 所以離開點聲源的 一遠(yuǎn)距離處的聲波效應(yīng)將相對地弱。遠(yuǎn)距離意指在
3-10米的量級內(nèi)。然而， 一些應(yīng)用中要求在離開聲源一遠(yuǎn)距離處具有 高效應(yīng)的聲波。為了增加點聲源的面積，必須增加發(fā)射器的體積。這 將導(dǎo)致制造上的問題。如果體積增加，那么將出現(xiàn)的又一問題是發(fā)射 器的瞬變時間增加。
一個相對于其聲音的波長來說具有很大面積的平面聲源產(chǎn)生具有 一個基本為平面波前的聲波，這意指聲波主要分布在一個方向上。對 于一個平面聲源，假設(shè)不存在聲學(xué)能量損失，該聲音的強(qiáng)度水平將與 離該聲源的距離無關(guān)。因此，在房間內(nèi)一個點處的效應(yīng)將只取決于聲 源的表面積。 一個相對于其聲音的波長來說具有很大面積的平面聲源 的示例是靜電換能器。例如， 一個單端的靜電換能器包括兩個導(dǎo)電層， 這兩個導(dǎo)電層也被表示成膜片(diaphragm); —個靜止膜片，以及一個 被配置成可相對于靜止膜片移動的可移動膜片。該靜電換能器還包括 一個電源，該電源將一可變交流電壓施加到靜止膜片和可移動膜片上， 以由于作用在這些層之間的靜電力變化而激發(fā)可移動膜片中的振動， 借以使其發(fā)揮揚(yáng)聲器的作用。例如，在US7， 095， 864中公開了這樣的
靜電換能器。在房間內(nèi)一個點處的效應(yīng)將取決于膜片的表面積，該表 面積是易于增加的。與壓電發(fā)射器相比，靜電換能器的優(yōu)點是它快許 多，并且具有一個大得多的頻率范圍。由于靜電換能器較快，因而它 也具有一個較短的瞬變時間。
在一些應(yīng)用中，希望可以在離開聲源一遠(yuǎn)距離處的測量面積中的
每個點內(nèi)產(chǎn)生諸如至少為0. 2Pa的大聲壓水平的、高度分散的、分散 超過140°的聲波。這種應(yīng)用的一個示例是具有超聲波發(fā)送器的位置 檢測系統(tǒng)。US5280457公開了 一種用于在一個m維度的坐標(biāo)系統(tǒng)上確 定感興趣的移動點的位置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個安裝在感興趣的點 上的超聲波發(fā)送器，以及多個靜止的超聲波接收器，該數(shù)目至少為m+2， 以及用于處理接收到的信號以及計算感興趣的點的位置的控制裝置。 這種應(yīng)用中通常用到的超聲波發(fā)送器是壓電發(fā)送器。壓電發(fā)送器通常 以其共振頻率發(fā)送。具有35kHz以上的共振頻率的壓電發(fā)送器的分散 角最大值為110° 。
相應(yīng)地，希望增加靜電換能器的分散角。還希望在分散角內(nèi)的所 有方向上都具有幾乎相同的強(qiáng)度。近幾年已提出很多解決該問題的方 案。 一個方案是對換能器提供一個曲面膜片。又一個方案是在設(shè)計多 揚(yáng)聲器系統(tǒng)時使用交叉網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)常采用線性陣列的揚(yáng)聲器來提供增強(qiáng) 的方向性。又一個方案是使用帶狀的平板揚(yáng)聲器。該平板揚(yáng)聲器由多 個獨立的窄條狀的聲音輻射區(qū)域組成。每個帶可以被獨立地驅(qū)動以使 平板輻射模式可以被調(diào)整以及使其可在音頻應(yīng)用中用作方向可控的聲 源。對一系列電極鈴配以延遲線，從而每個鈴在前一鈴聲后的一瞬間 即對電流中的變化作出響應(yīng)，在膜片中產(chǎn)生類似于池塘中的漣波的移 動。
當(dāng)前所示方案所存在的問題是它們在豎直平面內(nèi)的分散度比水平 平面內(nèi)的分散度低，以及由于聲源的位置沒有很好地限定，所以它們 不適合用于確定房間內(nèi)一個點的位置。
