一种远距离激光智能爆轰定向音频警示器的制作方法

本申请属于警示设备技术领域，更具体地说，是涉及一种远距离激光智能爆轰定向音频警示器。

背景技术：

在目前的执法现场中，随着低烈度冲突不断增加，光电非杀伤性的武器和设备也大量出现并获得了越来越广泛的应用。在这些光电非杀伤性的设备中，有一种利用高强度声波产生警示作用的电声武器即音频警示器。然而，目前市面上常见的音频警示器一般是火药爆炸产生声波或者电能驱动扬声器产生声音等方式，不但声音的强度较小，声音传播距离较近，且声音传播的角度发散，导致声波的指向性很差。虽然目前市面上有开发出采用压电陶瓷列阵等技术制成的音频警示器能稍稍改善下以上问题，但在这种音频警示器中，由于发声单元模块峰值的理论极限较低，若想达到较好的指向效果，就必须增加列阵面积，导致体积过大，使用不便；同时，即使所有的发声单元都采用多层结构累加以增强震动片，但其最大焦距声强依然不会超过160db，虽然能使较近的有生目标感到难受，但对较远的有生目标震慑力仍然有限，且最强声强聚焦点不超过350米。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种远距离激光智能爆轰定向音频警示器，以解决现有技术中存在的音频警示器声音强度不够，传播距离较近且定向性不好的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种远距离激光智能爆轰定向音频警示器，包括：

壳体，包括钟体和安装板，钟体具有沿轴向一侧敞口的发声内腔，安装板密封盖合发声内腔的敞口，发声内腔呈在沿朝向敞口的轴向上内径逐渐扩大的横置钟形设置；

若干发声单元，发声单元包括合金板，发声单元安装在安装板上；以及，

激光单元，设于钟体上与安装板相对的一端，激光单元产生的激光光束经过发声内腔后照射在发声单元上产生定向声波。

可选地，发声单元的数量为多个，多个发声单元间隔式分布于安装板上，且每一发声单元均与安装板可拆卸密封连接。

可选地，合金板包括设于中部的敲击区和围设在敲击区外围的边缘区，且敲击区的厚度大于边缘区，激光光束照射在敲击区。

可选地，敲击区包括多个供激光光束照射的烧灼区，其中一个烧灼区设于敲击区的中心，其他烧灼区在处于中心的烧灼区的外围沿周向均匀间隔排布。

可选地，激光光束为飞秒脉冲激光光束，激光光束的光斑直径范围为2mm至35mm，合金板呈圆形，合金板的直径大于或者等于激光光束光斑直径的4倍。

可选地，安装板包括前板和后板，后板面向激光单元，前板的外边缘与后板的外边缘均与钟体的敞口外边缘处可拆卸密封连接；

前板上设有与合金板形状一致的第一限位环槽，后板上设有与合金板形状一致的第二限位环槽；合金板的前板面上邻近外边缘处设有第一固定限位齿，合金板的后板面上邻近外边缘处设有第二固定限位齿；

