CN107389178A - 声学传感器 - Google Patents

Abstract

提出一种声学传感器，所述声学传感器具有：能置于振动的层序列(10)，以及至少一个探测元件(20)，所述探测元件与层序列(10)机械接触，并且所述探测元件设计为用于：将振动转换为电信号，其中层序列(10)是发射辐射的层序列。

Description

声学传感器

技术领域

提出一种声学传感器和一种发射辐射的层序列在声学传感器中的应用。

背景技术

为了能够实现匹配于背景声响的光控制，迄今为止使用发光机构，所述发光机构构造有附加的、外部的传感器和属于其的电子装置。

发明内容

本申请的目的是，提出一种改进声学传感器的解决方案。所述目的通过根据本发明的声学传感器来实现。有利的设计方案和改进方案是下面描述的主题。

提出一种声学传感器，所述声学传感器具有可置于振动的层序列以及至少一个探测元件，所述探测元件与层序列机械接触，并且所述探测元件设计为用于：将振动转换为电信号，其中层序列是发射辐射的层序列。

在此和在下文中，将“可置于振动”理解为：层序列由于外部的力作用具有时间上可变的弯曲和/或长度变化。力作用能够包括声波、即层序列周围环境的压力波动，但是也能够包括固体声波。振动也能够包括固体声波。

层序列包括至少两个上下重叠设置的层并且具有平行于层的上侧和下侧，所述上侧和下侧下面称作“表面”。此外，层序列具有垂直于或尽可能垂直于层的侧边缘，所述侧边缘下面称作“侧面”。

在此和在下文中，关于层序列的“发射辐射”表示下述电磁辐射的发射：所述电磁辐射的波长能够位于光谱的可见的或不可见的范围中、也位于红外和紫外范围中。在此和在下文中，电磁辐射也称作光。因此，层序列具有两个表面，其中至少一个表面是发射面。因此，对于外部的观察者而言，层序列通过其两个表面中的至少一个表面发射辐射。层序列也能够透明地构成，使得辐射穿过两个表面发射，即所述层序列具有两个发射面。

在此和在下文中，将“机械接触”理解为直接的和间接的机械接触。与层序列机械接触的探测元件能够具有与层序列的碰触点或碰触面，使得层序列的表面或侧面的通过层序列的弯曲产生的长度和/或位置改变能够作为压力变化或运动被探测。

因此，层序列同时用作用于声波(包含固体声波)的、用于接收声响的传感器膜并且用作用于发射光的辐射源。因此，两种功能、即辐射发射和探测声波集成在声学传感器中，使得所述功能能够可靠地共同工作，而不必安装附加的外部仪器。尤其，不必安置另外的附加的传感器，以便能够实现匹配于声学效果操纵辐射源。因此，对用于发射辐射的层序列的操纵也能够在没有延时和没有附加地安置外部的传感器的条件下进行。因此，声学传感器是发射辐射的声学传感器，借助所述声学传感器能够与背景声响(包含固体声音)匹配地产生光。

因此，直接通过声音操纵在声学传感器中的发射辐射的层序列并且例如发射的辐射的亮度或强度能够改变，在分区段的层序列中，不同的区段能交替地发光，并且当层序列颜色可调地构成时，与之相应地，发射的辐射的颜色、即波长改变。这些功能的组合也是可行的。

在声学传感器中的层序列也能够通过音乐、例如在特定的频率范围中的低音节奏来操纵。因此，例如根据频率范围能够改变发射的辐射的强度和/或波长。

根据一个实施方式，层序列能够在至少两个侧面上具有固定元件，层序列在所述固定元件之间振动地安装。固定元件将层序列在至少两个侧面处固定，使得层序列能够由于声音作用而置于振动，并且同时能够实现层序列的导电连接，以至于能够实现对所述层序列的控制。

为了通过固定元件固定层序列，层序列例如能够具有边缘区域、尤其不发射辐射的边缘区域，所述边缘区域分别具有至少一个穿孔。通过穿孔，层序列能够与固定元件用螺丝连接。替选地，层序列能够具有边缘区域，所述边缘区域与固定元件粘结。

