专利名称：一种大地耦合扬声器装置的制作方法
技术领域：
本发明属于透地通信技术领域，特别涉及透地通信系统中高效发送透地弹性波的一种扬 声器装置。
背景技术：
我国是一个矿产资源丰富的国家，特别是煤炭资源储量丰富。但是近些年来我国煤矿矿 难和其他矿井灾害也是屡有发生，很多煤矿灾害一旦发生，井下与井上可能失去一切联系手 段，使救灾效率大打折扣。低频透地通信系统以分层大地作为传播媒质。由于此媒质的信道 特性不受井下灾害事故的影响，该系统被认作是最可靠的应急通信手段，但当前还没有一种 切实有效的透地通信方法，透地通信的效果很不理想。
目前，透地信息获取或信息传输的方法主要有电场、磁场、电磁波和弹性波等多种，但 真正能够满足通信带宽实际需要的只有电磁波和弹性波信道。利用电磁波进行透地信息获取 的探地雷达目前能够探测的最大深度为50米。地层对高频电磁波的高吸收率和地耦合天线制 约了探地雷达的透地深度。与此相比，弹性波可以在地层介质中传播较远的距离，如果使用 弹性波，可以有效增加透地深度，但使用弹性波信号通信的发送和接收装置不容易实现。
普通的扬声器将电能转换成空气声波能量。在透地通信中，因空气介质和大地介质的声 阻抗差别非常大，声波信号能量传递到地层面将不可避免的在界面处产生强反射，大部分能 量无法保真地传输到大地介质中。
因此设计一种高效发送弹性波的扬声器装置对造福社会具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种大地耦合扬声器装置，该装置将电信号变为弹性波方式传输， 能够最大限度地发送信号，提高透地通信系统的效率。
一种大地耦合扬声器装置包括至少一组扬声器单元，该扬声器单元有壳体、电磁线圈、 磁致伸縮棒、永久磁铁及振动压块，磁致伸縮棒竖直设置在壳体内部的中央，其一端固定在 壳体的底部，另一端与振动压块连接，振动压块的前端延伸到壳体外侧；电磁线圈围绕磁致 伸縮棒设置，永久磁铁固定在壳体内部。
上述扬声器单元中壳体为筒状，振动压块的上部为振动盘，下部为连杆，整个振动压块 纵剖面成"T"形，永久磁铁有多个布置在壳体内侧的顶部和底部。
上述扬声器装置有两组扬声器单元，两组扬声器单元关于壳体底面成对称排列。
上述磁致伸縮棒由稀土合金制成。
上述壳体与连杆的间隙处用柔性材料填充，壳体与振动盘的间隙处用柔性材料填充密封。 上述柔性材料为硅基树脂。
上述扬声器装置还包括地层介质坑，振动压块与地层介质坑之间的空隙用与地层介质同 性的填充介质所填充。
上述壳体外壁与地层介质坑之间的空隙用地层介质同性的填充介质或弹性填充材料填充 固定。
上述弹性填充材料为环氧树脂。
本发明的有益效果此扬声器装置利用与地层介质紧密耦合的振动结构实现高效发送地 层弹性波，可以选择弹性波纵波方式传输或横波方式传输。此种与地层介质耦合的扬声器装 置不仅可以最大限度地发送信号，提高透地通信系统的效率，而且还能够提高能量的耦合效 率，降低发射声阻，大大提高声音的保真度，减小因松耦合引起的声波功率谱的非线性改变 和附加噪声。
图1为本发明大地耦合扬声器装置的结构简图； 图2为本发明装置两组扬声器单元纵波工作模式的安装结构图； 图3为本发明装置一组扬声器单元横波工作模式的安装结构图。 下面结合附图对本发明进行详细说明
具体实施例方式
结合图l， 一种大地耦合扬声器装置包括两组扬声器单元，该扬声器单元有壳体4、电磁 线圈2、磁致伸縮棒l、永久磁铁5及振动压块3。壳体4为筒状，振动压块3的上部为振动 盘，下部为连杆，整个振动压块3纵剖面成"T"形，磁致伸縮棒1竖直设置在壳体4内部的 中央，其一端固定在壳体4底部，另一端与振动压块3的连杆连接，振动压块3的振动盘设 置在壳体4外侧，电磁线圈2围绕磁致伸縮棒设置，永久磁铁5有多个布置在壳体4内侧的 顶部和底部。两组扬声器单元关于壳体4底面成对称排列，两部分的壳体4铸造成一体。磁 致伸縮棒1由稀土合金制成，壳体4与振动压块3下部连杆的间隙处用柔性材料硅基树脂6 填充，壳体4与振动盘的间隙处用柔性材料硅基树脂6填充密封。壳体4、永久磁铁5、磁致 伸縮棒1、振动压块3和硅基树脂6构成磁路。在壳体4内侧顶部和底部布置多个永久磁铁5， 用于向磁致伸縮棒1施加静态偏磁场。
结合图2、图3，在上述扬声器装置还包括地层介质坑，振动压块3与地层介质坑之间的 空隙用与地层介质同性的填充介质14所填充，以实现振动的紧密耦合。壳体4外壁与地层介 质坑之间的空隙用与地层同性的填充介质14或环氧树脂固定。固定基板12和固定螺钉15用
于将本装置与地层介质的固定。