因此，在高頻下難以產(chǎn)生具有高的聲壓水平的以及在豎直平面和 水平平面內(nèi)都具有大分散度的聲波信號。聲壓水平和聲音分散量都取 決于聲源的面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種可以在離開聲源一遠(yuǎn)距離處產(chǎn)生具 有大聲壓水平的并且在豎直平面和水平平面都具有高分散度的聲波的 設(shè)備。
該目的通過權(quán)利要求1所限定的設(shè)備來實現(xiàn)。
這種設(shè)備包括一個具有拋物面狀表面的散射單元，其中聲波產(chǎn)生 器和散射單元被布置成使產(chǎn)生的聲波在所述拋物面狀表面反射。該設(shè) 備還包括一個開口 ，該開口被布置成使反射的聲波可以離開該設(shè)備而 分布到周圍。為了實現(xiàn)高反射以及由此的低損耗，散射單元應(yīng)該由具 有高的聲學(xué)阻抗的材料制成，這意指與聲音在空氣中的速度相比，聲 音在該種材料中的速度將是很大的。合適的材料的示例是金屬以及緊 密木材。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括一個獨立的聲波產(chǎn)生器以及一個獨立的散 射單元，這使得聲壓水平和分散度幾乎彼此獨立。該分散角取決于拋 物面的形狀，即取決于拋物面方程中的參數(shù)，以及該聲壓水平取決聲 波產(chǎn)生器的形狀。因此，可以產(chǎn)生具有高的聲壓水平以及大的分散角 的設(shè)備。
由于該拋物面狀表面，該聲波首先朝拋物面的焦點處會聚，然后 發(fā)散并穿過開口分布到周圍。因此，聲源的位置是拋物面狀表面的焦 點，這意指聲源的位置被很好地限定了。取決于拋物面的形狀，分散
角可以高達(dá)160度。這對于很多應(yīng)用來說是足夠了。水平和豎直平面 中的分散度將幾乎是相同的。
該設(shè)備適合用于產(chǎn)生頻率在2kHz以上的分散聲波。 根據(jù)該發(fā)明的一個實施方案，開口被布置在拋物面狀表面的焦點 的附近，該聲波產(chǎn)生器適合于產(chǎn)生具有基本為平面波前的聲波，以及 該聲波產(chǎn)生器和該散射單元被布置成使得反射的聲波在分布到周圍之 前被集中到該拋物面狀表面的焦點。盡管可以使用一個產(chǎn)生非平面波 前的聲波的聲波產(chǎn)生器，但所得的分散度離理想的甚遠(yuǎn)，并且對于所 有應(yīng)用來說是不充分的。由于平面聲波在被分散之前被集中到該拋物 面狀表面的焦點這一事實，產(chǎn)生具有平面波前的聲波的聲波產(chǎn)生器給 出了理想的分散度，并且可容易地控制該分散度。理想的分散度意指
理想的分散角以及在該分散角度內(nèi)的所有方向上都幾乎相同的聲音強(qiáng) 度水平。
利用拋物面狀表面來分散聲波的又一個優(yōu)點是所有產(chǎn)生的聲音都 穿過一個共同的點，即拋物面的焦點，這意指對于整個波前來說，從 聲波被產(chǎn)生直到到達(dá)焦點所花的時間是相同的。整個波前在同 一 時間 到達(dá)焦點。這在一些要測量產(chǎn)生的波的傳播時間的應(yīng)用中是很重要的， 例如，當(dāng)通過超聲波來測量房間內(nèi)的位置時。
根據(jù)該發(fā)明的實施方案，聲波產(chǎn)生器包括 一個靜止膜片， 一個 被布置成可以相對于靜止膜片移動的可移動膜片，以及一個電源，該 電源將一可變交流電壓施加到靜止膜片和可移動膜片上，以由于作用 在這些膜片之間的靜電力的變化激發(fā)可移動膜片中的振動，以及該可 移動膜片面向拋物面狀表面。根據(jù)該實施方案，該聲波產(chǎn)生器是一個 產(chǎn)生平面波的靜電換能器。將這種靜電聲波產(chǎn)生器構(gòu)造成具有大的表 面積是容易的，這意指可以產(chǎn)生大的聲壓水平。該實施方案的又一個 優(yōu)點是，膜片的體積相對于例如壓電發(fā)送器來說是小的，這可以導(dǎo)致 短的上升和下降時間，這對于位置測量來說是重要的。