为了层序列的导电连接，在层序列上和在固定元件上还存在电接口。例如能够为各一个探测元件设有两个接口和为层序列设有至少两个接口。如果发射辐射的层序列是颜色可调的，那么也能够为层序列设有更多的、例如四个接口。

导电连接装置能够非刚性地、即柔性地构成。因此，层序列的振动不减缓并且能够不变地被探测。替选地，作为导电连接装置能够存在曲折状印刷的导线。

通过在固定元件之间振动地安装层序列，所述层序列例如能够通过声波置于振动，所述振动又能够由探测元件接收。

根据一个实施方式，至少一个固定元件能够包括探测元件。固定元件能够是探测元件。所述固定元件那么兼有固定层序列和探测层序列的振动的功能。

层序列通过探测元件的固定能够与层序列通过固定元件的固定类似地进行。此外，同时具有固定元件的功能的探测元件也具有用于电接触层序列的电接口，与固定元件的电接口类似。

根据一个实施方式，两个固定元件能够是探测元件。根据另一实施方式，层序列能够在所有侧面上具有固定元件，其中所有固定元件是探测元件。如果层序列固定在两个或更多个探测元件之间，那么能够提高振动的探测的灵敏度，因为从探测的振动中得到的电信号相加。

此外，声学传感器能够具有设置在层序列旁边的另外的可置于振动的层序列，其中在层序列之间设置有探测元件作为固定元件。在此和在下文中，“旁边”表示，层序列具有相对置的侧面，但是不具有相对置的表面。即如果两个层序列并排设置，那么在所述层序列之间能够存在探测元件作为固定元件，所述探测元件将每个层序列在其侧面处固定。层序列还由另外的固定元件在其各另外的、不相对置的侧面处固定，使得层序列振动地安装。另外的固定元件能够包括探测元件或构成为探测元件。因此，根据所述实施方式，两个或更多个层序列能够彼此排列成行，基于探测的声波能够相同地或不同地操纵所述层序列。因此可能的是，基于声音作用在声学传感器之内产生不同波长或强度的辐射。

因此，层序列的直接的单独的动作表现也是可能的，即使声学传感器具有多个并排设置的层序列时也如此。如果在声学传感器中存在多个并排设置的层序列，那么所述层序列具有自给自足的安置和功能，然而能够同时操纵所述层序列。

此外，探测元件能够面状地设置在层序列的表面的子区域上。在此，层序列能够在至少两个侧面上具有固定元件，层序列在所述固定元件之间振动地安装。在此情况下，探测元件能够层状地构成。在此和在下文中，“子区域”理解为例如小于层序列的表面的30％的区域。子区域能够在层序列的下述表面上存在：所述表面与层序列的发射面相对置。如果层序列透明地构成，那么探测元件能够小地和/或薄地构成，使得所述探测元件在此情况下对于外部的观察者而言不感受为发光面的中断。

根据另一实施方式，层序列能够具有发射面，并且探测元件设置在层序列的背离层序列的发射面的表面上。因此，用于固定层序列的固定元件不是必需的。更确切地说，探测元件层状地成形进而作为层集成在层序列上。在此情况下，探测元件能够具有用于层序列的支撑功能，其中尽管如此层序列可置于振动。探测元件能够尽可能地、例如大于80％地覆盖层序列的表面。当层序列置于振动时，集成到层序列中的探测元件能够将弯曲和/或长度改变作为压力、拉力或运动接收并且转换为电信号。

探测元件能够包括压电陶瓷和/或压电薄膜。压电陶瓷例如能够包括钛酸钡或锆酸盐。压电薄膜例如能够包括聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜。探测元件、尤其压电陶瓷能够根据声学传感器的实施方式层状地成形或具有固定元件的形式，层序列在其侧面处能够借助所述固定元件固定。压电陶瓷能够将振动作为压力接收并且转换为电信号，所述电信号能够位于mV范围中。探测元件能够具有例如2mm的厚度。