此外，在壳体4与振动压块3下部连杆的间隙处用硅基树脂6填充密封，壳体4与振动 压块3上部振动盘的间隙处用硅基树脂6填充密封，确保地层介质细小颗粒和水不会进入壳 体4内部，同时由于硅基树脂6是柔性材料，不会影响磁致伸缩棒1的移位幅度。
固定此大地耦合扬声器装置的方向与使用弹性波信号的振动方向有关，如果使用纵波方 式的弹性波，固定时需要将振动压块3的轴向与信号发送方向一致(如图2);如果使用的是 横波方式的弹性波，固定时需要将振动压块3的轴向与信号发送方向垂直(如图3)。
工作时，当要发送的电流信号通过磁致伸縮棒1周围的电磁线圈2时，电磁线圈2周围 产生相应的磁场，此磁场驱动磁致伸縮棒l产生振动输出，带动与之连接的振动压块3—起 振动，这样就将振动传递到地层介质中并在其中传播。
本发明中，扬声器装置嵌入地层介质中，尽可能的与地层介质包围，扬声器装置的耦合 面为振动压块3的上部振动盘，此举与普通扬声器不同。普通扬声器利用通电线圈产生的磁 场与永久磁铁磁场的相互作用迫使固定在线圈上的金属膜片振动，连接在膜片上的音盆随之 一起振动并传给空气，扬声器就发出声音信号。大地耦合扬声器装置的目的就是去除作为中 间介质的空气，直接将振动信号耦合到地层介质中。
因此选择将电流信号转换成在地层介质中传输的弹性波信号，借助于磁致伸縮棒1的磁 致伸縮效应实现机械振动，并由振动压块3传递给与之接触的地层介质。具体的，当缠绕在 磁致伸縮棒1上的电磁线圈2有电流信号通过时，磁致伸縮棒1的长度就会发生变化，这种 位移变化传给与之固连的振动压块3，振动压块3就会带动与之紧密接触的地层介质一起振 动，这种振动以弹性波的方式在地层中传播。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的 普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于发明的保 护范围。
权利要求
1、一种大地耦合扬声器装置，其特征在于所述扬声器装置包括至少一组扬声器单元，该扬声器单元有壳体、电磁线圈、磁致伸缩棒、永久磁铁及振动压块，磁致伸缩棒竖直设置在壳体内部的中央，其一端固定在壳体的底部，另一端与振动压块连接，振动压块的前端延伸到壳体外侧；电磁线圈围绕磁致伸缩棒设置，永久磁铁固定在壳体内部。
2、 根据权利要求1所述的一种大地耦合扬声器装置，其特征在于所述扬声器单元中壳 体为筒状，振动压块的上部为振动盘，下部为连杆，整个振动压块纵剖面成"T"形，永久磁 铁有多个布置在壳体内侧的顶部和底部。
3、 根据权利要求1或2所述的一种大地耦合扬声器装置，其特征在于所述扬声器装置 有两组扬声器单元，两组扬声器单元关于壳体底面成对称排列。
4、 根据权利要求3所述的一种大地耦合扬声器装置，其特征在于所述磁致伸縮棒由稀 土合金制成。
5、 根据权利要求2所述的一种大地耦合扬声器装置，其特征在于所述壳体与连杆的间 隙处用柔性材料填充，壳体与振动盘的间隙处用柔性材料填充密封。
6、 根据权利要求5所述的一种大地耦合扬声器装置，其特征在于所述柔性材料为硅基 树脂。
7、 根据权利要求3所述的一种大地耦合扬声器装置，其特征在于所述扬声器装置还包 括地层介质坑，振动压块与地层介质坑之间的空隙用与地层介质同性的填充介质所填充。
8、 根据权利要求7所述的一种大地耦合扬声器装置，其特征在于所述壳体外壁与地层 介质坑之间的空隙用地层介质同性的填充介质或弹性填充材料填充固定。
9、 根据权利要求8所述的一种大地耦合扬声器装置，其特征在于所述弹性填充材料为 环氧树脂。
全文摘要
本发明公开一种大地耦合扬声器装置，该装置包括两组扬声器单元，该扬声器单元有壳体、电磁线圈、磁致伸缩棒、永久磁铁及振动压块。壳体为筒状，振动压块的上部为振动盘，下部为连杆，整个振动压块纵剖面成“T”形，磁致伸缩棒竖直设置在壳体内部的中央，其一端固定在壳体底部，另一端与振动压块的连杆连接，振动压块的振动盘设置在壳体外侧，电磁线圈围绕磁致伸缩棒设置，永久磁铁有多个布置在壳体内侧的顶部和底部。两组扬声器单元关于壳体底面成对称排列，两部分的壳体铸造成一体。整个装置嵌入地层中并与地层介质紧密耦合，从而将振动信号更高效地传递给地层介质并在其中传输，增加信号在地层中的传播距离。
文档编号H04R15/00GK101389154SQ20081015822
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者瑜 冯, 宾 刘, 吕文红, 孙红雨, 成志新, 李攀登, 腾 武, 王正杰, 敏 邓, 郝建军, 郭银景 申请人:山东科技大学