根據(jù)該發(fā)明的實施方案，聲波產(chǎn)生器包括被布置在靜止膜片表面 上的絕緣材料層，所述表面面向可移動膜片。為了實現(xiàn)盡可能大的聲 壓水平，靜止膜片和可移動膜片之間的電壓應(yīng)盡可能地接近膜片的電 氣強(qiáng)度(electrical strength)。該絕緣層提供了靜止膜片和可移動 膜片之間的增強(qiáng)的電氣強(qiáng)度，因此使得所產(chǎn)生的聲壓水平可以增強(qiáng)約 10倍。
根據(jù)該發(fā)明的實施方案，靜止膜片包括多個突起，這些突起朝可 移動膜片延伸。這些突起分布在靜止膜片的表面上，該表面面向該可 移動膜片。優(yōu)選地，這些突起均勻地分布在靜止膜片的表面上。如果 這些膜片的電氣強(qiáng)度非常高，那么存有的風(fēng)險是，可移動膜片中的機(jī) 械應(yīng)力變得過高，該膜片被拉伸并彎曲，以至于該可移動膜片將和靜 止膜片接觸。如果發(fā)生這種情況，聲音產(chǎn)生器將停止起作用。通過在 面向可移動膜片的靜止膜片表面上引入突起，可以減小膜片的彎曲， 以及減小可移動膜片和靜止膜片之間接觸的風(fēng)險。測量表明，利用具 有突起的靜止膜片，可以將聲壓水平增強(qiáng)約3倍。
根據(jù)該發(fā)明的實施方案，在散射單元上設(shè)以一個開口。這樣，可 以利用聲波產(chǎn)生器的較大面積，以及相應(yīng)地增強(qiáng)聲波產(chǎn)生器的效應(yīng)。 為了提供良好的分散度，拋物面狀表面的焦點優(yōu)選地應(yīng)該位于開口處 或者位于該散射單元外側(cè)的開口之前。
根據(jù)該發(fā)明的實施方案，沿平行于拋物面狀表面的對稱線的平面 截取散射單元，并且該開口位于該散射單元的截取部分。例如，該散 射單元加工成具有半拋物面或者小于半拋物面的形狀。該實施方案便 利了制造過程。
根據(jù)該發(fā)明的實施方案，該聲波產(chǎn)生器適合于產(chǎn)生超聲，即頻率
在20kHz至70kHz之間的聲波。
編程工業(yè)用自動機(jī)，使其沿操作路徑執(zhí)行工作。為了編程或教導(dǎo) 自動機(jī)工作，沿所需操作路徑上的多個位置操縱該自動機(jī)。這些位置 被作為指令存儲在控制單元的存儲器中。為了避免將自動機(jī)移動到所 需位置的麻煩，可以利用位置測量設(shè)備來測量所需路徑上的位置。根 據(jù)該發(fā)明的設(shè)備適合于測量房間內(nèi)的位置，特別是適合于與工業(yè)用自 動機(jī)編程相結(jié)合，對房間內(nèi)的點的位置進(jìn)行測量。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種用于測量三維空間中的位置的裝置。
這種裝置包括 一個用于指出待測位置的指向設(shè)備， 一個連接到 指向設(shè)備用于產(chǎn)生聲波的設(shè)備，至少三個彼此分開一段距離放置在房 間內(nèi)的用于檢測聲波的擴(kuò)音器，以及一個適合于計算聲波在指向設(shè)備 和擴(kuò)音器之間傳播所花的時間，并據(jù)以確定指向設(shè)備的位置的計算單 元。


現(xiàn)在通過描述本發(fā)明的不同實施方案，以及參考附圖來更詳細(xì)地 解釋本發(fā)明。
圖1示出了根據(jù)該發(fā)明第一實施方案的用于產(chǎn)生分散聲波的設(shè)備。
圖2示出了根據(jù)該發(fā)明第二實施方案的用于產(chǎn)生分散聲波的設(shè)備 的立體圖。
圖3示出了俯視時所看到的圖2中的設(shè)備。 圖4示出了沿圖3中線A-A的截面視圖。
圖5更詳細(xì)地示出了根據(jù)該發(fā)明實施方案的設(shè)備的聲波產(chǎn)生器。 圖6a示出了圖5中所示的聲波產(chǎn)生器的靜止膜片的俯視圖。 圖6b示出了當(dāng)在這些膜片之間施加高壓時支撐在聲波產(chǎn)生器靜
止膜片的突起上的可移動膜片。
圖7示意性地示出了根據(jù)該發(fā)明實施方案的用于測量房間內(nèi)的位
