CN115942213A - 一种流体检测装置及控制方法、电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种流体检测装置及控制方法、电子设备,涉及流体测量技术领域,用于减小流体检测装置的性能随环境温度变化的波动。该流体检测装置包括电压源、至少一个加热元件、至少一个热敏电阻以及控制器。热敏电阻产生与该热敏电阻的温度相对应的第一信号。当热敏电阻所处的环境温度为第一环境温度时,电压源至少向热敏电阻输出第一电压,当热敏电阻所处的环境温度由第一环境温度变为第二环境温度时,电压源至少向热敏电阻输出第二电压,使得麦克风模组仍然能够保持较高性能。
Description
技术领域
本申请涉及流体测量技术领域,尤其涉及一种流体检测装置及控制方法、电子设备。
背景技术
矢量麦克风(acoustic vector sensor,AVS),具有声音信号采集的频率和空间一致性好、噪声抑制能力强、远距离拾音效果好等特点,被广泛应用于智能终端拾音技术中。
灵敏度作为衡量上述麦克风,例如矢量麦克风的重要技术指标。目前,通常会在矢量麦克风出厂之前对其灵敏度进行校准。然而,矢量麦克风作为一种声波接收装置,当用户的使用环境不同,该矢量麦克风的性能(例如灵敏度)会受到外部环境(例如温度) 的影响,从而产生较大的波动。这样一来,用户在使用矢量麦克风时,很难保证矢量麦克风工作在最佳性能状态下,从而会降低了用户体验。
发明内容
本申请实施例提供一种流体检测装置及控制方法、电子设备,用于减小矢量麦克风等流体检测装置的性能随环境温度变化的波动。
为达到上述目的,本申请采用如下技术方案:
一方面,本申请实施例提供一种流体检测装置。该流体检测装置包括电压源、用于流体流动的通道、至少一个加热元件、至少一个热敏电阻以及控制器。其中,加热元件与电压源电连接。热敏电阻与电压源电连接;其中,当流体在通道流动时,流体流过热敏电阻,以方便热敏电阻对气体等流体的流动(如流速)进行检测。该热敏电阻用于感应热敏电阻所处的环境温度,环境温度与热敏电阻本身的温度相关。当热敏电阻所处的环境温度为第一环境温度时,电压源至少向热敏电阻输出第一电压,当热敏电阻所处的环境温度为第二环境温度时,电压源至少向热敏电阻输出第二电压。其中,第一环境温度和第二环境温度不同,第一电压和第二电压不同。在此情况下,当流体检测装置处于第一环境温度时,可以通过上述电压源至少向热敏电阻施加第一电压,使得流体检测装置具有较高灵敏度以及良好信噪比。当流体检测装置的使用环境发生变化,例如温度由上述第一环境温度变为第二环境温度时,可以通过上述电压源至少向热敏电阻施加第二电压,使得流体检测装置仍然能够保持较高灵敏度以及良好信噪比。
在一个实施例中,第一环境温度高于第二环境温度。第一电压大于第二电压。这样一来,当环境温度由第一环境温度降低至第二环境温度时,可以将至少向热敏电阻施加的电压由第一电压降低为第二电压。或者,当环境温度由第二环境温度升高至第一环境温度T1时,可以将至少向热敏电阻施加的电压由第二电压升高至第一电压。这样一来,通过调节至少向热敏电阻施加的电压,减小流体检测装置的性能受到环境温度影响而产生的波动。
在一个实施例中,流体检测装置还包括控制器。该控制器与电压源电连接。热敏电阻用于产生与所述热敏电阻的温度相对应的第一信号;控制器用于根据第一信号,向电压源输出电压控制信号,以控制电压源输出的电压。当热敏电阻所处的环境温度为第一环境温度时,控制器控制电压源输出第一电压,当热敏电阻所处的环境温度为第二环境温度时,控制器控制电压源输出第二电压。控制器可以是具有该流体检测装置的电子设备中应用处理器的一部分,也可以是独立的数字信号处理器。
在一个实施例中,控制器包括处理器电路以及至少一个控制组件。其中,处理器电路用于根据上述第一信号输出电压控制指令。控制组件可以包括电压控制电路。该电压控制电路与电压源和处理电路电连接。电压控制电路用于根据电压控制指令,向电压源输出电压控制信号,控制电压源输出的电压。这样一来,处理器电路可以根据第一信号,获取到热敏电阻的电阻,并根据该电阻向电压控制电路输出电压控制指令,以使得电压控制电路能够控制电压源输出电压。
在一个实施例中,控制组件还包括电流采集电路。该电流采集电路与电压源和处理器电路电连接。电流采集电路用于采集流过热敏电阻的电流,并输出至处理器电路。这样一来,处理器电路可以通过电流采集电路采集电压源向热敏电阻输出的电流I,以及电压源输出的电压U,获取热敏电阻的电阻R。然后根据该电阻计算环境温度,并通过电压控制电路控制电压向热敏电阻提供与该环境温度相匹配的电压,以减小流体检测装置的性能受到环境温度的影响而产生的波动。
在一个实施例中,在获取第一信号之前,处理器电路还用于接收用户的第一模式选择操作,并响应于第一模式选择操作,向电压控制电路输出电压控制指令,使得电压源输出第一模式初始电压。或者,在获取第一信号之前,处理器电路还用于接收用户的第二模式选择操作,并响应于第二模式选择操作,向电压控制电路输出电压控制指令,使得电压源输出第二模式初始电压。其中,第一模式初始电压小于第二模式初始电压。上述流体检测装置的工作模式可以包括第一模式,例如省电模式和第二模式,例如高性能模式。省电模式下,流体检测装置的功耗较小,但是流体检测装置输出的电信号较小,此时流体检测装置的性能(例如,灵敏度)较差。反之,高性能模式下,流体检测装置的功耗较大,但是流体检测装置输出的电信号较大,此时流体检测装置的性能较好。在此情况下,处理器电路可以根据用户的模式选择操作控制电压源向热敏电阻提供不同的电压,以满足不同模式的需求。
在一个实施例中,第一模式初始电压为2V~4V。当第一模式初始电压U1小于2V时,施加至热敏电阻上的电压太小,从而使得流体检测装置的灵敏度太低,对流体检测装置的性能造成影响。此外,当第一模式初始电压U1大于4V时,施加至热敏电阻上的电压太大,增加了流体检测装置的功耗,降低了省电效果。在本申请的一些实施例中,上述第一模式初始电压U1可以为2V、2.5V、3V、3.5V或者4V。此外,第二模式初始电压为5V~12V。当第二模式初始电压U2小于5V时,施加至热敏电阻上的电压太小,从而使得流体检测装置的灵敏度太低,不利于流体检测装置达到高性能的标准。此外,当第二模式初始电压U2大于12V 时,施加至热敏电阻上的电压太大,增加了流体检测装置的功耗,热敏电阻发热严重,增加了热敏电阻失效的风险。在本申请的一些实施例中,上述第二模式初始电压U2可以为5V、 6V、7V、8V、9V、10V、11V或者12V。
在一个实施例中,至少一个热敏电阻包括第一热敏电阻和第二热敏电阻。第一热敏电阻和第二热敏电阻分别作为桥电路的两个支路。当第一热敏电阻和第二热敏电阻的电阻值随着温度发生变化时,会导致桥电路输出的电压差△u0发生变化。这样可以实现将第一热敏电阻和第二热敏电阻的阻值变化,转换为电压差△u0。从而通过获取上述电压差△u0,便可以获取声音信息。
在一个实施例中,流体检测装置还包括第一电阻、第二电阻以及运算放大器。第一电阻与第一热敏电阻串联在电压源与接地端之间;第二电阻与第二热敏电阻串联在电压源与所述接地端之间。例如,第一电阻电连接于第一热敏电阻与接地端之间。第二电阻电连接于第二热敏电阻与接地端之间。运算放大器的第一输入端电连接于第一电阻和第一热敏电阻之间,运算放大器的第二输入端电连接于第二电阻和第二热敏电阻之间。此情况下,第一热敏电阻、第二热敏电阻、第一电阻以及第二电阻可以构成桥电路。上述第一电阻和第二电阻的电阻值为常数,固定不变。当第一热敏电阻和第二热敏电阻的电阻值随着温度发生变化时,会导致桥电路输出的电压差△u0发生变化。从而将第一热敏电阻和第二热敏电阻的阻值变化,转换为电压差△u0。从而通过获取上述电压差△u0,便可以获取声音信息。此外,运算放大器用于对电压差△u0进行放大处理,以使得流体检测装置,例如麦克风模组获得的信号更加容易识别。