发声单元还包括密封圈，第一固定限位齿与第一限位环槽之间夹设有密封圈，第二固定限位齿与第二限位环槽之间也夹设有密封圈。

可选地，合金板的前板面上邻近外边缘处设有多个第一固定限位齿，且多个第一固定限位齿在沿合金板的厚度方向上呈阶梯排布，每一第一固定限位齿上均嵌置有一个密封圈；

合金板的后板面上邻近外边缘处设有多个第二固定限位齿，且多个第二固定限位齿在沿合金板的厚度方向上呈阶梯排布，每一第二固定限位齿上均嵌置有一个密封圈。

可选地，激光单元包括激光发生器、导光管、振镜组件以及透镜模组；振镜组件包括振镜；

钟体上设有透光窗口，激光发生器发出的入射光束沿光路依次经过导光管、振镜以及透镜模组后形成具有预设光斑直径的激光光束。

可选地，远距离激光智能爆轰定向音频警示器还包括分设于钟体两侧的加碘装置和抽气装置；加碘装置包括伸入发声内腔中的加碘管，抽气装置包括伸入发声内腔中的抽气管。

可选地，发声内腔的内壁上以及安装板朝向激光单元的内板面上涂覆有防腐蚀涂层。

本申请提供的远距离激光智能爆轰定向音频警示器的发声原理如下：激光单元产生的激光光束经过发声内腔后，激光光束依照一定算法，指定照射在合金板中心附近10至20皮秒，以实现单次烧蚀1至2纳米表层金属，产生金属混合等离子云；然后，激光光束进一步用合适的功率照射尚未扩散的等离子云一段时间，例如3飞秒，进而迫使等离子云在光压下聚集提高密度，然后被加热；然后，终止激光照射，此时，高温高压的等离子云会急剧扩散，从而在合金板的靠近发声内腔的一侧产生爆轰作用，进而推动发声单元的合金板震动，以将能量传导至合金板的另一面，最终推动合金板的外侧面表层空气，将能量以纵波的形式对外发射。这种通过高能激光产生高温高压的金属等离子云，进而使等离子云爆轰产生声波的方式，可以在发声单元的表面产生超过220dbd的巨大声音，且经过波束成形后，还可以产生在超过3km的距离上的直射位置处仍能超过190db的声音。这样，利用本远距离激光智能爆轰定向音频警示器提供的在定向方向上产生的很高声强且定向传播距离很远的声波，能够实现超远程音频警示、使用音频信息传递、心理震慑以及人群隔离和驱散等用途，使得本远距离激光智能爆轰定向音频警示器可以广泛应用于海事、武警、军队、消防等多种场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的本远距离激光智能爆轰定向音频警示器的侧面结构示意图；

图2为本申请实施例提供的本远距离激光智能爆轰定向音频警示器中发声单元的后视图；

图3为本申请实施例提供的本远距离激光智能爆轰定向音频警示器中安装板的部分结构示意图；

图4为本申请实施例提供的本远距离激光智能爆轰定向音频警示器中发声单元的侧视图；

图5为图4中a处的放大示意图。

附图标号说明：

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

还需要说明的是，本申请实施例中的左、右、上和下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例提供一种远距离激光智能爆轰定向音频警示器。

请参阅图1、图2和图4，在一实施例中，该远距离激光智能爆轰定向音频警示器包括壳体、若干发声单元200以及激光单元300。其中，壳体包括钟体110和安装板120，钟体110具有沿轴向一侧敞口的发声内腔130，安装板120密封盖合发声内腔130的敞口，发声内腔130呈在沿朝向敞口的轴向上内径逐渐扩大的横置钟形设置；发声单元200包括合金板210，发声单元200安装在安装板120上；激光单元300设于钟体110上与安装板120相对的一端，激光单元300产生的激光光束经过发声内腔130后照射在发声单元200上产生定向声波。

基于此结构设计，在本实施例中，本远距离激光智能爆轰定向音频警示器的发声原理如下：激光单元300产生的激光光束经过发声内腔130后，激光光束依照一定算法，指定照射在合金板210中心附近10至20皮秒，以实现单次烧蚀1至2纳米表层金属，产生金属混合等离子云；然后，激光光束进一步用合适的功率照射尚未扩散的等离子云一段时间，例如3飞秒，进而迫使等离子云在光压下聚集提高密度，然后被加热；然后，终止激光照射，此时，高温高压的等离子云会急剧扩散，从而在合金板210的靠近发声内腔130的一侧产生爆轰作用，进而推动发声单元200的合金板210震动，以将能量传导至合金板210的另一面，最终推动合金板210的外侧面表层空气，将能量以纵波的形式对外发射。这种通过高能激光产生高温高压的金属等离子云，进而使等离子云爆轰产生声波的方式，可以在发声单元200的表面产生超过220dbd的巨大声音，且经过波束成形后，还可以产生在超过3km的距离上的直射位置处仍能超过190db的声音。这样，利用本远距离激光智能爆轰定向音频警示器提供的在定向方向上产生的很高声强且定向传播距离很远的声波，能够实现超远程音频警示、使用音频信息传递、心理震慑以及人群隔离和驱散等用途，使得本远距离激光智能爆轰定向音频警示器可以广泛应用于海事、武警、军队、消防等多种场景。

在此需说明的是，在上述声波产生过程中，激光光束优先采用波长为452.5纳米等易于被合金吸收的激光，当然，于其他实施例中，其他波段的激光也可以，但尽可能不采用合金不易吸收的波长为433.8纳米的激光，用于照射未扩散的等离子云的激光光束的功率可优选为1×107j/cm²。且进一步地，为获得更好的声波指向性，本远距离激光智能爆轰定向音频警示器可在原来的发声单元200直接发声的基础上，优选使用超声波载波技术，这样，利用超声波良好的指向性，进而载波人耳可听声音频波段和超声波频段。