置的裝置。
圖8示出了由根據(jù)該發(fā)明的設(shè)備響應(yīng)于交流電壓信號產(chǎn)生的輸出 信號的示例，以及在離開該設(shè)備某一距離處檢測到的輸出信號的示例。
具體實施例方式
圖1示出了一種根據(jù)該發(fā)明第一實施方案的用于產(chǎn)生分散聲波的 設(shè)備l。該設(shè)備包括一個用于產(chǎn)生和發(fā)射聲波的聲波產(chǎn)生器2。在該實 施方案中，聲波產(chǎn)生器是一個靜電發(fā)送器。該設(shè)備還包括一個具有拋 物面狀表面4的散射單元3。該聲波產(chǎn)生器2以及散射單元3被布置 成使所產(chǎn)生的聲波在拋物面狀表面4被反射以及被集中到拋物面狀表 面的焦點5處。在該實施方案中，聲波產(chǎn)生器2設(shè)有開口 6，該開口 被布置成使反射的聲波可以離開該設(shè)備而分布到周圍。
選擇拋物面狀表面的形狀，以使它的焦點位于開口 6處，或位于 開口6的附近。該聲波產(chǎn)生器2是圓盤狀的，并且在垂直于拋物面狀 表面的對稱軸的方向上有二維的延伸。該聲波產(chǎn)生器被布置在散射單 元的拋物面狀表面的相對面，以便平行于拋物面狀表面的對稱軸引導(dǎo) 所產(chǎn)生的聲波。為了實現(xiàn)盡可能大的高聲壓水平，聲波產(chǎn)生器的面積 應(yīng)盡可能地大。該聲波產(chǎn)生器適合于產(chǎn)生具有基本為平面波前的聲波， 這意指該產(chǎn)生器的整個面積上產(chǎn)生的波基本是平行的，如圖所示。該 散射單元是杯形的。在該實施方案中，分散角a約為160度。
該散射受拋物面方程中參數(shù)a的值的控制，該參數(shù)為拋物面最低 部分到拋物面焦點的距離。該拋物面的方程為(y-y。)2=4a (x-x。)。
圖2-4示出了一種根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的用于產(chǎn)生分散聲波 的設(shè)備10。該設(shè)備10包括一個散射單元11，該散射單元是沿平行于拋物面狀表面的對稱線12的平面截取的。該散射單元11被加工成半 拋物面。這樣，該散射單元11是圖1所示的散射單元3的一半。該設(shè) 備還包括一個聲波產(chǎn)生器13,該聲波產(chǎn)生器被布置成使其產(chǎn)生聲音的 表面和散射單元11的拋物面狀表面相對。如此前的實施方案那樣，在 該實施方案中，該聲波產(chǎn)生器是固態(tài)的，但沒有設(shè)以開口。相反，該 散射單元ll設(shè)有開口 15。聲音的分散度受聲音產(chǎn)生器的面積的尺寸 以及拋物面方程中的距離a的控制。例如，為了實現(xiàn)大的散射角，該 拋物面的形狀應(yīng)該是使得焦點17位于接近拋物面的底部，如圖3所示， 以及還接近開口 15,如圖4所示。
圖5更詳細(xì)地示出了聲波產(chǎn)生器2和13。該產(chǎn)生器根據(jù)靜電原理 來工作，并且也表示為一個靜電揚(yáng)聲器。存在不同類型的靜電負(fù)栽揚(yáng) 聲器，例如單端和對稱的靜電負(fù)栽揚(yáng)聲器。該靜電揚(yáng)聲器的原理例如 已經(jīng)在 "_￡7e"ro"a〃c /oz/d 577eaier c e"'g/7e^f a/zd con"rwc〃o/7" /Ta^ er萃;f 7"J, f-》這本書里作了描述。
相關(guān)有用的頁面例如是63-71頁。
該散射單元適合于和已知的任何類型的靜電聲音產(chǎn)生器一起使 用。圖5示出了一種新設(shè)計的靜電聲音產(chǎn)生器，已證實該產(chǎn)生器可以 增強(qiáng)聲壓水平。圖5的聲音產(chǎn)生器包括一個靜止膜片20以及一個被布 置成可相對于靜止膜片移動的可移動膜片21，以及電源單元22、 23， 該電源單元將一可變交流電壓UB+Uc施加到靜止膜片和可移動膜片上， 以由于作用這些膜片之間的靜電力的變化而激發(fā)可移動膜片中的振 動。該電源單元包括一個偏壓電源22以及一個交變的交流(ac)電源 23。該可移動膜片21面向散射單元的拋物面狀表面。
