CN109743670B

CN109743670B - 一种控制ecm初相位的设计方法

Info

Publication number: CN109743670B
Application number: CN201811615066.6A
Authority: CN
Inventors: 林朝阳
Original assignee: Shenzhen Xinhoutai Plastic Electronic Co ltd
Current assignee: Shenzhen Xinhoutai Plastic Electronic Co ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: CN109743670A

Abstract

本发明公开了一种控制ECM初相位的设计方法，所述方法包括：首先，通过对材料的选取和处理，获取性能一致的材料以用于生产同一批次的ECM，其中，通过控制振膜的应力，获取振膜应力一致的一批膜片组件；其次，确定单一的ECM的类型作为该批次ECM的类型；再次，根据ECM本身的结构特性及其与整机配合的结构特性对ECM初相位的影响，设计ECM的产品结构并进行工程控制，以确保该批次的ECM的初相位一致并达到设计要求。利用本发明的设计方法可以在实际的生产过程中，从材料的选取、处理；从产品工作模式的设计；及产品结构设计等诸方面进行设计和工程控制以达到掌控ECM产品的初相位能符合预设的要求。

Description

一种控制ECM初相位的设计方法

技术领域

本发明涉及ECM制造技术领域，具体涉及一种控制ECM初相位的设计方法。

背景技术

近年来，随着ECM(Electret Capacitor Microphone，驻极体电容传声器)的普及应用，尤其是阵列ECM的广泛应用，在工程应用上对ECM初相位的要求也越来越高，例如在电脑、手机等很多通讯产品、电子产品等方面都有应用。因此，必须对控制ECM初相位的设计方法给予重视。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种控制ECM初相位的设计方法。

本发明第一方面提供一种控制ECM初相位的设计方法，用于在生产ECM时使同一批次的ECM具有一致的初相位，所述方法包括：

首先，通过对材料的选取和处理，获取性能一致的材料以用于生产同一批次的ECM，其中，通过控制振膜的应力，获取振膜应力一致的一批膜片组件；

其次，确定单一的ECM的类型作为该批次ECM的类型；

再次，根据ECM本身的结构特性及其与整机配合的结构特性对ECM初相位的影响，设计ECM的产品结构并进行工程控制，以确保该批次的ECM的初相位一致并达到设计要求，其中，所述整机是指安装ECM的电子产品整机。

其中，通过控制振膜的应力，获取振膜应力一致的一批膜片组件，可包括：采用预处理的方式提高振膜的应力的一致性；以及，在生产同一批次的膜片组件时，按照统一的固定位置在大张的膜材上选取振膜。

其中，采用预处理的方式提高振膜的应力的一致性，可包括：通过消除振膜上的残留应力，或者，按照设计要求在膜片组件上制作可控的残留应力，来提高振膜的应力的一致性。

可选的，消除振膜上的残留应力具体为采用退火工艺；制作可控的残留应力具体为采用机械方法使膜片组件的膜环产生有序的变形。

其中，在生产同一批次的膜片组件时，按照统一的固定位置在大张的膜材上选取振膜，可包括：对于绷膜工装上已经绷紧的大张的膜材，按照距离绷膜工装的中心的径向距离确定的位置选取振膜，以粘贴膜环生产膜片组件，同一批次的振膜距离绷膜工装的中心的径向距离相同或相近。

其中，ECM本身的结构特性及其与整机配合的结构特性对ECM初相位的影响是可以根据经验数据确定的。

其中，所述ECM可以是驻极体电容传声器，所述ECM的类型包括按照工作模式划分的以下几种类型：振膜式、前背极式和后背极式。

其中，所述ECM也可以是MEMS(微机电系统)电容传声器，所述ECM的类型包括按照结构特征划分的以下几种类型：悬臂式结构和波纹连接结构。

其中，所述膜片组件可以包括膜环和粘贴固定在膜环上的振膜。

本发明第二方面，提供一种采用如上文所述的控制ECM初相位的设计方法制造的同一批次的多个ECM构成的ECM阵列。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

