本發(fā)明屬于超聲波，具體說是涉及一種超聲波跨介質(zhì)傳感裝置。

背景技術(shù)：

1、超聲波跨介質(zhì)傳感裝置是指發(fā)射超聲波(機(jī)械波)、接收超聲波(機(jī)械波)，并將接收到的超聲波(機(jī)械波)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。在利用超聲波跨介質(zhì)傳感裝置進(jìn)行測距時(shí)，超聲波跨介質(zhì)傳感裝置的發(fā)送端以一定的頻率和強(qiáng)度發(fā)出超聲波，該超聲波在到達(dá)被測物體后發(fā)生反射形成回波，該回波傳播至超聲波跨介質(zhì)傳感裝置后被超聲波跨介質(zhì)傳感裝置的接收端接收。然而，超聲波在實(shí)際傳播過程中，會(huì)遇到諸多因素的影響，而產(chǎn)生不同程度的衰減，超聲波的衰減主要有散射、擴(kuò)散和吸收三種。

2、如果遇到某些障礙物時(shí)，部分超聲波將無法再按照原來的傳播方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這時(shí)超聲波就會(huì)出現(xiàn)散射衰減，散射衰減和傳播物體的材質(zhì)有關(guān)，如果超聲波在固體中進(jìn)行傳播，散射衰減會(huì)隨之減弱，而如果是在空氣當(dāng)中，超聲波的生波會(huì)隨之增強(qiáng)，而在液體中傳播的衰減率，則介于固體和液體之間。

3、而常見的擴(kuò)散衰減則與傳播介質(zhì)的密度無關(guān)，擴(kuò)散衰減主要與超聲波在介質(zhì)中的距離有關(guān)，顧名思義，只要超聲波在物體內(nèi)部傳播的距離越長，那么超聲波就會(huì)逐漸衰減，直至消失。另外，還有一種較常見的超聲波衰減形式，叫做吸收衰減，由于超聲波在物體中進(jìn)行傳播時(shí)，或多或少的都會(huì)使物體內(nèi)部產(chǎn)生震動(dòng)，這種因接觸而產(chǎn)生的震動(dòng)會(huì)產(chǎn)生摩擦力，隨著傳播時(shí)間的增加，超聲波會(huì)與物體間摩擦起熱，在這種熱能的阻礙下，超聲波的能量就會(huì)逐漸減弱，最終被完全吸收。

4、尤其是對(duì)于跨介質(zhì)超聲探測過程中，信號(hào)在傳遞過程中衰減的程度更大，例如超聲波依次穿過固體、液體、空氣進(jìn)行探測的情形。因此，本方案提供一種超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，用以解決信號(hào)在跨介質(zhì)傳遞過程中衰減的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，解決了如何避免超聲波信號(hào)在跨介質(zhì)傳遞過程中衰減的技術(shù)問題，使得超聲波依次穿過固體、液體和空氣進(jìn)行探測的精度提升。

2、一種超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，包括設(shè)置在水面以下的封閉倉、設(shè)置在水面上的氣囊墊、懸浮在空中的無人機(jī)，所述封閉倉的內(nèi)部設(shè)置有超聲探頭一，所述封閉倉的外部設(shè)置超聲探頭二，所述超聲探頭一與所述超聲探頭二通過無線通信模塊連接，所述封閉倉上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)與角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接，所述超聲探頭一與所述超聲探頭二分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)、所述角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)上；

3、所述氣囊墊上設(shè)置有超聲探頭三和超聲探頭四，所述超聲探頭三和所述超聲探頭四連接，所述氣囊墊通過拉繩與所述角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接；

4、所述無人機(jī)上設(shè)置有超聲探頭五和超聲探頭六，所述超聲探頭五和所述超聲探頭六通過單片機(jī)二連接，所述超聲探頭五接收所述超聲探頭三的信號(hào)。