在一个实施例中,流体检测装置还包括开关和比较器。比较器的第一输入端电连接于第一热敏电阻或第二热敏电阻远离电压源的一端,比较器的第二输入端用于接收参考电压,比较器的输出端输出控制信号。开关与加热元件串联,开关的选通端接收控制信号,开关基于控制信号选择性导通。该比较器用于若比较得出比较器的第一输入端的电压大于参考电压,则控制开关断开,以避免环境温度或热敏电阻的温度过高(或温度高于第一预警温度)。此时,加热元件与接地端处于断开的状态,没有电流流经加热元件,使得该加热元件不再向第一热敏电阻和第二热敏电阻提供温度场,从而达到降低第一热敏电阻和第二热敏电阻温度的目的。或者,若比较器比较得出比较器的第一输入端的电压小于参考电压,则控制开关导通。此时,加热元件与接地端处于电连接的状态,电流流经加热元件,使得该加热元件向第一热敏电阻和第二热敏电阻提供温度场,避免环境温度或热敏电阻的温度过低(或温度低于第二预警温度),以提高流体检测装置的灵敏度。
在一个实施例中,流体检测装置还包括至少一级降噪电路模式转换器和数字信号处理器。降噪电路电连接于第一热敏电阻与运算放大器的第一输入端之间,降噪电路还电连接于第二热敏电阻与运算放大器的第二输入端之间。降噪电路用于对第一热敏电阻和第二热敏电阻所在的桥电路输出的电压差△u0进行降噪处理。模数转换器的输入端与运算放大器的输出端电连接,用于将运算放大器输出的模拟信号转换成数字信号。数字信号处理器的输入端与模数转换器的输出端电连接,用于对模数转换器输出的数字信号进行降噪处理、混响消除处理或回声消除处理中的至少一项。
在一个实施例中,至少一个热敏电阻包括第一热敏电阻和第二热敏电阻。第一热敏电阻和第二热敏电阻分别作为桥电路的两个支路。电压源包括三个子电压源,分别为第一子电压源,第二子电压源以及第三子电压源。其中,第一热敏电阻与第一子电压源电连接,第二热敏电阻与第二子电压源电连接,加热元件与第三子电压源电连接。此外,控制器包括三个控制组件,分别为第一控制组件,第二控制组件以及第三控制组件。第一控制组件与第一子电压源电连接。第二控制组件与第二子电压源电连接。第三控制组件与第三子电压源电连接。这样一来,相对于不同热敏电阻以及加热元件连接相同的电压源的方案而言,同热敏电阻以及加热元件可以由不同的电压源供电,而不同的电压源又分别与不同的控制组件电连接的方案,可以减小每个电压源的功耗。
在一个实施例中,流体检测装置还包括温度检测器。该温度检测器与控制器电连接,温度检测器用于采集热敏电阻的温度,并将采集结果传输至控制器。这样一来,控制器可以通过判断温度检测器采集的热敏电阻的温度是否位于工作温度范围之内,来判断处理器计算得到的热敏电阻的电阻是否准确进行判断。接下来,通过该电阻获取热敏电阻所处的环境温度,并获取与该环境温度相匹配的电压。或者,控制器可以无需计算上述热敏电阻的电阻,直接通过温度检测器采集的热敏电阻的温度,得到热敏电阻所处的环境温度,并获取与该环境温度相匹配的电压。
在一个实施例中,第一信号用于表征所述热敏电阻的电阻。在热敏电阻为热敏电阻丝时,该热敏电阻丝的电阻值可以作为该第一信号。该第一信号可以是模拟信号也可以是数字信号。
在一个实施例中,当热敏电阻所处的环境温度为第三环境温度时,电压源向加热元件输出第三电压,当热敏电阻所处的环境温度为第四环境温度时,电压源向所述加热元件输出第四电压;其中,第三环境温度和第四环境温度不同,第三电压和第四电压不同。第三环境温度低于第四环境温度;第三电压大于第四电压。通过双向调节加热元件的供电电压,可以当环境温度或热敏电阻的温度过高(或温度高于第一预警温度)时,降低加热元件的供电电压;当环境温度或热敏电阻的温度过低(或温度低于第二预警温度),增加加热元件的供电电压。
在一个实施例中,热敏电阻丝的材料包括铂金。铂金构成的热敏电阻丝,其电阻值根据温度变化而变化的灵敏度更高。
在一个实施例中,流体检测装置为麦克风模组,流体为气体,该麦克风模组具有与前述实施例提供的流体检测装置相同的技术效果,此处不再赘述。
在一个实施例中,热敏电阻还用于感应流体的流动,以用于产生声音信号等感应信号。
在一个实施例中,流体检测装置还包括基底,基底包括凹槽,加热元件和热敏电阻分别跨设于所述凹槽的两侧,加热元件和热敏电阻采用悬空结构,可以更好的感应气体等流体的流动。凹槽为通道,或,凹槽为通道的一部分。
另一方面,本申请实施例提供一种控制方法。控制方法应用于流体检测装置中的控制器,流体检测装置还包括电压源、用于流体流动的通道、至少一个加热元件以及至少一个热敏电阻。加热元件与电压源电连接,热敏电阻与电压源电连接;其中,当流体在通道流动时,流体流过热敏电阻。上述控制方法包括:首先,控制器接收热敏电阻产生的与热敏电阻的温度相对应的第一信号。接下来,当热敏电阻所处的环境温度为第一环境温度时,控制器根据第一信号,控制电压源至少向热敏电阻输出第一电压,当热敏电阻所处的环境温度为第二环境温度时,控制器根据第一信号,控制电压源至少向热敏电阻输出第二电压。其中,第一环境温度和第二环境温度不同,第一电压和第二电压不同。上述控制方法具有与前述实施例提供的流体检测装置相同的技术效果,此处不再赘述。
在一个实施例中,第一环境温度高于第二环境温度。第一电压大于第二电压。第一环境温度、第二环境温度、第一电压以及第二电压的数值大小设置方式的技术效果同上所述,此处不再赘述。
在一个实施例中,获取第一信号之前,方法还包括:接收用户的第一模式选择操作,接下来,响应于第一模式选择操作,控制器控制电压源输出第一模式初始电压。或者,获取第一信号之前,方法还包括:接收用户的第二模式选择操作,接下来,响应于第二模式选择操作,控制器控制电压源输出第二模式初始电压。上述模式选择的技术效果同上所述,此处不再赘述。
在一个实施例中,第一模式初始电压为2V~4V。第二模式初始电压为5V~12V。第一模式初始电压的范围和第二模式初始电压的范围设置的技术效果同上所述,此处不再赘述。
在一个实施例中,第一信号用于表征所述热敏电阻的电阻。在热敏电阻为热敏电阻丝时,该热敏电阻丝的电阻值可以作为该第一信号。该第一信号可以是模拟信号也可以是数字信号。
在一个实施例中,上述当热敏电阻所处的环境温度为第一环境温度时,根据第一信号,控制电压源至少向热敏电阻输出第一电压,当热敏电阻所处的环境温度为第二环境温度时,根据第一信号,控制电压源至少向热敏电阻输出第二电压包括:首先,从第一数据集合中,根据第一信号获取与热敏电阻的电阻所在的电阻值范围相匹配的第一环境温度或第二环境温度;其中,第一数据集合包括多个电阻值范围和多个环境温度;一个电阻值范围与一个环境温度相匹配,接下来,从第二数据集合中,获取与第一环境温度所在的环境温度范围相匹配的第一电压,并控制电压源输出第一电压,或者,从第二数据集合中,获取与第二环境温度所在的环境温度范围相匹配的第二电压,并控制电压源输出第二电压;其中,第二数据集合包括多个环境温度范围和多个电压;一个环境温度范围与一个电压相匹配。基于此,上述流体检测装置可以包括计算机存储介质,例如存储器。该存储器可以存储上述第一数据集合和第二数据集合。在此情况下,可以通过仿真或者试验测试等方式,在流体检测装置的性能,例如上述灵敏度、信噪比以及本底噪声不变的情况下,获取不同环境温度下,与该各个环境温度对应的施加至热敏电阻的电压所构成的上述第一数据集合和第二数据集合。并将上述数据集合存储与存储器中。这样一来,当控制器得到的环境温度时,可以从存储器中调用与该环境温度相匹配的电压,并控制上述电压源至少向热敏电阻提供该电压,减小流体检测装置的性能收到环境温度影响而产生的波动。具体的,该控制器用于获取表征热敏电阻的电阻的第一信号,并根据第一信号从第一数据集合中,获取与电阻所在的电阻值范围相匹配的第一环境温度或第二环境温度。控制器还用于从第二数据集合中,获取与第一环境温度所在的环境温度范围相匹配的第一电压,并控制电压源输出第一电压,或者,从第二数据集合中,获取与第二环境温度所在的环境温度范围相匹配的第二电压,并控制电压源输出第二电压。
