Skaņas sensori kā ierīces, kas pārvērš akustiskos signālus elektriskos signālos, atrod plašu pielietojumu rūpnieciskajā automatizācijā, viedās mājās, medicīniskajā diagnostikā un citās jomās. Pamatojoties uz to darbības principiem un noteikšanas mērķiem, skaņas sensorus galvenokārt iedala šādās kategorijās:
I. Pjezoelektriskie sensori
Pjezoelektriskie skaņas sensori izmanto tādu materiālu īpašības kā kvarcs un keramika. Kad akustiskais spiediens iedarbojas uz materiāla virsmu, tas izraisa elektriskās lādiņa izmaiņas, tādējādi radot elektrisku signālu. Šie sensori piedāvā augstu jutību un plašu frekvences reakciju ar tipiskiem lietojumiem, tostarp:
1. Mikrofoni:Elektrēta kondensatora mikrofoni (ECM) izmanto polarizētu elektreta plēvi kā diafragmu, piedāvājot zemas izmaksas un kompaktu izmēru, padarot tos plaši izmantotus plaša patēriņa elektronikā. MEMS mikrofonos ir integrētas miniatūras kapacitatīvās struktūras, izmantojot pusvadītāju procesus, un tiem ir spēcīgas pret-traucējumu iespējas un lieliska konsekvence, kas parasti sastopama viedtālruņos.
2. Ultraskaņas sensori:Parasti tie darbojas virs 20 kHz, un tie izmanto pjezoelektrisko keramiku, lai pārraidītu un uztvertu ultraskaņas viļņus, kas ir piemēroti tādiem lietojumiem kā attāluma mērīšana (piemēram, parkošanās sensori) un plūsmas noteikšana. Medicīniskajās ultraskaņas attēlveidošanas iekārtās sakārtoti pjezoelektriskie sensori sasniedz milimetru{4}}līmeņa izšķirtspēju.
II. Uz elektromagnētiskās indukcijas{1}}balstīti sensori
Tie rada elektriskos signālus, mainot magnētisko lauku, galvenokārt tostarp:
1. Kustīgie -spoles mikrofoni:Skaņas viļņi virza spoli vibrēt pastāvīgā magnētiskajā laukā, sagriežot magnētiskās plūsmas līnijas, lai radītu strāvu. To plašais dinamiskais diapazons padara tos par parastu izvēli profesionālai ierakstīšanas iekārtai.
2. Elektromagnētiskie uztvērēji:Spoles noņēmēji, ko izmanto tādos instrumentos kā ģitāras, maina magnētiskā lauka stiprumu, izmantojot vibrējošas metāla stīgas, lai izvadītu audio signālus.
III. Optiskie skaņas sensori
Izmantojiet bezkontakta noteikšanas tehnoloģijas, piemēram:
1. Lāzera vibrometri:Mēriet virsmas vibrācijas, izmantojot Doplera efektu, kas piemērots augstas{0}}temperatūras vai spēcīgu elektromagnētisko traucējumu vidēm. Izmanto rūpnieciski, lai noteiktu neparastus akustiskus viļņus, ko izraisa mehāniski bojājumi.
2. Optiskās šķiedras akustiskie sensori:Izmantojiet īpašību, ka skaņas viļņi maina optisko šķiedru refrakcijas indeksu, nodrošinot izkliedētu akustisko uzraudzību. Šī tehnoloģija tiek izmantota naftas cauruļvadu noplūdes noteikšanai.
IV. Kapacitatīvie skaņas sensori
Skaņas viļņi, kas sastāv no kustīgas plāksnes un fiksētas plāksnes, kas veido kapacitatīvu struktūru, maina plākšņu atstatumu, tādējādi mainot kapacitātes vērtību. MEMS mikrofoni pieder šai kategorijai, un to signāla -pret{2}}trokšņu attiecība pārsniedz 70 dB. Cits veids, silīcija mikrokapacitatīvais mikrofons, izmanto pusvadītāju procesus, lai izgatavotu miniatūras gaisa dobumus, padarot to piemērotu medicīniskām auskulācijas ierīcēm.