利用本发明的设计方法可以在实际的生产过程中，从材料的选取、处理；从产品工作模式的设计；及产品结构设计等诸方面进行设计和工程控制以达到掌控ECM产品的初相位能符合预设的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例中驻极体传声器的活塞模型的示意图；

图2是本发明一个实施例中

与ω_g/ω₀，ω/ω₀的关系图；

图3是本发明一个实施例中

与ω_g/ω₀，ω/ω₀的关系图；

图4是本发明一个实施例提供的一种控制ECM初相位的设计方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。

ECM的相位是指对驻极体电容传声器作用的声信号与驻极体电容传声器输出的电信号之间出现的相位不一致现象。而且在同一批次生产的ECM中，对不同的ECM这种相位不一致现象又有差别，这样就形成了以相同的声信号作用，不同的ECM会出现不同的初相位的现象。

本发明实施提供一种控制ECM初相位的设计方法，是一个对如何控制ECM初相位的设计方法的技术方案。本专利的设计方法用于在实际的生产过程中，基于以下几个方面的控制，包括：一、从材料的选取、处理；二、从产品工作模式的设计选择；三、及产品结构设计等诸方面进行设计和工程控制；以达到掌控ECM产品的初相位(或称为初位相)能符合预设的一致性等要求。

下面，分别对以上所述的三个方面的控制方法进行详细说明。

一、从材料的选取、处理

本发明实施例首先第一点要提出的是，如何从ECM的相位受振膜材料影响的问题上，考虑怎样从材料的选取、处理上来进行设计和工程控制以达到掌控ECM产品的初相位能符合预设的要求。申请人发现振膜的应力不仅会影响振膜的固有共振频率f₀₁(ω₀)，还会影响其初相位。

由于驻极体电容传声器振膜的制备，一般是与电容器用塑料薄膜的生产工艺过程类似，但使用的材质则有所不同，常用的材质为：PET、PP、PPS、FEP、PEEK等。驻极体电容传声器振膜(ECM所使用薄膜)的生产，是要从整筒的带基薄膜上取材、并按照预设的要求，进行绷紧的，所以，无论在长度方向上或是幅度方向上，取材位置不同则其残留应力不同，也就是说不同的取材位置处于不同的预应力状态下，这样，预设的张力和不同的预应力，则决定了薄膜的谐振频率f₀₁(ω₀)，尤其是对于Ф6mm或Ф4mm等的小尺寸的振膜，其性能的不一致性就尤为明显，因为不同的预应力状态是具有随机性的。

因此，作为控制ECM初相位的设计方法的第一步，是要控制振动膜片上的应力，方法是进行预处理。具体可通过两种方式，一种是消除薄膜材料上的残留应力，一般可以采用预处理的方式来进行,常用的方法是‘退火’工艺，这要根据膜片的材质而设定升温的数值，升到一定温度后再缓慢降温，直至室温。另一种是人为在振膜上按预先设计的要求在薄膜材料上的制造出可控的残留应力，一般可以采用表面预处理的方式来进行，例如在膜片上用机械的方法使之有微小、有序的变形而有可以控制的预应力。

同时在生产中更要注意在绷膜环上粘贴振膜的位置，固定位置分类选取，例如：以距中心的径向的位置上选取并分类分别装配使用。

二、从产品工作模式的设计选择

本发明实施例第二点要提出的是，ECM可分为振膜式和背极式两大类，即振膜兼具振动膜和驻极体功能，则为振膜式；若振膜仅具振动膜特性，而驻极体功能特性是由涂敷在背极上的高分子材料层经极化充电后，形成驻极体而提供驻极体功能的，则为背极式。值得设计者重视的是振膜式和背极式的初相位的相差是π的，对于设计者应注意到这一点，并对选用者提出：对于ECM两大类的振膜式和背极式的初相位要注意的说明。而背极式ECM又因振膜与背极的相对位置的不同又可分为前背极式式和后背极式两类，对于前背极式式和后背极式其初相位又不相同，作为控制ECM初相位的设计方法的第二步，是区分ECM是振膜式、前背极式式和后背极式而进行区别分类设计，因为这对ECM初相位是有影响的。