該靜止膜片20包括一個金屬盤24,該金屬例如是銅或鋁。該盤 24覆蓋有絕緣材料層25。該絕緣層25被布置在靜止膜片的表面上， 該表面面向該可移動膜片。優(yōu)選地，該絕緣層25的材料可以被應(yīng)用成 液體狀，如硅樹脂，該材料被噴涂在靜止膜片的表面上。該可移動膜 片21例如是由純金屬制得的，或者由在其上施加以一金屬層的塑料材 料制得。該金屬優(yōu)選為鎳或者不銹鋼，以及塑料上的金屬層例如是鋁 或金。為了實現(xiàn)盡可能大的聲壓水平，靜止膜片和可移動膜片之間的 距離優(yōu)選地為盡可能地小。而且，為了實現(xiàn)盡可能大的聲壓水平，該電壓UB接近于可移動膜片材料的電氣強(qiáng)度極限。該絕緣層25大大地增強(qiáng)了靜止膜片的電氣強(qiáng) 度。然而，如果該強(qiáng)度是非常大的，那么存有的風(fēng)險是，該可移動膜 片內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力將變得非常大，當(dāng)它被拉伸和彎曲時，使該可移動膜 片將和靜止膜片接觸。如果發(fā)生了這種情況，聲波產(chǎn)生器將停止起作 用。為了避免這種問題，在面向可移動膜片的靜止膜片20的表面上設(shè) 有多個突起28。這些突起28被布置成使其朝可移動膜片21延伸。這 些被布置在膜片之間的突起限制了可移動膜片的彎曲以及由此減少了 這些膜片之間接觸的風(fēng)險。
為了避免產(chǎn)生器有效發(fā)送面積的減少，這些突起的面積應(yīng)該被最 小化。 一種實現(xiàn)小面積的方法是將這些突起集成到靜止膜片上。該集 成例如是由電解工藝完成，在電解工藝中，這些突起的面積以及高度 被小心地加以控制。圖6a示出了俯視時的靜止膜片20。該突起的高 度在100-300 nm之間， 一般為200nm。圖6b示出了當(dāng)在這些膜片之 間施加高壓UB+Uc時支撐在靜止膜片20的突起28上的可移動膜片21。 當(dāng)在靜止膜片和可移動膜片之間施加電壓時，該可移動膜片被移動， 以及聲學(xué)信號從產(chǎn)生器發(fā)射出來。該電壓Uc例如是由變壓器產(chǎn)生。
聲波產(chǎn)生器的面積，即靜止膜片和可移動膜片的面積，以及拋物 面焦點的位置確定了聲波的分散度。該理論極限是180度。然而在實 踐中，所能實現(xiàn)的最大值為160度。通過選擇拋物面的形狀，并借以 選擇拋物面底部和焦點之間的距離，可以將聲音的分散度選取為大或 小。聲波產(chǎn)生器的面積，即膜片的面積，影響了分散度，從而如果該 面積比拋物面的開口小，那么不可能利用到拋物面的所有可能點。為 了取得聲波的平面波前，重要的是聲波產(chǎn)生器的面積相對于發(fā)射的聲 波的波長來說是大的。該拋物面以及聲波產(chǎn)生器將理想地發(fā)揮作用， 以及可以計算出合理限度內(nèi)的聲波分散度。
圖8示出了膜片20和21之間的電壓UB+Uc的變化，以及響應(yīng)所加 電壓31的變化而產(chǎn)生的聲波信號。該信號30是連接到聲音產(chǎn)生器的 電信號，而該信號31是由擴(kuò)音器檢測到的聲學(xué)信號。如從圖中看到的， 該響應(yīng)時間是短的，這意指該響應(yīng)是快的，以及該聲音產(chǎn)生器工作時 具有快的瞬態(tài)。對于大多數(shù)電聲產(chǎn)生器零件來說，構(gòu)造過程是非常短
的。這意指電聲產(chǎn)生器中通常用來測量距離所利用的脈沖測量法
(burst measurement)的技術(shù)不再需要了。利用聲音產(chǎn)生器的快速性， 可以使用信號的第一個半周期來測量距離。該技術(shù)的潛能將因此被大 大地增強(qiáng)。通過集成的突起，拋物面以及靜電聲音產(chǎn)生器可以提高精 確度以及擴(kuò)展測量面積位置測量。