V. Rezistīvie skaņas sensori
Klasisks piemērs ir oglekļa-granulu mikrofoni. Skaņas spiediens maina oglekļa granulu kontakta pretestību, tādējādi modulējot strāvu. Lai gan tiem piemīt sliktas frekvences reakcijas īpašības, to vienkāršā struktūra un zemās izmaksas ļāva tos plaši izmantot agrīnajos tālruņos.
VI. Jauni viedie sensori
Tehnoloģiskie sasniegumi ir noveduši pie hibrīdu sensoru rašanās, kas integrē vairākas tehnoloģijas:
1. AI balss nospiedumu atpazīšanas moduļi:Integrējot DSP mikroshēmas un dziļās mācīšanās algoritmus, tie reāllaikā analizē viedo drošības sistēmu specifiskus balss nospiedumu raksturlielumus. Baidu AI Open Platform nodrošinātie akustiskie modeļi sasniedz 98% precizitāti.
2. Vairāku-parametru vides sensori:Vienlaicīgi nosaka skaņu, temperatūru, mitrumu un citus parametrus. Kā piemērus var minēt trokšņu uzraudzības termināļus viedpilsētās, kas, izmantojot 4G tīklus, augšupielādē decibelu datus mākoņa platformās.
Lietojumprogrammas scenāriju salīdzinājums
| Sensora tips | Jutīgums | Izmaksas | Tipiski pielietojuma scenāriji |
| MEMS mikrofons | Augsts | Zems | Viedtālruņi, viedie skaļruņi |
| Dinamiskais mikrofons | Vidus | Vidus | Skatuves izrādes, raidījumu ieraksti |
| Ultraskaņas sensors | Ārkārtīgi augsts | salīdzinoši augsts | Medicīniskā ultrasonogrāfija, rūpnieciskā nesagraujošā -testēšana |
| Šķiedru{0}}optiskais akustiskais sensors | Ārkārtīgi augsts | Augsts | Naftas un gāzes cauruļvadu monitorings, robežu aizsardzības agrīnā brīdināšana |
Tehnoloģiju attīstības tendences
1. Miniaturizācija un integrācija:Ražotāji, piemēram, TSMC, ir ieviesuši MEMS mikrofonu mikroshēmas 3 mm × 2 mm iepakojumos, nodrošinot sensoru un procesoru integrācijas iespējas nākotnē.
2. AI pilnvarošana:Tādi ietvari kā Baidu PaddlePaddle atbalsta malas{0}}akustiskā modeļa izvietošana, kas nodrošina sensorus ar malu skaitļošanas iespējām. Piemēram, zīdaiņu raudu detektori var lokāli analizēt akustiskās spektrālās īpašības 200 ms laikā.
3. Paš-barošanas tehnoloģija:Uzņēmuma Georgia Tech pjezoelektriskie{0}}triboelektriskie hibrīda sensori izmanto vides vibrācijas enerģiju, padarot tos ideāli piemērotus IoT mezglu ierīcēm.
Izvēloties skaņas sensorus, vispusīgi novērtējiet parametrus, tostarp frekvenču diapazonu (cilvēka dzirdes diapazons ir 20 Hz-20 kHz), jutību (dB/V) un signāla -trokšņa attiecību. Rūpnieciskiem lietojumiem papildus jāpievērš uzmanība aizsardzības klasei (piemēram, IP67 putekļu un ūdens izturība) un temperatūras pielāgošanās spējai (darba diapazons no -40 līdz 85 grādiem). Līdz ar 5G un AIoT tehnoloģiju izplatību skaņas sensori attīstās no vienkāršas signāla iegūšanas līdz viedām uztveres sistēmām.