根据另一实施方式，探测元件能够包括振动体和磁体。振动体能够包括线圈。在本实施方式中，振动体或者磁体能够面状地设置在层序列的背离层序列的发射面的表面上。如果层序列由于声波置于振动，那么振动体或磁体也置于振动进而移动到磁体或振动体的线圈中，这存在于振动体或磁体的边缘区域上。通过振动体相对于磁体的所述运动，感生出电压、即电信号。

层序列能够具有如下厚度：所述厚度例如选自包含0.1mm至包含0.2mm的范围中。这种厚度的层序列能够良好地通过声波置于振动。

声学传感器的层序列能够包括光电子器件，所述光电子器件选自发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)。

如果光电子器件是LED，那么所述光电子器件包括具有有源区域的无机层堆，所述有源区域发射辐射。附加地，存在用于电接合器件的接触部。层序列还能够包括柔性的基板，在所述基板上施加有LED。柔性的基板能够具有比LED本身更大的面积。两个或更多个LED能够施加在柔性的基板上。LED例如能够焊接在柔性的基板上。柔性的基板的材料能够包括聚酰亚胺。LED的面积例如能够是0.2mm×0.2mm。柔性的基板的面能够是正方形的或矩形的并且例如包括3cm×3cm直至13cm×13cm或例如5cm×15cm的尺寸。至少一个LED的电接触能够经由柔性的基板进行，例如通过铜线蒸镀到柔性的基板上的方式进行。柔性的基板能够具有如下厚度，所述厚度位于包含25μm至包含70μm的范围中。尤其，柔性的基板能够具有25μm、50μm或70μm的厚度。但是，柔性的基板在下述情况下也能够具有小于1mm的厚度：柔性的基板的材料在这种厚度下还是柔性的。

如果光电子器件是OLED，那么所述光电子器件包括至少两个层，所述层包含有机材料并且所述层包括复合区，所述复合区发射辐射。如果OLED颜色可调地构成，那么不同的复合区能够并排地或上下重叠地设置，所述复合区是可单独操纵的。此外，存在两个电极层，用于电接合OLED。OLED能够透明地构成，使得所述OLED是顶部和底部发射的，即穿过两个表面发射辐射。替选地，OLED的仅一个电极层能够透明地构成，使得OLED是顶部或底部发射的，即仅通过层序列的一个表面发射辐射。OLED能够具有例如3cm×3cm大的面积。更大的OLED面积也是可考虑的，例如具有30cm×10cm的面积的OLED。尤其，光电子器件能够是柔性的OLED。

因此，OLED或LED能够用作光源和同时用作用于在声学传感器中的声响的传感器膜。不必安置其他的附加的传感器，以便能够与声学效果匹配地实现OLED或LED的操纵。如果在声学传感器中存在多个并排设置的层序列，那么能够单个地操纵每个OLED或LED，而没有延时和不用附加地安置外部的传感器。例如也在具有数百个OLED或LED的光壁中，每个单个的OLED或LED的直接的单独的动作表现是可能的。因此，能够借助于声学操纵实现光显示。

通过声学地操纵在声学传感器中的OLED或LED，也能够通过声响、例如拍手声或两次拍手声实现接通。声控也是可能的，借助所述声控能够有针对性地控制发射的辐射的波长或发射的辐射的波长的变换。借助于声控，声学传感器例如能够根据指令发射蓝光、白光、交替地彩色光、较亮的光或较暗的光。此外，能够通过音乐进行控制，例如在音乐会或戏剧表演中，例如通过低音节奏或音乐的音量进行。当区分有效声响和干扰声响时，声学传感器还能够用于监控功能，例如在智能家居中。例如，OLED或LED能够在干扰声响下保持为暗的，进而用于无光的空间监控，接通或以特定的颜色或特定的波长范围闪烁。声学传感器也能够结合到织物和其他材料和复合材料中。声学传感器也能够完全地或部分地嵌入到液体中、例如嵌入到水中，进而例如能够实现水下照明，所述水下照明对水下的声学信号作出反应。