下面简略说明下本远距离激光智能爆轰定向音频警示器在各个行业领域内的应用。例如，本远距离激光智能爆轰定向音频警示器通过很高声强且定向传播距离很远的声波，就可以有效将山区洞穴内隐藏恐怖分子失能或者驱逐，还可以通过算法定位，在安装板120的正对30°锥角范围内的目标无需进行机械调整，而能够在5公里外将非法聚集人群通过声音驱散。本远距离激光智能爆轰定向音频警示器能够利用声波快速震碎3公里处的建筑物及汽车玻璃包括防弹玻璃。本远距离激光智能爆轰定向音频警示器还可以与雷达，望远镜的远距离观察设备联动，达到对直线无遮挡的远方恐怖分子的驱散、失能等震慑作用，也可以利用声波的反射作用，对障碍物后面的敌对人群进行驱散，进而大大降低执法成本，提升执法效率。本远距离激光智能爆轰定向音频警示器可以在恶劣天气环境下，降低功率实现直线内远距离语音通话。此外，利用声波的震动作用，本远距离激光智能爆轰定向音频警示器还能兼顾人工降雨、冰雹引降等。换言之，本远距离激光智能爆轰定向音频警示器不但是一款优秀的军警用设备，还在灭火、搜救、航海、航空等领域有出色表现。

请参阅图1，具体在本实施例中，发声单元200的数量为多个，多个发声单元200间隔式分布于安装板120上，且每一发声单元200均与安装板120可拆卸密封连接。在此，发声内腔130为横置的横置钟形腔室结构，当发声单元200被激光烧灼耗损至一定程度后，就可以将发声单元200从安装板120上拆下来进行更换，而发声单元200与安装板120的密封连接方式，可以有效保持发声内腔130中的近真空环境以及减少声波在警示器背面的传播。于其他实施例中，发声单元200可以只设置一个，但在本实施例中，当发声单元200的数量为多个且多个发声单元200间隔分布时，就有利于制造波束成型，并通过干涉等作用在指定距离的指定点制造最大声压。具体举例来说，在本实施例中，单个发声单元200的外表面处最大产生发声声强可达220db，而经过多单元波束成形后，就可以在3000米的远处形成190db的高声强区域，其响度远超过震撼弹170db强度的100倍，并接近大气对声波能量传递的理论极限值194.7db。换言之，在本申请中，当多块发声单元200同时使用时，就可以通过一束或多束激光依照算法照射，按照一定相差和频率发生，进而达到在指定距离指定地点获取最大干涉效果的目的。

此外，在本实施例中，发声单元200的合金板210优选由锌铝合金制造，进一步可优选含锌量40％和含铝量60％的锌铝合金。然本设计不限于此，于其他实施例中，合金板210还可以选用其他配方的合金制造，但在本实施例中，选用前述优选范围内的锌铝合金，不但可使合金板210更坚固轻便，而且还能获得更好的声学性能，例如锌铝合金的合金板210具有更好的对声音共振的音频性能。当然，合金板210中还可以添加其他成分以提升其物理化学性能，但应注意其含氧量不得超过2％，以避免因过度氧化而造成的性能下降。

进一步地，请参阅图1、图2和图4，在本实施例中，合金板210包括设于中部的敲击区211和围设在敲击区211外围的边缘区212，且敲击区211的厚度大于边缘区212，激光光束照射在敲击区211。具体地，合金板210呈圆形，敲击区211为圆柱体，并优选与边缘区212一体成型，当然，于其他实施例中，合金板210与敲击区211还可以呈其他形状，敲击区211也可以通过螺纹固定或焊接等方式固定在合金板210上。合金板210的边缘区212厚度通常可设为1cm，激光光束照射在敲击区211后，每次爆轰效应时能在激光的光斑位置剥落1-2纳米的金属层，这样，就会损耗加厚的敲击区211，当烧灼导致敲击区211整体厚度与单元厚度一致时，就需要更换发声单元200。