在一个实施例中,第一数据集合包括第一子集合和第二子集合。第一子集合包括多个电阻值范围和多个工作温度范围。一个电阻值范围与一个工作温度范围相匹配。第二子集合包括多个工作温度范围和多个环境温度;一个工作温度范围与一个环境温度相匹配。这样一来,为了提高流体检测装置中控制器获取的实时电阻的准确度,可以通过仿真或者试验测试等方式,在流体检测装置的性能,例如上述灵敏度、信噪比以及本底噪声不变的情况下,获取不同环境温度下,与该各个环境温度对应的工作温度所构成的上述第一子集合和第二子集合。并将上述数据集合存储与存储器中。基于此,控制器用于从第一数据集合中,根据第一信号获取与热敏电阻的电阻相匹配的第一环境温度或第二环境温度具体包括:控制器从第一子集合中,获取与热敏电阻的电阻所在的电阻值范围相匹配的第一工作温度范围或第二工作温度范围,并从第二子集合中获取与第一工作温度范围相匹配的第一环境温度,或者,从第二子集合中获取与第二工作温度范围相匹配的第二环境温度。
又一方面,本申请实施例提供一种流体检测装置。该流体检测装置包括:用于流体流动的通道、至少一个加热元件、至少一个热敏电阻以及电压转换器,其中,当流体在所述通道流动时,流体流过热敏电阻;。加热元件与电压转换器电连接。热敏电阻与电压转换器电连接,热敏电阻用于产生与热敏电阻的温度相对应的第一信号。电压转换器具有电压端,电压端与加热元件和热敏电阻电连接,电压转换器用于根据第一信号,从电压端输出不同电压。该流体检测装置具有与前述实施例提供的流体检测装置相同的技术效果,此处不再赘述。
又一方面,本申请实施例提供一种电子设备。该电子设备包括壳体以及如上所述的任意一种流体检测装置,流体检测装置设置于壳体内。该电子设备具有与前述实施例提供的流体检测装置相同的技术效果,此处不再赘述。
又一方面,本申请实施例提供一种流体检测装置。该流体检测装置包括电压源、用于流体流动的通道、至少一个加热元件、至少一个热敏电阻。其中,加热元件与电压源电连接。热敏电阻与电压源电连接;其中,当流体在通道流动时,流体流过热敏电阻,以方便热敏电阻对气体等流体的流动(如流速)进行检测。该热敏电阻用于感应热敏电阻所处的环境温度,环境温度与热敏电阻本身的温度相关。当所述热敏电阻所处的环境温度为第三环境温度时,所述电压源向所述至少一个加热元件输出第三电压,当所述热敏电阻所处的环境温度为第四环境温度时,所述电压源向所述至少一个加热元件输出第四电压;其中,所述第三环境温度和所述第四环境温度不同,所述第三电压和所述第四电压不同。例如,所述第三环境温度低于所述第四环境温度;所述第三电压大于所述第四电压。
又一方面,本申请实施例提供一种流体检测装置。该流体检测装置包括电压源、用于流体流动的通道、至少一个加热元件、至少一个热敏电阻。其中,加热元件与电压源电连接。热敏电阻与电压源电连接;其中,当流体在通道流动时,流体流过热敏电阻,以方便热敏电阻对气体等流体的流动(如流速)进行检测。该热敏电阻用于感应热敏电阻所处的环境温度,环境温度与热敏电阻本身的温度相关。所述至少一个热敏电阻包括第一热敏电阻和第二热敏电阻;所述第一热敏电阻和第二热敏电阻分别作为桥电路的两个支路。该流体检测装置还包括:第一电阻,所述第一电阻与所述第一热敏电阻串联在所述电压源与接地端之间;第二电阻,所述第二电阻与所述第二热敏电阻串联在所述电压源与所述接地端之间;运算放大器,所述运算放大器的第一输入端电连接于所述第一电阻和所述第一热敏电阻之间,所述运算放大器的第二输入端电连接于所述第二电阻和所述第二热敏电阻之间。所述流体检测装置还包括:比较器,所述比较器的第一输入端电连接于所述第一热敏电阻或所述第二热敏电阻远离所述电压源的一端,所述比较器的第二输入端用于接收参考电压,所述比较器的输出端输出控制信号;开关,所述开关与所述至少一个加热元件串联,所述开关的选通端接收所述控制信号,所述开关基于所述控制信号选择性导通。
又一方面,本申请实施例提供一种流体检测装置。该流体检测装置包括电压源、用于流体流动的通道、至少一个加热元件、至少一个热敏电阻。其中,加热元件与电压源电连接。热敏电阻与电压源电连接;其中,当流体在通道流动时,流体流过热敏电阻,以方便热敏电阻对气体等流体的流动(如流速)进行检测。当流体检测装置工作在第一模式时,电压源向至少一个热敏电阻输出第五电压;当流体检测装置工作在第二模式时,电压源向至少一个热敏电阻输出第六电压。例如,第一模式为省电模式,第二模式为高性能模式,第六电压大于第五电压。在一些情况下,当电子设备在不同的工作状态(开启不同的功能等)下,流体检测装置工作在不同模式。
附图说明
图1A和图1B为本申请实施例提供的一种流体检测装置的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的另一种流体检测装置的结构示意图;
图3为本申请实施例提供的一种麦克风模组的电路结构示意图;
图4A为本申请实施例提供的一种麦克风模组的结构示意图;
图4B为与图4A所示的麦克风模组的结构相对应的一种电路结构示意图;
图5A为图4A所示的麦克风模组中,第一热敏电阻丝(或者,第二热敏电阻丝)与第三热敏电阻丝之间的间距和上述三个热敏电阻丝的温度变化的一种曲线图;
图5B为图4A所示的麦克风模组中,第一热敏电阻丝(或者,第二热敏电阻丝)与第三热敏电阻丝之间的间距和上述三个热敏电阻丝的温度变化的另一种曲线图;
图6为与图4A所示的麦克风模组的结构相对应的另一种电路结构示意图;
图7为本申请实施例提供的另一种麦克风模组的电路结构示意图;
图8为与图4A所示的麦克风模组的结构相对应的另一种电路结构示意图;
图9为本申请实施例提供的具有麦克风模组的电子设备的一种结构示意图;
图10为本申请实施例提供的一种麦克风模组的控制方法流程图;
图11A为图9所示的电子设备的一种模式选择示意图;
图11B为本申请实施例提供的,声波传输过程中,质点的振动频率与麦克风模组的灵敏度之间的曲线关系示意图;
图12为本申请实施例提供的另一种麦克风模组的结构示意图;
图13为本申请实施例提供的另一种麦克风模组的结构示意图;
图14为图10中S102的具体步骤示意图;
图15为本申请实施例提供的另一种麦克风模组的电路结构示意图;
图16为本申请实施例提供的另一种麦克风模组的电路结构示意图;
图17为本申请实施例提供的另一种麦克风模组的电路结构示意图;
图18为本申请实施例提供的另一种麦克风模组的电路结构示意图;
图19为本申请实施例提供的另一种麦克风模组的电路结构示意图。
附图标记:
01-流体检测装置;11-加热元件;12-热敏电阻;10-基板;100-凹槽;30-电压源;40-控制器;101-电极;200-桥电路;20a-第一热敏电阻丝;20b-第二热敏电阻丝;Ra-第一电阻; Rb-第二电阻;20c-第三热敏电阻丝;30a-第一子电压源;30b-第二子电压源;30c-第三子电压源;03-电子设备;300-壳体;301-显示屏;302-按键;50-存储器;401-控制组件;402-处理器电路;401a-第一控制电路;410a-第一控制组件中的电压控制电路;420a-第一控制组件中的电流采集电路;401b-第二控制电路;410b-第二控制组件中的电压控制电路;420b-第二控制组件中的电流采集电路;401c-第三控制组件中的电压控制电路;410c-第三控制组件中的电压控制电路;420c-第三控制组件中的电流采集电路;51-温度检测器;60-比较器;61- 运算放大器;62-降噪电路;63-模数转换器;64-数字信号处理器;70-电压转换器;701-电压端。
具体实施方式
下面将结合附图,对本公开一些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公开一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
除非上下文另有要求,否则,在整个说明书和权利要求书中,术语“包括(comprise)”及其其他形式例如第三人称单数形式“包括(comprises)”和现在分词形式“包括(comprising)”被解释为开放、包含的意思,即为“包含,但不限于”。在说明书的描述中,术语“一个实施例(one embodiment)”、“一些实施例(some embodiments)”、“示例性实施例(exemplary embodiments)”、“示例(example)”或“一些示例(some examples)”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外,所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。