声学传感器还能够具有微处理器，所述微处理器与探测元件导电地连接并且处理电信号，并且还具有驱动器，所述驱动器与微处理器导电地连接并且接收经过处理的信号，其中层序列的辐射发射可借助驱动器控制。因此，微处理器能够评估和过滤电信号，探测元件将所述电信号传导到微处理器。例如，能够将干扰声响和有效声响彼此区分或能够滤出次声波和超声波。将相应的指令、例如接通照明装置、提高亮度或改变颜色转发到驱动器上，所述驱动器相应地控制层序列。因此，微处理器包含评估或过滤逻辑电路。微处理器例如能够经由程序控制，借助所述程序能够选择不同的运行模式。

声学传感器还能够具有多个并排设置的层序列，其中至少一个层序列与至少一个探测元件机械接触。

根据一个实施方式，仅一个层序列能够与至少一个探测元件机械接触。所述层序列例如能够居中地设置在其他层序列之间。探测到的振动和转换的电信号能够转发到微处理器上并且由驱动器接收，所述驱动器又控制所有层序列。因此，例如能够在声学传感器中构造OLED矩阵，其中仅一个OLED构成为传感器膜。

根据另一实施方式，所有层序列能够分别与至少一个探测元件机械接触。在此，能够为OLED矩阵，其中每个OLED能够通过声波置于振动，并且每个OLED的振动由探测元件探测。因此，例如能够确定声源的方向进而发出源位置相关的光放射。动态声压的测量能够用于发射的辐射的亮度调制或匹配。此外，能够光学地借助于例如OLED的亮度、闪烁频率或发射波长示出局部声源或机械振动。因此，例如在生产设施中产生的声响或机械声响也能够被探测并且可见，进而有助于更好的功能监控。

还提出声学传感器用于声控地发射电磁辐射的应用。在此，层序列通过声波、例如声响、拍手声、说话声或音乐置于振动。振动由探测元件转换为电信号。此外，电信号经由导电连接装置转发到微处理器上，所述微处理器过滤和评估信号。这样被处理的、包括用于辐射发射的指令的电信号经由导电连接装置转发到驱动器上。所述驱动器于是经由导电连接装置、经由调整供电控制层序列的辐射发射，所述层序列能够包括LED或OLED。因此，与进行触发的声波相关地控制层序列，使得例如辐射发射开始，即接通照明装置，或者改变辐射的波长、即例如亮度和/或颜色。

关于声学传感器公开的所有特征也适用于所述声学传感器用于声控地发射电磁辐射的应用。反之，关于声学传感器的应用公开的特征也适用于声学传感器。

此外，提出发射辐射的层序列作为可置于振动的层序列在声学传感器中的应用。发射辐射的层序列的特征能够在于可置于振动的层序列的关于声学传感器公开的特征。尤其，发射辐射的层序列能够包括光电子器件，所述光电子器件选自LED和OLED。使用发射辐射的层序列的声学传感器的特征能够在于上文关于声学传感器提到的特征。

发射辐射的层序列的作为可置于振动的层序列在声学传感器中的应用引起发射辐射和探测器件中的声波的功能的集成，而不用安置附加的传感器。因此，发射辐射的层序列用作在声学传感器中的传感器膜。因此，能够实现对声学传感器中的辐射源的声学操纵。

附图说明

在下文中，根据实施例和所属的附图详细阐述在此所描述的声学传感器和其应用。

图1至5示出声学传感器的实施例的示意侧视图；

图6示出用于声学传感器的功能的示意图表。

相同的、同类的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中示出的元件彼此间的大小关系不视为合乎比例的。更确切地说，为了更好的可视性和/或为了更好的理解，能够夸大地示出个别元件。

具体实施方式

图1示出声学传感器的一个实施例的示意侧视图。层序列10振动地安装在两个探测元件20之间，所述探测元件同时用作固定元件。在本实例中，探测元件20包含压电陶瓷。层序列10具有表面101和侧面102。辐射发射能够经由一个表面或两个表面101进行，而层序列10的固定经由其侧面102进行。固定能够经由层序列10与探测元件20的螺丝连接或粘结连接进行。