请参阅图1、图2，在本实施例中，敲击区211包括多个供激光光束照射的烧灼区213，其中一个烧灼区213设于敲击区211的中心，其他烧灼区213在处于中心的烧灼区213的外围沿周向均匀间隔排布。具体地，如图2所示，在一个发声单元200的敲击区211中共设有7个圆形的烧灼区213，其中一个烧灼区213位于敲击区211的中心，另外六个烧灼区213围设在周边。在实际使用过程中，激光光束会依照预设的算法依次照射七个烧灼区213。此时，由于激光的脉冲为皮秒和飞秒级，故在很短的时间内，激光就能依次照射完七个烧灼区213，其间隔时间几乎可以不计，这样，就相当于将发声单元200可烧灼区213厚度提升了7倍，能够有效延长合金板210的使用寿命。换言之，通过在具有2cm厚度的敲击区211的合金板210上采用这种花式非固定点照射的方式，就能够使工作的介质厚度达到累计7cm，进而实现指向灵敏连续发声。例如，当声波以2000赫兹的典型频率发出时，本远距离激光智能爆轰定向音频警示器能够持续全功率发出正常音频9.72小时；若采用超声波载波技术发声，如采用60000hz载波时，本远距离激光智能爆轰定向音频警示器可以持续全功率发出载波音频0.32小时。因此，在实际工作中，本远距离激光智能爆轰定向音频警示器就可以采用低功率搭配点动式工作方式，使得警示器的实际工作时间超过一周，并可以在低尘环境凭借简易基础工具快速更换金属板，实现连续工作。此外，本远距离激光智能爆轰定向音频警示器在三公里外震碎目标防弹玻璃仅需持续工作3秒，如果不是用峰值只持续工作，发声单元200的寿命还可以进一步延长3倍。此时，由于语音传输效率不足20％，且如此巨大的声音作用于目标，故就仅需1秒就可以使其失能，对抗意志崩溃。

进一步地，在本实施例中，为获得更好的频谱动态相应，激光光束优选为飞秒脉冲激光光束，激光光束的光斑直径范围为2mm至35mm，当然，也可以依据型号不同和工作模式的需求而改变光斑大小；合金板210呈圆形，合金板210的直径大于或者等于激光光束光斑直径的4倍，敲击区211的直径优选为光斑直径的三倍。这样，合金板210的面积就远远大于激光光斑的面积，可用于防止局部过快烧蚀导致音准失准，并防止发生功能变化。具体的，在激光单元300中，可经过反射和聚焦后生成直径为5mm光斑的激光光束，最大光斑功率密度为大于1×10⁸j/cm²。

请参阅图1、图3和图4，在本实施例中，安装板120包括前板121和后板122，后板122面向激光单元300，前板121的外边缘与后板122的外边缘均与钟体110的敞口外边缘处可拆卸密封连接；前板121上设有与合金板210形状一致的第一限位环槽121a，后板122上设有与合金板210形状一致的第二限位环槽122a；合金板210的前板121面上邻近外边缘处设有第一固定限位齿211，合金板210的后板122面上邻近外边缘处设有第二固定限位齿212；发声单元200还包括密封圈220，第一固定限位齿211与第一限位环槽121a之间夹设有密封圈220，第二固定限位齿212与第二限位环槽122a之间也夹设有密封圈220。可以理解，在设置这些限位环槽、固定限位齿以及密封圈220后，就能使得发声单元200能够密封安装在安装板120上，发声内腔130保持接近真空的状态。当然，前板121和后板122与钟体110的敞口边缘也是密封连接，且在合金板210的正面有缓冲材料密封，因此在设备的背面，噪声不超过60db，对使用者的听力及生理均无损伤。具体来说，第一固定限位齿211用于咬合密封圈220与前板121，第二固定限位齿212用于咬合密封圈220与后板122，从而实现前板121和后板122对发声单元200的定位夹持作用，两固定限位齿均还可用于固定密封圈220防止移位。而密封圈220兼具气闭性和缓冲性，可维持发声内腔130中接近真空，进而能有效阻尼能量由发声单元200传递至设备面板。

此外，前板121优先采用高阻尼材料制造，其外表面经过防腐蚀处理，以防止自然环境或使用环境的腐蚀，前板121主要为固定结构，可以防止板和发声单元200脱落，还可以设有螺纹、卡扣，快拆扳手等结构方便快捷拆卸维护更换发声单元200。后板122为固定加强支撑结构，并优选与钟体110一体成型，后板122和钟体110均优选采用高阻尼高强度材料，当然也可以使用加强筋或其他支撑结构增强其结构强度。前板121和后板122中间腔室平时应维持负压真空状态。前板121和后板122的材料强度均应足以支撑结构重力和板两侧1500百帕均匀压差。