以下,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
此外,本申请中,“左”、“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的,应当理解到,这些方向性术语是相对的概念,它们用于相对于的描述和澄清,其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。此外,“电连接”可以理解为“耦合”,“电连接”可以是直接接触进行电性连接,也可以通过中间媒介进行电性连接。
在本申请实施例中,“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在航空航天、生化检测、医疗仪器等领域,通常需要对流体(例如液体或气流)的一些特征,例如流速、流量等进行测量,以进行数据分析。为了满足精细化工业和医学生物分析的发展,对流体特性的测量和控制的要求越来越高。为了提高流体检测的精度,需要减小流体检测装置受到外部环境,例如温度的影响,使得该流体检测装置在不同的使用环境中,均能够处于最佳的性能状态,从而使得流体检测装置在各种使用环境中,可以具有较高的灵敏度以及良好的信噪比。在以下实施例中,以流体为气流为例进行说明。
为了实现上述目的,本申请实施例提供一种如图1A所示的流体检测装置01。该流体检测装置可以包括基板10以及设置于该基板10上的至少一个加热元件11和至少一个热敏电阻 12(图1A中以一个加热元件11和一个热敏电阻12为例进行说明)。该基板10可以是硅基板,该基板10上可以形成有凹槽100,凹槽100可以通过刻蚀等工艺形成。上述加热元件11 和热敏电阻12跨设于凹槽100的两侧,加热元件11和热敏电阻12并排排列,例如加热元件 11和热敏电阻12平行排列。在一个实施例中,凹槽100可以作为气流L1的通道。气流L1等流体在通道内流动,热敏电阻12位于通道中,以检测流体的流动。当气流L1等流体通过上述凹槽100可以从加热元件11流向热敏电阻12,或者气流通过上述凹槽100可以从热敏电阻12流向加热元件11,凹槽100可以作为传播声波(或气流)的通道。
在一个实施例中,凹槽100可以作为气流L1的通道的一部分。例如,如图1B所示,流体检测装置01还包括一个封装盖10a,为清楚展示流体检测装置01结构,封装盖10a的轮廓有虚线表示。封装盖10a包括一个与凹槽100相对应的凹槽100a,当将基板10与封装盖10a封装在一起时,封装盖10a扣在基板10上,凹槽100a正对凹槽100,凹槽100a与凹槽100 形成通道,气流L1等流体可以在通道中流动,当气流L1等流体通过凹槽100和凹槽100a 形成通道,从加热元件11流向热敏电阻12,或者气流通过凹槽100和凹槽100a形成通道,从热敏电阻12流向加热元件11,凹槽100可以作为传播声波(或气流)的通道。在其它实施例中,通道还可以由其它方式形成,例如,流体检测装置包括一个中空的管道,管道内部中空的部分作为传播声波(或气流)的通道。
基于此,可以向加热元件11施加电压,加热元件11产生热量以向热敏电阻12提供温度场。示例的,加热元件11与热敏电阻12之间的距离可以小于或等于300μm。这样一来,可以使得热敏电阻12能够接收到加热元件11产生的温度场。热敏电阻12可以在上述温度场的作用下,用于产生与该热敏电阻12的温度相对应的第一信号,该热敏电阻12的温度反应该热敏电阻12所处的环境温度。通过检测热敏电阻12的第一信号,达到测量气体的流速以及流量的目的。在一些实施例中,可以通过检测热敏电阻12的第一信号,达到测量气体的流速以及流量的目的,从而流体检测装置01可以作为检测声波的扬麦克风(或者传声器)。
示例的,上述热敏电阻12可以为热敏电阻丝。当加热元件11通电后,产生的温度场作用于热敏电阻丝(即,热敏电阻12)。此时,当气流依次流经热敏电阻丝时,该热敏电阻丝的阻值在气流的作用下发生变化,从而可以产生用于表征该热敏电阻丝电阻的上述第一信号。不同温度下,热敏电阻丝的阻值不同。上述热敏电阻丝温度变换的大小与气流的流速有关,从而可以通过检测热敏电阻丝的阻值,达到测量气体的流速以及流量的目的。
或者,又示例的,上述热敏电阻12和加热元件11可以均为热敏电阻丝,加热元件11也可以作为热敏电阻。例如,热敏电阻为如图2所示的第一热敏电阻丝20a,加热元件11为如图2所示的第二热敏电阻丝20b。在此情况下,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b 通电后,产生的温度可以为100K~600K,因此第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b均能够产生温度场。此时,当气流依次流经第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b时,或当气流依次流经第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a时,该第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的阻值在气流的作用下发生变化。热敏电阻可以生成第一信号以表征第一热敏电阻丝20a和/或第二热敏电阻丝20b的阻值。具体的,上述流经第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的气流会导致流体检测装置01的温度场分布发生变化,从而产生温度梯度,使得两个热敏电阻丝之间产生温差。不同温度下,热敏电阻丝的阻值不同。上述温差的大小与气流的流速有关,从而可以通过检测两个热敏电阻丝的阻值,达到测量气体的流速以及流量的目的。此时,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b即可以均作为提供温度场的加热丝,又可以均作为根据温度变换阻值相应发生变化的敏感丝。
其中,凹槽100可以作为气流L1的通道,或者凹槽100作为通道的一部分,气流L1等流体在通道内流动。此外,图2中的流体检测装置01还可以包括图1B中的封装盖10a。
需要说明的是,上述第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的材料、尺寸规格可以相同。所以第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b中任意一个热敏电阻丝可以作为上述热敏电阻12,另一个电阻丝作为加热元件11;或者,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝 20b互相作为对方的加热元件,且第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b共同作为热敏电阻使用。此时,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b任意一个或两个热敏电阻丝的气流的作用下的电阻值均可以通过上述第一信号体现。
在本申请的一些实施例中,上述热敏电阻丝可以具有正温度系数效应(positivetemperature coefficient,PTC)。在此情况下,上述热敏电阻丝的电阻会随着温度的升高而增大。或者,在本申请的另一些实施例中,上述热敏电阻丝可以具有负温度系数效应(negative temperature coefficient,NTC)。在此情况下,上述热敏电阻丝的电阻会随着温度的升高而减小。以下实施例均是以热敏电阻丝具有正温度系数效应,且该热敏电阻丝为电阻丝为例进行的说明。在此情况下,构成上述热敏电阻丝的材料可以包括铂金或铜等。在一些实施例中,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b可以为弹簧状或折线状,如图2所示,可以提高第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的可靠性,避免因温度过高而熔断。