三、及产品结构设计等诸方面进行设计和工程控制

本发明实施例第三点要提出的是，驻极体电容传声器(ECM)的相位是指对驻极体电容传声器作用的声信号与驻极体电容传声器输出的电信号之间出現的相位不一致現象。

在对ECM的振动特性的讨论中指出，有一种常见的讨论是对整个振动系统进行讨论的，这种讨论一般是以活塞模型来进行的，其结构如图1所示。这个装置是由一个质量为m，面积为a活塞和腔体组成，活塞由帶弹簧的刚性圆柱腔体支撑，弹簧的弹性係数为K，活塞处于平衡位置(距腔体底部距离为h₀)活塞随外部压力p_out变化而产生位移，系统的运动方程为：

式中：p_in为腔体内瞬时压力，x为活塞与平衡位置间距离，Г为与活塞速率有关的阻尼常数。

当有圆频率为ω的声波作用时，这时外部瞬时压力为：

当有圆频率为ω的声波作用时，这时外部瞬时压力为：

式中：p₀为环境气压，p_s为声波压力。方程式中的相应的量应为：

分别为其初相位。

是直接与上述的两信号的相相位关联的。而且从讨论中也可见，它们都是频率(圆频率)的函数。

这里需特别指出的是，对于这种对整个振动系统进行讨论的模型，有三种圆频率，ω为外加声波的圆频率，ω₀为系统视为弹性常数为K的弹性系统的共振圆频率，ω_g为腔体本身的共振圆频率。硏究得出

与ω_g/ω₀及ω/ω₀有相应的关联关系。图2是

与ω_g/ω₀，ω/ω₀的关系图。

由于ω为外加声波的圆频率及ω_g为腔体本身的共振圆频率对某个系统及某个作用是确定的，而ω₀为系统视为弹性常数为K的弹性系统的共振圆频率，从讨论中表明，它是振膜振动的特征量。同样

与ω_g/ω0及ω/ω₀有相应的关系。图3是

与ω_g/ω0，ω/ω₀的关系图。

通过对驻极体电容传声器系统的综合讨论，整个振动系统模型，有三种圆频率，ω为外加声波的圆频率，ω₀为系统视为弹性常数为K的弹性系统的共振圆频率，ω_g为腔体本身的共振圆频率，振动位移和外加声压存在的初相位为

与ω_g/ω₀及ω/ω₀有相应的关系，从中可以讨论驻极体电容传声器作用的声信号与驻极体电容传声器输出的电信号之间出現的相位不一致，及与初相位

的关联特性。上面我们所讨论的是ECM的振动系统结构的条件都是己经确定了的，这时的ECM相位受到的影响。

作为一个对如何控制ECM初相位的设计方法的技术方案而言，腔体本身的结构设计则是很重要的，它直接影响到腔体本身的共振圆频率ω_g，同时还会影响其初相位。例如：我们讨论一般的振膜式驻极体电容传声器系统时，其后腔部分都是确定了的，但其前腔室部分(振膜和外壳间的空间)由于其是声信号传入的首达部位，它对振膜式驻极体电容传声器的初相位有著很大影响，我们曾对无外壳的“裸式”振膜式驻极体电容传声器进行初相位测量，再对有外壳的振膜式驻极体电容传声器进行初相位测量，进而再对振膜式驻极体电容传声器的器件整体的外部腔体，对振膜式驻极体电容传声器的其前腔室部分(振膜和外壳间的空间)有影响的振膜式驻极体电容传声器也进行了初相位测量，实验结果表明：上述三者初相位都不相同，这表明驻极体电容传声器前腔结构持性及驻极体电容传声器在整机上安装位置而对驻极体电容传声器前腔的影响都对驻极体电容传声器的初相位有影响，与整机的配合设计则是要和整机设计联合进行的。