请参阅图4和图5，在本实施例中，合金板210的前板121面上邻近外边缘处设有多个第一固定限位齿211，且多个第一固定限位齿211在沿合金板210的厚度方向上呈阶梯排布，每一第一固定限位齿211上均嵌置有一个密封圈220；合金板210的后板122面上邻近外边缘处设有多个第二固定限位齿212，且多个第二固定限位齿212在沿合金板210的厚度方向上呈阶梯排布，每一第二固定限位齿212上均嵌置有一个密封圈220。可以理解，这种多个固定限位齿和密封圈220均呈错开的阶梯状分布时，就可以形成迷宫式的防泄漏回路，可有效保持腔内的近真空环境；此外，该设置还可以将密封圈220的受力面积分散开来，并增大咬合面积，这样，就可以防止高速振动时，因密封圈220脱落而造成的密封不良。

请参阅图1，具体在本实施例中，激光单元300包括激光发生器310、导光管320、振镜330组件以及透镜模组340；振镜330组件包括振镜330；钟体110上设有透光窗口，激光发生器310发出的入射光束沿光路依次经过导光管320、振镜330以及透镜模组340后形成具有预设光斑直径的激光光束，然后，该激光光束透过透光窗口而射向发声单元200。在此，激光发生器310优选采用商用高能脉冲激光发生器310，能产生飞秒和皮秒激光脉冲，其额定发射功率可选500w，可采用单路或多路激光输入方式。导光管320可以采用真空管，透镜模组340可以数字调控。激光单元300还包括包含控制响应算法的驱动供电设备350、硅晶振镜芯片及驱动360、振镜330及附属驱动电路、透镜的冷却模块以及激光发生器310附带的冷却装置。在此，由于高能激光照射在振镜330和透镜上的热量很多，故透镜的冷却模块优选采用液冷等大功率强制制冷散热设备，而激光发生器310附带的冷却装置则可优选主动气冷装置，当然，于其他实施例中，也不排除其他冷却方案。其中，振镜330与透镜模组340可在对应的驱动装置驱动下一起偏转并聚焦激光光斑准确照射到敲击区211各个指定的烧灼区213。

进一步地，请参阅图1，在本实施例中，远距离激光智能爆轰定向音频警示器还包括分设于钟体110两侧的加碘装置400和抽气装置500；加碘装置400包括伸入发声内腔130中的加碘管410，抽气装置500包括伸入发声内腔130中的抽气管510。具体地，加碘装置400包括碘蒸气器发生器和加碘管410，钟体110上开设有可供加碘管410通过的贯通孔，且孔内壁经过防碘腐蚀工艺处理；碘蒸气发生器420通过真空加热产生碘蒸气并将碘蒸气通过输气管输送至发声内腔130中。这些碘蒸气主要用于吸收金属等离子气体，维持发声内腔130中的高通光率和透光窗口不被金属沉积物污染，防止降低通光率；通常，碘核计量略大于金属发声单元200最长使用寿命，而且碘蒸气发生器420为模块化设计，可在发声单元200需更换时一起更换。当然，在内部混合碘蒸汽的环境下，其爆轰作用是在原变化的基础上进一步结合化学能放热产生的能量，从而可增加对发声单元200的推动能力，增强本远距离激光智能爆轰定向音频警示器的发声性能。

在钟体110的下部也设有多个可供抽气管510伸入的贯通孔，抽气装置500可通过抽气管510抽取或补充前板121与后板122两层面之间以及发声内腔130中的空气，通常是在安装板120安装后抽气，而在拆卸前与大气相通。此外，抽气装置500的外部管线中设有过滤装置，用于吸收碘蒸气及碘化物。

最后需说明的是，在本实施例中，发声内腔130的内壁上以及安装板120朝向激光单元300的内板面上涂覆有防腐蚀涂层，以防止碘蒸气腐蚀，在钟体110外还可以采用外壳等手段来实现美观和防止环境及使用损伤腐蚀的功能。例如，在后板122的内表面就可以涂覆特氟龙等耐腐蚀涂层，以用于隔绝碘蒸汽的腐蚀影响。此外，在本申请中，除了前述部件之外，还包括主控伺服单元600以及用于连接各部件的数据线及供能电线。主控伺服单元600包含测距定位算法，可以实现对各个部件的智能化控制，且在本实施例中，优先采用触屏控制并设有按键备用。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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