由上述可知,在热敏电阻12为如图2所示的第一热敏电阻丝20a,加热元件11为如图2 所示的第二热敏电阻丝20b的情况下,向第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b施加电压,该第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的电阻值可以在气流的作用下发生变化。因此,为了向第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b施加电压,并对施加的电压大小进行控制,如图2所示,上述流体检测装置01还可以包括电压源30、控制器40以及设置于上述基板10上的电极101,电极101与第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b电连接。
需要说明的是,上述控制器40可以是具有该流体检测装置01的电子设备中应用处理器 (application processor,AP)等处理器的一部分,也可以是独立于应用处理器的数字信号处理器(digital signal processing,DSP)。
基于此,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b可以通过上述电极101与电压源30 电连接。该电压源30可以通过电极101向第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b施加电压,电压源30向第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b施加电压值可以相同或不同。此外,控制器40可以与电压源30电连接。控制器40可以用于获取用于表征第一热敏电阻丝 20a(和/或第二热敏电阻丝20b)的电阻值(在一些实施例中,可以理解为电阻值的变化)的第一信号,并根据第一信号控制电压源30在上述第一热敏电阻丝20a(即,热敏电阻12)所处的环境温度为第一环境温度T1时,输出第一电压U1(具有第一电压值),在上述第一热敏电阻丝20a(即,热敏电阻12)所处的环境温度为第二环境温度T1下,输出第二电压U2(具有第二电压值)。其中,第一环境温度T1和第二环境温度T2不同,第一电压U1和第二电压 U2不同,即第一电压值和第二电压值不同。在本申请的一些实施例中,上述第一电压U1和第二电压U2可以均大于零。
在此情况下,当流体检测装置01处于第一环境温度T1时,可以通过上述电压源30至少向作为热敏电阻11的第一热敏电阻丝20a施加第一电压U1,补偿第一热敏电阻丝20a因温度变化带来的灵敏度、噪声等性能参数的波动,使得流体检测装置01具有较高灵敏度以及良好信噪比。当流体检测装置01的使用环境发生变化,例如温度由上述第一环境温度T1变为第二环境温度T2时,可以通过上述电压源30至少向作为热敏电阻11的第一热敏电阻丝20a 施加第二电压U2,补偿第一热敏电阻丝20a因温度变化带来的灵敏度、噪声等性能参数的波动,使得流体检测装置01仍然能够保持较高灵敏度以及良好信噪比。
需要说明的是,电压源30至少向作为热敏电阻11的第一热敏电阻丝20a施加电压是指,控制器40可以根据用于表征热敏电阻的电阻的第一信号,通过电压源30仅向作为热敏电阻 11的第一热敏电阻丝20a施加不同的电压。或者,控制器40可以根据用于表征热敏电阻的电阻的第一信号,通过电压源30向作为热敏电阻11的第一热敏电阻丝20a和作为加热元件11 的第二热敏电阻丝20b均施加不同的电压。
此外,上述是以加热元件11和热敏电阻12中的至少一个为热敏电阻丝为例进行的说明。在本申请的另一些实施例中,上述加热元件11还可以为金属或半导体材料构成的加热棒。热敏电阻12可以为金属材料,本申请实施例对此不做限定。以下为了方便说明,仍以加热元件 11和热敏电阻12中的至少一个为热敏电阻丝为例进行举例说明。在一些实施例中,电压源 30向加热元件11和热敏电阻12施加的电压可以相同或不同。
上述是以流体检测装置01应用至航空航天、生化检测、医疗仪器等,以检测流体的流速和流量为例进行的说明。在本申请的另一些实施例中,气体,例如空气可以作为媒介,在声波作用下,空气中的质点(或称为粒子,英文为particle)发生振动以对声波进行传输。
在此情况下,可以通过获取气体(例如空气)媒介的质点振速(或称为粒子振速)矢量信息,达到采集声音信号的目的。这样一来,上述流体检测装置01还可以应用于声音系统中,作为一种麦克风(microphone,MIC)模组,以对声音进行检测。在此情况下,该麦克风模组同样可以包括如图1A所示的基板10、至少一个加热元件11和至少一个热敏电阻 12或如图2所示的基板10、第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b、电压源30,控制器 40以及电极101。上述各个部件的连接方式以及作用同上,在此不再赘述。在热敏电阻12为如图2所示的第一热敏电阻丝20a,加热元件11为如图2所示的第二热敏电阻丝20b的情况下,向第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b施加电压,当声波经过第一热敏电阻丝20a 和第二热敏电阻丝20b(两线模型,即流体检测装置01包括两个热敏电阻丝)时,该第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的阻值可以在声波的作用下发生变化。
在一个实施例中,向如图2所示的第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b施加电压,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b发热后产生温度场。此时,当声波入射至第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b时,作为媒介的空气中,质点的往复运动形成质点对流传热,从而将热量由跨设于凹槽100两侧的第一热敏电阻丝20a传递至第二热敏电阻丝20b (或者,由第二热敏电阻丝20b传递至第一热敏电阻丝20a)。在一些实施例中,当声音从第一热敏电阻丝20a侧传来时,第一热敏电阻丝20a的温度会降低。在一些实施例中,声音从第一热敏电阻丝20a传到第二热敏电阻丝20b时,第二热敏电阻丝20b的温度会升高。在一些实施例中,当声音从第二热敏电阻丝20b侧传来时,第二热敏电阻丝20b的温度会降低。在一些实施例中,声音从第二热敏电阻丝20b传到第一热敏电阻丝20a时,第一热敏电阻丝 20a的温度会升高。这样一来,会导致流体检测装置01的温度场分布发生变化,产生温度梯度,使得两个第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b之间产生温差。不同温度下,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的阻值不同。上述温差的大小与质点的振速有关。上述第一热敏电阻丝20a和/或第二热敏电阻丝20b的阻值变化可以转换为电压变化,即电压差△u0。通过获取上述电压差△u0,达到测量质点振速,最终获取声音信息的目的。
以下对上述第一热敏电阻丝20a和/或第二热敏电阻丝20b的电阻值变化可以转换为电压差△u0的方式进行举例说明。例如,在本申请的一些实施例中,如图3所示,上述麦克风模组还包括第一电阻Ra和第二电阻Rb。其中,上述第一热敏电阻丝20a的第一端b1和第二热敏电阻丝20b的第一端c1与电压源30电连接。第一电阻Ra的第一端d1与第一热敏电阻丝20a的第二端b2电连接,第一电阻Ra的第二端d2接地,以使得第一电阻R1电连接于第一热敏电阻丝20a与接地端(GND)之间。此外,第二电阻Rb的第一端e1与第二热敏电阻丝 20b的第二端c2电连接,第二电阻Rb的第二端e2接地,以使得第二电阻Rb电连接于所述第二热敏电阻丝20b与接地端(GND)之间。在其它实施例中,第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b可以被替换成加热元件,加热元件位于桥电路的一个支路上。