探测元件20(在此仅示出一个)借助于非刚性的电连接装置400与在下游接入的电子装置450连接。电子装置450在此包括微处理器以及用于操纵层序列10的辐射发射的驱动器。此外，示意地示出声波50，所述声波将层序列10置于振动并且造成层序列10的长度或位置改变，所述长度或位置改变由探测元件20作为压力感觉到并且转换为电信号。因此，经由电连接装置400将探测元件20发出的电信号转发到微处理器和驱动器上，然后将驱动器的指令传导到层序列10上，以便控制从层序列10发射辐射。

层序列10能够是OLED、尤其柔性的OLED，或者是LED。层序列10也能够包括多个并排设置的LED，所述LED共同地设置在柔性的基板上。

图2示出声学传感器的另一实施例，其中探测元件20层状地整面地安置在层序列10的表面101上，更确切地说安置在层序列10的非发射面的表面101上。在此，因此，层序列10并非振动地安装在固定元件之间，而是探测层20集成到层序列中。电信号又经由电导线400转发到电子装置450上并且如关于图1所描述那样被处理。声波50引起层序列10的时间上可变的弯曲。

探测元件20能够包括压电陶瓷和/或压电薄膜，所述压电陶瓷和/或压电薄膜将弯曲和/或固体声音作为压力或拉力接收并且转换为电信号。替选地，探测元件20能够包括振动体和磁体，其中振动体或磁体中的一个通过层序列10的弯曲置于运动并且振动体相对于磁体的相对运动产生电信号。

图3示出声学传感器的另一实施例的示意侧视图。

为了概览性，在此和在下面的附图中不再示出电导线400和电子装置450。

在本实施例中，层序列10、例如具有0.1mm至0.2mm的厚度和3cm×3cm的面积的柔性的OLED在其侧面102上夹入两个探测元件20之间，所述探测元件分别包括压电陶瓷。替选地，固定元件中的仅一个固定元件也能够同时是探测元件20或者层序列10的所有侧面102具有探测元件20(在此未示出)。到达层序列10的表面101的声波50在层序列10中、例如在柔性的OLED中产生振动，所述振动由探测元件20转换为电压信号。

处理电压信号进而控制层序列10的辐射发射。辐射发射能够通过层序列的一个或两个表面101进行。

图4示出声学传感器的另一实施例的示意侧视图。在此，能看到两个层序列10，所述层序列并排地、即以侧面102相对置的方式设置。在所述层序列之间存在探测元件20，所述探测元件固定层序列10的各一个侧面102。各另一侧面102由固定元件30固定。替选地，一个或两个固定元件30也能够构成为探测元件20(在此未示出)。因此，包含压电陶瓷的探测元件20位于两个层序列10、例如柔性的OLED之间。到达柔性的OLED的表面的声波50产生层序列10的振动进而长度改变，所述振动和长度改变由包含压电陶瓷的探测元件20转换为电压信号。根据本实施例，在声学传感器中多个层序列10、例如多个OLED能够彼此排列成行。

处理电压信号进而控制层序列10的辐射发射。辐射发射能够通过层序列的一个或两个表面101进行。

图5示出声学传感器的另一实施例的示意侧视图。层序列10在其侧面102处振动地夹入两个固定元件30之间。探测元件20成形为层并且施加在层序列10的表面101的子区域上。层序列10例如是柔性的OLED并且探测元件20施加在柔性的OLED的基板上。探测元件20例如具有2mm的厚度。因此，柔性的OLED的辐射发射通过在OLED的与探测元件20相对置的一侧上的表面101进行。但是也可考虑两侧的发射。探测元件20能够面状地施加在层序列10上，接收层序列10的通过声音50产生的弯曲并且将其转换为电压信号。

图6示出声学传感器的工作方式的略图。声波50在第一步骤A)中通过可置于振动的层序列10、例如OLED或LED识别，也就是说所述声波将层序列10置于振动。声波50例如能够是声响，例如拍手声、说话声或音乐。由层序列10接收的声波50由探测元件20转换为电信号，所述电信号在步骤B)中被转发给微处理器。微处理器对信号进行评估和过滤信号，其中所述微处理器例如将干扰声响和有效声响彼此区分。将相应的指令在步骤C)中转发到驱动器上，所述驱动器控制层序列10、例如OLED或LED。控制通过调节用于层序列10的电流进行，所述层序列在步骤D)中相应地发光、不发光、闪烁或改变颜色。