5、所述無線通信模塊包括無線發(fā)射組件和無線接收組件，所述無線發(fā)射組件固定在防水罩二內(nèi)，所述防水罩二固定在所述封閉倉的上端面，所述無線接收組件固定在防水罩一內(nèi)，所述防水罩一固定在所述角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)上，所述無線發(fā)射組件與所述超聲探頭二無線連接。

6、所述無線發(fā)射組件包括壓電陶瓷片、與所述壓電陶瓷片連接的無線發(fā)射模塊，所述無線接收組件包括無線接收模塊、與所述無線接收模塊連接的放大電路、與所述放大電路連接的電磁繼電器，所述電磁繼電器與所述超聲探頭二連接。

7、所述轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括豎直設(shè)置且旋轉(zhuǎn)密封連接在所述封閉倉上端部的轉(zhuǎn)軸、一端與所述轉(zhuǎn)軸底端轉(zhuǎn)動(dòng)連接的下水平桿，所述下水平桿的另一端固定有超聲探頭一，所述下水平桿的側(cè)部固定在所述封閉倉內(nèi)。

8、所述角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括一端與所述轉(zhuǎn)軸頂端垂直固定連接的上水平桿、一端與所述上水平桿另一端鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng)桿，所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿的另一端與所述拉繩連接；

9、所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿與所述上水平桿上設(shè)置的鉸接軸垂直固定連接。

10、所述超聲探頭三和所述超聲探頭四通過單片機(jī)一連接，所述單片機(jī)一設(shè)置在所述氣囊墊的內(nèi)部，所述超聲探頭四的接收端朝水面以下設(shè)置，所述超聲探頭三的發(fā)射端朝向水面以上設(shè)置，所述超聲探頭四接收所述超聲探頭二的信號(hào)。

11、所述氣囊墊的底端豎直設(shè)置有固定柱，所述固定柱的底端與拉繩的頂端固定連接。

12、所述無人機(jī)具有多個(gè)，且相隔長距離設(shè)置，相鄰的兩個(gè)所述無人機(jī)之間具有障礙物。

13、本發(fā)明達(dá)成以下顯著效果：

14、（1）設(shè)置有超聲探頭一、無線通信模塊和超聲探頭二，超聲探頭一位于封閉倉，超聲探頭一的發(fā)射端朝向防水罩二內(nèi)的壓電陶瓷片，通過無線通信模塊，將信號(hào)發(fā)射到超聲探頭二，避免了超聲信號(hào)從固定到液體傳輸中的嚴(yán)重衰減過程，避免了超聲波在到達(dá)固液界面位置時(shí)的大量反射；

15、（2）設(shè)置有超聲探頭三和超聲探頭四，超聲探頭四接收超聲探頭二的信號(hào)，并在單片機(jī)的作用下，與超聲探頭三連接，超聲探頭三將信號(hào)發(fā)射空氣中，最終實(shí)現(xiàn)了將液體中的超聲信號(hào)傳輸?shù)娇諝庵械男Ч苊饬顺曅盘?hào)在氣液界面處的嚴(yán)重衰減；

16、（3）設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，同時(shí)將角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)通過拉繩與氣囊墊連接，這樣當(dāng)氣囊墊在水面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲探頭四和超聲探頭二隨之進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，能夠保證超聲探頭二始終能夠朝向超聲探頭四，保證超聲信號(hào)在液體傳輸過程中的不衰減；

17、且拉繩不僅具有導(dǎo)向超聲發(fā)射的作用，還能避免氣囊墊的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，使得超聲探頭四和超聲探頭二始終保持信號(hào)的聯(lián)系；