在此情况下,第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b、第一电阻Ra以及第二电阻Rb 可以构成桥电路200,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b分别作为上述桥电路200 的两个支路。上述第一电阻Ra和第二电阻Rb的电阻值可以为常数,例如第一电阻Ra和第二电阻Rb的电阻值固定不变。当第一热敏电阻丝20a和/或第二热敏电阻丝20b的电阻值随着温度发生变化时,会导致第一热敏电阻丝20a的第二端b2和第二热敏电阻丝20b的第二端 c2之间的电压差△u0发生变化。这样即可以实现将第一热敏电阻丝20a和/或第二热敏电阻丝 20b的阻值变化,转换为电压差△u0。从而通过获取上述电压差△u0,便可以获取声音信息。
在此基础上,当声波带来的空气扰动传输至上述第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝 20b时,该第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b中至少一个热敏电阻丝上的温度变化△T与上述电压差△u0之间的关系可以通过以下公式获得。
其中,上述公式中,f为质点振动频率;△T(f)为热敏电阻丝上的温度变化△T关于频率f的函数;△T(0)为频率f为0,即直流时的温度变化;其中,△T(0)可以由公式(4) 获得。fhc为热敏电阻丝的尺寸、热容等参数引起的频率变化;fD为空气热扩散系数等参数引起的频率变化;D为介质的热扩散系数;Lh为热敏电阻丝(例如电阻丝)的横截面面积;ρ1为空气的密度;ρ2为热敏电阻丝的密度;P为热敏电阻丝的功率;k为介质(例如,空气) 的导热系数;α为相邻两个热敏电阻丝之间的间距;ly为热敏电阻丝(例如电阻丝)的长度;γ为欧拉常数(0.577);v为介质中粒子的振速;U为施加至热敏电阻丝的电压;ρ3为热敏电阻丝20的电阻率。
由上述公式(1)、公式(2)以及公式(3)可知,热敏电阻丝的温度变化△T程度与介质的热扩散系数D成正比。即,介质的热扩散系数D越大,热敏电阻丝的温度变化△T越明显。此外由公式(5)可知,热敏电阻丝的温度变化△T越大,两个热敏电阻丝的阻值变化转换为的电压差△u0越大。
上述第一热敏电阻丝20a和/或第二热敏电阻丝20b的电阻值变化转换为的电压差△u0与该麦克风模组的灵敏度成正比。该灵敏度可以定义为热敏电阻丝受到一单位声压(单位Pa)作用时,该麦克风模组的输出端开路时输出的电压(单位V)来表示,即该灵敏度的单位为V/Pa。因此,热敏电阻丝20的温度变化△T越大,该麦克风模组的灵敏度越高。
因此,为了提高上述麦克风模组的灵敏度,可以增大介质的热扩散系数D。基于此,在本申请的另一些实施例中,本申请实施例提供的麦克风模组02可以包括一个加热元件11和两个热敏电阻12。上述两个热敏电阻12可以分别为如图4A所示的第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b。上述加热元件11可以为任意一种能够通电后发热的器件。或者,在本申请的另一些实施例中,上述加热元件11可以如图4B所示的第三热敏电阻丝20c。此时,麦克风模组02为三线模型(,即麦克风模组02包括三个热敏电阻丝)。其中,第三热敏电阻丝20c位于第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b之间,以加热第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b。第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b可以关于第三热敏电阻丝20c对称设置。如图4B所示,第三热敏电阻丝20c的第一端g1可以与电压源30电连接,该第三热敏电阻丝20c的第二端g2可以接地。该第三热敏电阻丝20c与上述第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的区别在于,该第三热敏电阻丝20c未接入桥电路200中。在此情况下,当电压源30可以向第三热敏电阻丝20c施加电压时,该第三热敏电阻丝20c产生的热量可以对第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b进行加热,从而达到提高第一热敏电阻丝20a 和第二热敏电阻丝20b周边介质(即,空气)的散热系数D,增大第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的温度变化△T,达到提高麦克风模组的灵敏度的目的。其中,第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b与第三热敏电阻丝20c之间的距离可以小于或等于300μm。这样一来,可以使得第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b能够接收到第三热敏电阻丝 20c产生的温度场。
在此情况下,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b作为敏感丝,以通过阻值的变化,转换成电压差△u0。第三热敏电阻丝20c可以作为加热丝,通过自身发热向第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b提供温度场。需要说明的是,上述第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的材料、尺寸规格可以相同。此外,第三热敏电阻丝20c可以与第一热敏电阻丝20a的材料、尺寸规格相同。基于此,为了有利于提高第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b周边介质的散热系数D,可以向第三热敏电阻丝20c提供更高的电压,以增大第三热敏电阻丝20c产生的热量。或者,在另一些实施例中,第三热敏电阻丝20c可以与第一热敏电阻丝20a的材料、尺寸规格不同。基于此,为了有利于提高第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b周边介质的散热系数D,可以通过调整第三热敏电阻丝20c的材料、尺寸规格,使得第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c接收到相同的电压时,该第三热敏电阻丝20c产生的热量更高。
在麦克风模组02包括上述第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c的情况下,第一热敏电阻丝20a(或者,第二热敏电阻丝20b)与第三热敏电阻丝20c 之间的间距(单位μm),和上述三个热敏电阻丝的温度(单位K)变化曲线图如图5A和图5B所示。
其中,如图5A所示,点A3所在的横坐标为0μm,该点A3表示位于中间位置的第三热敏电阻丝20c的温度为960K,第三热敏电阻丝20c的温度最高,点A3的温度位于最高点。随着距第三热敏电阻丝20c的距离增加,温度降低。在图5A中,正坐标表示在第一方向X 上距第三热敏电阻丝20c的距离,负坐标表示在第一方向X的反方向上距第三热敏电阻丝20c 的距离。当第一热敏电阻丝20a(或者,第二热敏电阻丝20b)与第三热敏电阻丝20c之间的间距增大时,第一热敏电阻丝20a(或者,第二热敏电阻丝20b)的温度减小。