例如，层序列10的控制能够通过借助简单指令的语音控制进行，例如“蓝色”用于蓝光、“白色”用于白光、“随机”用于持续的颜色变换、“亮”用于更亮的光、“暗”用于更暗的光。根据指令能够相应地控制LED和OLED。层序列的控制也还能够通过音乐进行，例如LED或OLED能够借助发射的辐射的特定的波长范围对低音节奏作出反应，在音乐较大声时较亮地发光，在声调低时例如发蓝光，在声调高时发黄光。

因此，OLED或LED通过声学信号直接控制，其中在下游接入的过滤器逻辑电路能够在干扰声响和有效声响之间进行区分，例如也能够滤出次声波和超声波或者能够从中产生用于所述次声波和超声波的有针对性的显示的指令。OLED或LED作为光源和同时作为用于声响的传感器的应用省去附加地安置其他传感器，并且能够实现与声学效果匹配地操纵光源。在没有延时且没有附加地安装外部的传感器的条件下操纵OLED和LED是可能的。

原则上也可行的是，通过有针对性地电激励声学传感器来产生声波，所述声波能够由发射辐射的层序列发出。

本发明不局限于根据实施例的描述。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含实施例中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合本身没有明确地在实施例中给出时也如此。

附图标记

10 层序列

20 探测元件

30 固定元件

50 声波

400 电连接装置

450 电子装置

101 表面

102 侧面

Claims (15)

1.一种声学传感器，所述声学传感器具有：

-能置于振动的层序列(10)，

-至少一个探测元件(20)，所述探测元件与所述层序列(10)机械接触，并且所述探测元件设计为用于：将振动转换为电信号，

其中所述层序列(10)是发射辐射的层序列。

2.根据上一项权利要求所述的声学传感器，

其中所述层序列具有两个表面(101)，其中至少一个表面(101)是发射面。

3.根据上述权利要求中任一项所述的声学传感器，

其中所述层序列(10)在至少两个侧面(102)处具有固定元件(30)，所述层序列(10)以振动的方式安装在所述固定元件之间。

4.根据上一项权利要求所述的声学传感器，

其中至少一个固定元件(30)包括探测元件(20)。

5.根据权利要求3或4所述的声学传感器，

所述声学传感器具有在所述层序列(10)旁边设置的另外的能置于振动的层序列(10)，其中在所述层序列(10)之间设置有探测元件(20)作为固定元件(30)。

6.根据权利要求2或3所述的声学传感器，

其中所述探测元件(20)面状地设置在所述层序列(10)的表面(101)的子区域上。

7.根据权利要求2所述的声学传感器，

其中所述层序列具有发射面，并且所述探测元件(20)设置在所述层序列(10)的背离所述层序列(10)的所述发射面的表面(101)上。

8.根据上述权利要求中任一项所述的声学传感器，

其中所述探测元件(10)包括压电陶瓷和/或压电薄膜。

9.根据权利要求7所述的声学传感器，

其中所述探测元件(20)包括振动体和磁体。

10.根据上述权利要求中任一项所述的声学传感器，

其中所述层序列(10)包括光电子器件，所述光电子器件选自LED和OLED。

11.根据上一项权利要求所述的声学传感器，

其中所述光电子器件是柔性的OLED。

12.根据上权利要求中任一项所述的声学传感器，

所述声学传感器还具有：

-微处理器，所述微处理器与所述探测元件(20)导电地连接并且处理所述电信号；

-驱动器，所述驱动器与所述微处理器导电地连接并且接收经过处理的信号，

其中能够借助所述驱动器控制所述层序列(10)的辐射发射。

13.根据上述权利要求中任一项所述的声学传感器，

所述声学传感器具有多个并排设置的层序列(10)，其中至少一个层序列(10)与至少一个探测元件(20)机械接触。

14.根据上一项权利要求所述的声学传感器，

其中所有层序列(10)分别与至少一个探测元件(20)机械接触。

15.一种发射辐射的层序列(10)作为能置于振动的层序列在声学传感器中的应用。