18、（4）本方案轉(zhuǎn)用無線傳輸橋接的方式，將該思路用在超聲傳輸上，實(shí)現(xiàn)了意想不到的技術(shù)效果，使得超聲波的傳輸能夠依次穿過固體、液體和空氣，實(shí)現(xiàn)了更為廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，包括設(shè)置在水面以下的封閉倉（9）、設(shè)置在水面上的氣囊墊（1）、懸浮在空中的無人機(jī)，其特征在于，所述封閉倉（9）的內(nèi)部設(shè)置有超聲探頭一（104），所述封閉倉（9）的外部設(shè)置超聲探頭二，所述超聲探頭一（104）與所述超聲探頭二通過無線通信模塊連接，所述封閉倉（9）上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)（10），所述轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)（10）與角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接，所述超聲探頭一（104）與所述超聲探頭二分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)（10）、所述角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)上；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，其特征在于，所述無線通信模塊包括無線發(fā)射組件和無線接收組件，所述無線發(fā)射組件固定在防水罩二（8）內(nèi)，所述防水罩二（8）固定在所述封閉倉（9）的上端面，所述無線接收組件固定在防水罩一（7）內(nèi)，所述防水罩一（7）固定在所述角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)上，所述無線發(fā)射組件與所述超聲探頭二無線連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，其特征在于，所述無線發(fā)射組件包括壓電陶瓷片、與所述壓電陶瓷片連接的無線發(fā)射模塊，所述無線接收組件包括無線接收模塊、與所述無線接收模塊連接的放大電路、與所述放大電路連接的電磁繼電器，所述電磁繼電器與所述超聲探頭二連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)（10）包括豎直設(shè)置且旋轉(zhuǎn)密封連接在所述封閉倉（9）上端部的轉(zhuǎn)軸（101）、一端與所述轉(zhuǎn)軸（101）底端轉(zhuǎn)動(dòng)連接的下水平桿（102），所述下水平桿（102）的另一端固定有超聲探頭一（104），所述下水平桿（102）的側(cè)部固定在所述封閉倉（9）內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，其特征在于，所述角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括一端與所述轉(zhuǎn)軸（101）頂端垂直固定連接的上水平桿（11）、一端與所述上水平桿（11）另一端鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng)桿（6），所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿（6）的另一端與所述拉繩（5）連接；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，其特征在于，所述超聲探頭三（2）和所述超聲探頭四（3）通過單片機(jī)一連接，所述單片機(jī)一設(shè)置在所述氣囊墊（1）的內(nèi)部，所述超聲探頭四（3）的接收端朝水面以下設(shè)置，所述超聲探頭三（2）的發(fā)射端朝向水面以上設(shè)置，所述超聲探頭四（3）接收超聲探頭二的信號(hào)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，其特征在于，所述氣囊墊（1）的底端豎直設(shè)置有固定柱（4），所述固定柱（4）的底端與拉繩（5）的頂端固定連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，其特征在于，所述無人機(jī)具有多個(gè)，且相隔長距離設(shè)置，相鄰的兩個(gè)所述無人機(jī)之間具有障礙物，使得超聲傳輸橋接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，具體涉及超聲波技術(shù)領(lǐng)域，包括設(shè)置在水面以下的封閉倉、設(shè)置在水面上的氣囊墊、懸浮在空中的無人機(jī)，封閉倉的內(nèi)部設(shè)置有超聲探頭一，封閉倉的外部設(shè)置超聲探頭二，超聲探頭一與超聲探頭二通過無線通信模塊連接，封閉倉上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)與角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接；氣囊墊上設(shè)置有超聲探頭三和超聲探頭四，超聲探頭三和超聲探頭四連接，氣囊墊通過拉繩與轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)連接；無人機(jī)上設(shè)置有相互連接的超聲探頭五和超聲探頭六。本發(fā)明提供的超聲波跨介質(zhì)傳感裝置，能夠避免超聲波信號(hào)在跨介質(zhì)傳遞過程中衰減的問題，使得超聲波依次穿過固體、液體和空氣進(jìn)行探測的精度提升。

技術(shù)研發(fā)人員：許平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：嘉準(zhǔn)傳感科技（湖南）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/7/29