当没有声波入射至第一热敏电阻丝20a(或者,第二热敏电阻丝20b)时,在第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b可以关于第三热敏电阻丝20c对称设置的情况下,位于点A1 (在第一方向X的反方向上,例如左侧,距第三热敏电阻丝20c的间距为100μm)位置的第一热敏电阻丝20a,与位于点A2(在第一方向X上,例如右侧,距第三热敏电阻丝20c的间距为100μm)位置的第二热敏电阻丝20b的温度相等,均为750K。点A1和点A2均位于一个峰值上,因为第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b在被施加电压时也会发热。
当声波如图4A所示,由第一热敏电阻丝20a所在的一侧(即左侧)入射时,靠近声波一侧的第一热敏电阻丝20a被冷却,该第一热敏电阻丝20a的温度如图5B所示有所下降,例如,下降至725K左右(点A1位置)。然而,媒介质点往复运动形成的质点对流传热会传递至远离声波一侧的第二热敏电阻丝20b上,使得第二热敏电阻丝20b的热量有所增大,例如增大至800K左右(点A2位置)。
由于声音在传播的过程中,媒介质点会往复运动,例如媒介质点不仅会由第一热敏电阻丝20a朝向第二热敏电阻丝20b的方向(例如,由图4A的左端至右端)运动,还会由第二热敏电阻丝20b朝向第一热敏电阻丝20a的方向运动(例如,从右端至左端)。因此,当媒介质点第二热敏电阻丝20b朝向第一热敏电阻丝20a的方向运动时,同理可得,该第二热敏电阻丝20b的温度会有所下降,第一热敏电阻丝20a的热量有所增大。在此情况下,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b各自温度的变化,会引起其自身带阻值的变化,进而会导致图4B所示的第一热敏电阻丝20a的第二端b2和第二热敏电阻丝20b的第二端c2之间的电压差△u0发生变化。由上述可知,这样可以实现将第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的阻值变化,转换为电压差△u0。从而通过获取上述电压差△u0,便可以获取声音信息。
需要说明的是,上述是以麦克风模组02为三线模型(即包括第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c)为例,结合热敏电阻丝的温度与热敏电阻丝之间间距的曲线,对声波入射至第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b时,该第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b的温度变化进行的说明。
当麦克风模组02为二线模型(即包括第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b)时,上述第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b即可以作为敏感丝,以通过阻值的变化,转换成电压差△u0,又可以作为加热丝通过自身发热提供温度场。在此情况下,声波未入射至热敏电阻丝,或者声波入射至热敏电阻丝时,热敏电阻丝的温度与热敏电阻丝之间间距的曲线变化规律同上所述,此处不再赘述。不同之处在于,上述曲线横坐标的间距为第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b之间的间距。
由上述可知,当麦克风模组02为三线模型时,该麦克风模组02包括一条位于中间位置的加热丝(例如,第三热敏电阻丝20c),以及两条分别位于加热丝两侧各一条的敏感丝(例如,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b)。在本申请的另一些实施例中,加热丝单侧可以设置两条或两条以上并联的敏感丝,且加热丝两侧的敏感丝的数量可以相同。本申请对敏感丝的数量不做限定,只要保证敏感丝均能接入图4B所示的桥电路200即可。
综上所述,上述作为敏感丝的热敏电阻丝的阻值可以在气流,例如声波信号的作用下发生变化。在此情况下,上述麦克风模组02可以称为热线式矢量麦克风模组或者矢量传感器 (acoustic vector sensor,AVS)模组。该AVS模组相对于频响一致性差的翘板式矢量麦克风模组,以及工艺加工难度大的纤毛式矢量麦克风模组而言,AVS模组具有能够应用于工业测量,且信噪比高、加工简单等优势。
由上述可知,为了向各个热敏电阻丝提供电压,在本申请的一些实施例中,如图4B所示,第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c连接同一个电压源30。基于此,在麦克风模组02还包括与电压源30相连接的控制器40的情况下,如图6所示,控制器40可以获取第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c中至少一个热敏电阻丝的上述第一信号(用于表征热敏电阻丝的阻值),并根据第一信号控制电压源30在第一环境温度T1下,输出第一电压U1,在第二环境温度T1下,输出第一电压U1 输出第二电压U2。
在此情况下,当麦克风模组02处于第一环境温度T1时,可以通过上述电压源30向第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c中的任一个、两个或三个施加第一电压U1,使得麦克风模组02具有较高灵敏度以及良好信噪比。当麦克风模组02的使用环境发生变化,例如温度由上述第一环境温度T1变为第二环境温度T2时,可以通过上述电压源30向第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c中的任一个、两个或三个施加第二电压U2,使得麦克风模组02仍然能够保持较高灵敏度以及良好信噪比。
需要说明的是,上述是以麦克风模组02为三线模型,即包括第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c三个热敏电阻丝为例,对控制器40的控制方式进行的举例说明。当麦克风模组02如图3所示为二线模型,即包括第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b两个热敏电阻丝时,控制器40控制方式同上所述,在一些实施例中,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b可以在同一环境温度下接收到电压源30输出的电压相同,具体控制过程此处不再赘述。
上述是以麦克风模组02中多条热敏电阻丝连接同一个电压源40为例进行的说明。在本申请的一些实施例中,在麦克风模组02为二线模型(即包括第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b)的情况下,如图7所示,麦克风模组02可以包括两个子电压源,分别为第一子电压源30a和第二子电压源30b,例如电压源包括两个子电压源,分别为第一子电压源30a和第二子电压源30b。第一热敏电阻丝20a的第一端b1与第一子电压源30a电连接,第二热敏电阻丝20b的第一端c1与第二子电压源30b电连接。此外,上述第一子电压源30a和第二子电压源30b均与控制器40电连接。
在此情况下,控制器40可以根据热敏电阻的电阻值变化,可以获知外部的环境温度,通过不同的电压源分别对施加至第一热敏电阻丝20a和/或第二热敏电阻丝20b的电压进行控制,以使得麦克风模组02性能不会随着环境温度的变化而产生较大的波动。此外,在同一环境温度下,第一子电压源30a和第二子电压源30b输出的电压可以相同,这样一来,相对于采用两个热敏电阻丝共用一个电压源的方案而言,可以降低第一子电压源30a和第二子电压源30b 的负载,达到降低功耗的目的。
同理,在本申请的一些实施例中,在麦克风模组02为三线模型(即包括第一热敏电阻丝 20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c)的情况下,如图8所示,麦克风模组02 可以包括三个电压源,分别为第一子电压源30a、第二子电压源30b以及第三子电压源30c。第一热敏电阻丝20a的第一端b1与第一子电压源30a电连接,第二热敏电阻丝20b的第一端 c1与第二子电压源30b电连接,第三热敏电阻丝20c的第一端g1与第三子电压源30c。