圖7示出了 一種根據(jù)本發(fā)明實施方案的用于測量房間內(nèi)的位置的 裝置。該裝置包括一個含有尖頭的用于指出待測位置的指向設(shè)備35, 一個根據(jù)該發(fā)明的連接到指向設(shè)備的用于產(chǎn)生聲波的設(shè)備1,至少三 個彼此分開一距離放置在房間內(nèi)的用于檢測聲波的擴(kuò)音器37、 38和 39，以及一個適合于計算聲波從指向設(shè)備35傳播到擴(kuò)音器所花的時間 并據(jù)以確定指向設(shè)備的尖頭的位置的計算單元40。該裝置還包括一個 啟動信號產(chǎn)生器42,該信號產(chǎn)生器在用戶激活后產(chǎn)生一個進(jìn)行測量的 啟動信號。該啟動信號被傳送給用于產(chǎn)生聲波的設(shè)備l以及被傳送給 計算單元40。該聲波產(chǎn)生器產(chǎn)生超聲脈沖。
以創(chuàng)建三維空間的方式放置擴(kuò)音器。該擴(kuò)音器例如是電容器類型 的。該電容器類型的擴(kuò)音器的面積比常規(guī)的擴(kuò)音器小。優(yōu)選地，該擴(kuò) 音器對于40kHz以下的頻率是聲學(xué)衰減的，以及它們的上部頻率為 100kHz以上。該計算單元40接收來自擴(kuò)音器37-39的信號以及來自 啟動信號產(chǎn)生器42的啟動信號。該計算單元40計算啟動信號和擴(kuò)音 器接收到的信號之間的時間差，并據(jù)以計算房間內(nèi)指向設(shè)備的位置。
該擴(kuò)音器連接到計算單元，該計算單元例如是個人電腦。該啟動
信號是一個同步信號，該信號例如通過電纜或者作為光信號被傳送到 計算單元。該同步信號在產(chǎn)生聲音脈沖的同時被發(fā)送。通過確定聲音
脈沖到達(dá)每個記錄聲音脈沖的擴(kuò)音器所花的時間，可以三維確定房間 內(nèi)指向設(shè)備的尖頭的位置。必須知曉房間內(nèi)擴(kuò)音器的位置，以使可以 確定指向設(shè)備的位置。
根據(jù)本發(fā)明的實施方案，該裝置可以包括兩個或更多個彼此分開 一距離放置的用于產(chǎn)生聲波的設(shè)備。通過使用兩個或更多個聲波產(chǎn)生 器，可以確定指向設(shè)備的方向，以及指向設(shè)備的尖頭的位置。例如， 該裝置可以被配以三個用于產(chǎn)生聲波的設(shè)備，以這樣一種方式放置這 些設(shè)備，使它們構(gòu)成一個坐標(biāo)系統(tǒng)，其中每一個設(shè)備對應(yīng)的位置在同
一時間被確定。這意指不只是指向設(shè)備的位置，而且還有指向設(shè)備的 方向都可以被確定。這樣的設(shè)備例如在為了確定位于工具在自動機(jī)路 徑上的點的位置和方向而對自動機(jī)進(jìn)行編程的過程中是有用的。
圖8示出設(shè)備1產(chǎn)生的聲音脈沖30以及被擴(kuò)音器37-39中的其中 一個檢測到的同一聲音脈沖31。如從圖中看到的，該構(gòu)造過程是非常 快的。
本發(fā)明并不限于所公開的實施方案，可以在隨后的權(quán)利要求書的 范圍內(nèi)對它們進(jìn)行改變和調(diào)整。例如，所設(shè)計的散射單元和聲波產(chǎn)生 器可以以多種其它方式變化。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生分散聲波的設(shè)備(1；10)，該設(shè)備包括一個用于產(chǎn)生和發(fā)射聲波的聲波產(chǎn)生器(2；13)，其特征在于該設(shè)備還包括一個具有拋物面狀表面(4)的散射單元(3；11)，其中該聲波產(chǎn)生器以及該散射單元被布置成使產(chǎn)生的聲波在所述的拋物面狀表面反射，以及一個開口(6；15)，該開口被布置成使反射的聲波可以離開該設(shè)備而分布到周圍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述開口 (6; 