需要补充说明的是：

1)如何设计前腔和前腔前的空间的体积，前腔的设计则又有两方面，1.是通过垫片的厚度调整前腔的体积空间，2.是在前腔和前腔前面空间的連通的孔数、孔径、及孔分布来控制。

2)前腔前面的空间的控制，可以尽可能让传声器与外面开放空间相连通，也可以利用前腔前面的空间的大小来调整初相位。

同样，在MEMS电容传声器中，结构特性对其的初相位的影响也是明显的。例如：悬臂式结构类型的MEMS电容传声器和波纹边连接类型的MEMS电容传声器其初相位也是明显不一样的。

作为控制ECM初相位的设计方法的第三步，是从控制传声器的结构特性和传声器与整机配合的结构特性入手，来进行控制ECM初相位的设计。

综上，从三个方面介绍了如何控制ECM初相位。基于以上说明，本发明实施例提供一种控制ECM初相位的设计方法。

请参考图4，本发明的一个实施例，提供一种控制ECM初相位的设计方法。该方法用于在生产ECM时使同一批次的ECM具有一致的初相位，可包括：

步骤S1：首先，通过对材料的选取和处理，获取性能一致的材料以用于生产同一批次的ECM，其中，通过控制振膜的应力，获取振膜应力一致的一批膜片组件；

步骤S2：其次，确定单一的ECM的类型作为该批次ECM的类型；

步骤S3：再次，根据ECM本身的结构特性及其与整机配合的结构特性对ECM初相位的影响，设计ECM的产品结构并进行工程控制，以确保该批次的ECM的初相位一致并达到设计要求，其中，所述整机是指安装ECM的电子产品整机。

本发明的一个实施例，还提供一种采用如上文所述的控制ECM初相位的设计方法制造的同一批次的多个ECM构成的ECM阵列。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种控制ECM初相位的设计方法，用于在生产ECM时使同一批次的ECM具有一致的初相位，其特征在于，所述方法包括：

其次，确定单一的ECM的类型作为该批次ECM的类型；

再次，根据ECM本身的结构特性及其与整机配合的结构特性对ECM初相位的影响，设计ECM的产品结构并进行工程控制，以确保该批次的ECM的初相位一致并达到设计要求，其中，所述整机是指安装ECM的电子产品整机；

其中，通过控制振膜的应力，获取振膜应力一致的一批膜片组件，包括：

采用预处理的方式提高振膜的应力的一致性；以及，

在生产同一批次的膜片组件时，按照统一的固定位置在大张的膜材上选取振膜；

其中，采用预处理的方式提高振膜的应力的一致性，包括：通过采用退火工艺消除振膜上的残留应力；按照设计要求，采用机械方法使膜片组件的膜环产生有序的变形，在膜片组件上制作可控的残留应力；所述膜片组件包括膜环和粘贴固定在膜环上的振膜；

其中，在生产同一批次的膜片组件时，按照统一的固定位置在大张的膜材上选取振膜，包括：对于绷膜工装上已经绷紧的大张的膜材，按照距离绷膜工装的中心的径向距离确定的位置选取振膜，以粘贴膜环生产膜片组件，同一批次的振膜距离绷膜工装的中心的径向距离相同或相近；

ECM本身的结构特性及其与整机配合的结构特性对ECM初相位的影响是根据经验数据确定的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述ECM是驻极体电容传声器，所述ECM的类型包括按照工作模式划分的以下几种类型：振膜式、前背极式和后背极式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述ECM是MEMS电容传声器，所述ECM的类型包括按照结构特征划分的以下几种类型：悬臂式结构和波纹连接结构。

4.一种采用如权利要求1所述的控制ECM初相位的设计方法制造的同一批次的多个ECM构成的ECM阵列。