15)被布置在拋物面 狀表面的焦點(5;17)的附近，所述聲波產(chǎn)生器(2; 13)適合于產(chǎn)生具有 基本為平面波前的聲波，以及該聲波產(chǎn)生器和該散射單元被布置成使 得該反射的聲波在分布到周圍之前被集中到該拋物面狀表面的焦點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其中所述聲波產(chǎn)生器包括 一個靜止膜片(20)，一個被布置成可相對于該靜止膜片移動的可移動膜片(21)，以及 一個電源(2 3)，該電源將一可變交流電壓施加到該靜止膜片和該 可移動膜片上，以由于作用在這些膜片之間的靜電力的變化而激發(fā)該 可移動膜片中的振動，以及該可移動膜片面向所述拋物面狀表面(4)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，其中所述靜止膜片(20)包括多個朝該 可移動膜片(21)延伸的突起(28)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的設(shè)備，其中所述聲波產(chǎn)生器包括被布置 在所述靜止膜片(20)表面上的絕緣材料層(25)，所述表面面向所述可 移動膜片。
6. 根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的設(shè)備，其中所述開口 (15)設(shè)置在 該散射單元(ll)內(nèi)。
7. 根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的設(shè)備，其中所述散射單元(11)是 沿平行于拋物面狀表面的對稱線(12)的平面截取的。
8. 根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的設(shè)備，其中該聲波產(chǎn)生器適合于 產(chǎn)生超聲。
9. 一種對前述權(quán)利要求1-10中的任何一項權(quán)利要求的設(shè)備的應(yīng) 用，用于測量房間內(nèi)的位置。
10. —種對前述權(quán)利要求1-10中的任何一項權(quán)利要求的設(shè)備的應(yīng) 用，用于與工業(yè)用自動機(jī)編程相結(jié)合對房間內(nèi)的點的位置進(jìn);f亍測量。
11. 一種用于測量房間內(nèi)的位置的裝置，該裝置包括 一個指向設(shè)備(35)，用于指出待測位置，一個連接到該指向設(shè)備的設(shè)備(I;IO)，用于產(chǎn)生聲波， 至少三個彼此分開一距離放置在房間內(nèi)的擴(kuò)音器(37-39)，用于檢 測聲波，以及一個計算單元"0)，適合于計算聲波在該指向設(shè)備和該擴(kuò)音器之 間傳播所花的時間，并據(jù)以確定該指向設(shè)備的位置，其特征在于所述 指向設(shè)備包括一個根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任何一項權(quán)利要求的用于產(chǎn) 生分散聲波的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生分散聲波的設(shè)備(1)，該設(shè)備包括一個用于產(chǎn)生和發(fā)射聲波的聲波產(chǎn)生器(2)。該設(shè)備還包括一個具有拋物面狀表面(4)的散射單元(3)。該聲波產(chǎn)生器和散射單元被布置成使產(chǎn)生的聲波在所述拋物面狀表面反射，以及該設(shè)備還包括一個開口(6)，該開口被布置成使反射的聲波可以離開該設(shè)備而分布到周圍。
文檔編號H04R1/32GK101193458SQ20071019651
公開日2008年6月4日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者里夫·卡爾森 申請人:里夫·卡爾森