在一些实施例中,一个电压源还可以有多个输出端,不同的输出端可以电连接不同的元件,例如热敏电阻丝、热敏电阻或加热元件,不同的输出端可以输出相同的电压或不同的电压,以为不同的元件供电。例如,电压源的第一输出端为第一热敏电阻丝20a供电,电压源的第二输出端为第二热敏电阻丝20b供电。在一些实施例中,一个电压源的相同的输出端可以连接不同的元件,为不同的元件提供相同的电压。例如一个电压源可以同时为两个热敏电阻提供相同的电压。在一些实施例中,电压源可以为电压转换器等。
此外,上述第一子电压源30a、第二子电压源30b以及第三子电压源30c均与控制器40 电连接。在此情况下,控制器40可以根据外部的环境温度,通过不同的电压源分别对施加至第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c的电压进行控制,以使得麦克风模组02性能
基于此,上述流体检测装置01,例如麦克风模组02可以应用于具有语音识别或语音通话功能的任意一个电子设备中。示例的,该电子设备可以为功率较大的电视机、台式电脑、一体机、智能音响设备、车载语音识别设备等。或者,该电子设备还可以为功率较小的平板电脑、手机、智能手表等。以电子设备为如图9所示的电视机03为例,该电视机03可以包括壳体300以及位于该壳体300内的显示屏301以及设置于该显示屏下方的麦克风模组02。该电子设备03具有与前述实施例提供的麦克风模组02相同的技术效果,因此具有上述麦克风模组02的电子设备,当用户使用环境温度不同时,该麦克风模组02的性能不会随着环境温度的变化而产生较大的波动。
需要说明的是,本申请对上述显示屏的类型不做限定,可以为液晶显示屏,有机电致发光显示屏或量子点电致发光显示屏。
以下以具有麦克风模组02的电子设备03为图9所示的电视机,且该麦克风模组02为如图8所示三线模型为例,对控制器40的结构以及根据温度控制施加至各个热敏电阻丝的电压的控制方法进行详细的说明。麦克风模组02可以位于电视机的任一位置,例如可以位于电视机的下边框(如图9所示)、上边框、左侧边框、右侧边框或位于显示屏301的后方。其中,控制器40的控制方法包括如图10所示的S100~S102。
S100、接收用户的模式选择操作。
示例的,上述麦克风模组02的工作模式可以包括第一模式(例如省电模式)和第二模式 (例如高性能模式)。省电模式下,麦克风模组02的功耗较小,但是麦克风模组02输出的电信号较小(例如,图8中的电压差△u0较小,和/或,电压源向加热元件和/或热敏电阻提供的供电电压较小),此时麦克风模组02的性能(例如,灵敏度)较差。反之,高性能模式下,麦克风模组02的功耗较大,但是麦克风模组02输出的电信号较大(例如,图8中的电压差△u0较大,和/或,电压源向加热元件和/或热敏电阻提供的供电电压较大),此时麦克风模组02的性能较好。
示例的,在上述麦克风模组02应用于电视机的情况下,当电视机在播放图像和声音,且无需进行通话和语音识别时,用户对麦克风模组02的灵敏度要求较低。此时,上述麦克风模组02可以工作于省电模式。或者,电视机进行语音识别或者语音通话时,用户对麦克风模组 02的灵敏度要求较高。此时,上述麦克风模组02可以工作于高性能模式。
在此情况下,在麦克风模组02在进行语音识别或语音通话之前,用户可以根据需要对麦克风模组02的工作模式进行选择,或者,电子设备可以基于当前的状态自动判断进入省电模式或高性能模式。在本申请的一些实施例中,用户可以通过电视机遥控器,如图11A所示,在电视机(电子设备03)的显示屏301的设置界面中,通过控制选择按键302的位置,以对省电模式和高性能模式进行选择。例如,选择按键302位于左侧表示麦克风模组02的工作模式开启,选择按键302位于右侧表示麦克风模组02的工作模式关闭。在一些实施例中,还可以通过手机为电视选择省电模式或高性能模式。在一些实施例中,电子设备可以根据当前运行的软件、程序或功能中的一种或几种自动判断进入省电模式或高性能模式。例如,当用户打开电子设备的语音通话功能,或电子设备正在使用自身的麦克风进行语音通过时,麦克风模组02自动进入高性能模式;又如,电子设备可以进行语音识别,当电子设备未通过语音被唤醒时,麦克风模组02为省电模式,当电子设备通过语音被唤醒时(例如用户呼叫唤醒词“小艺小艺”唤醒智能语音系统),电子设备需要识别用户的语义,麦克风模组02自动进入高性能模式。
基于此,在本申请的一些实施例中,当用户执行第一模式选择操作时,省电模式对应的选择按键302位于左侧,使得省电模式处于开启状态。在此情况下,控制器40执行上述S100 具体包括:该控制器40接收用户的上述第一模式选择操作,并响应于第一模式选择操作,控制电压源,例如图8所示的第一子电压源30a、第二子电压源30b以及第三子电压源30c输出第一模式初始电压U1。
或者,在本申请的另一些实施例中,当用户执行第二模式选择操作时,图11A所示的高性能模式对应的选择按键302位于左侧,使得高性能模式处于开启状态。在此情况下,控制器40执行上述S100具体包括:该控制器40接收用户的上述第二模式选择操作,并响应于第二模式选择操作,控制电压源,例如图8所示的第一子电压源30a、第二子电压源30b以及第三子电压源30c输出第二模式初始电压U2。
以下对第一模式的初始电压U1和第二模式的初始电压U2数值的设置方式进行说明。图 11B为声波传输过程中,质点的振动频率与麦克风模组02的灵敏度之间的曲线关系。其中,当施加至上述第一热敏电阻丝20a以及第二热敏电阻丝20b的电压U不同时,获得的上述曲线(例如,曲线①、曲线②以及曲线③)不同。
具体的,曲线①、曲线②以及曲线③施加至上述第一热敏电阻丝20a以及第二热敏电阻丝20b的电压U依次增大。在此情况下,当质点的振动频率不变,例如为2000Hz时,由上述三条曲线可以看出,施加至上述第一热敏电阻丝20a以及第二热敏电阻丝20b的电压U越大,麦克风模组02的灵敏度越高,麦克风模组01的性能越好。反之,施加至上述第一热敏电阻丝20a以及第二热敏电阻丝20b的电压U越小,麦克风模组02的灵敏度越低,麦克风模组01的性能越差。
此外,施加至上述第一热敏电阻丝20a以及第二热敏电阻丝20b的电压U以及麦克风模组02的性能(包括:灵敏度、信噪比以及本底噪声)之间的关系还可以如表1所示。
表1
由表1同样可以看出,当施加至上述第一热敏电阻丝20a以及第二热敏电阻丝20b的电压U越大时,麦克风模组02的灵敏度越高,此外信噪比也越大,但是本底噪声会有所增大。反之,施加至上述第一热敏电阻丝20a以及第二热敏电阻丝20b的电压U越小时,麦克风模组02的灵敏度越低,此外信噪比越小,但是本底噪声会有所减小。此外由表1可知,相对于电压的变化对灵敏度和信噪比的影响而言,电压的变化对本底噪声的影响较小。因此,在考虑灵敏度和信噪比作为主要影响麦克风模组02性能指标的影响因素的前提下,高性能模式下提供至上述热敏电阻丝的第二模式初始电压U2,可以大于省电模式下提供至上述热敏电阻丝的第一模式初始电压U1。
示例的,第一模式初始电压U1可以为2V~4V。当第一模式初始电压U1小于2V时,施加至热敏电阻丝上的电压太小,从而使得麦克风模组02的灵敏度太低,对麦克风模组02 的性能造成影响。此外,当第一模式初始电压U1大于4V时,施加至热敏电阻丝上的电压太大,增加了麦克风模组02的功耗,降低了省电效果。在本申请的一些实施例中,上述第一模式初始电压U1可以为2V、2.5V、3V、3.5V或者4V。
此外,第二模式初始电压U2可以为5V~12V。当第二模式初始电压U2小于5V时,施加至热敏电阻丝上的电压太小,从而使得麦克风模组02的灵敏度太低,不利于麦克风模组02达到高性能的标准。此外,当第二模式初始电压U2大于12V时,施加至热敏电阻丝上的电压太大,增加了麦克风模组02的功耗,热敏电阻丝发热严重,增加了热敏电阻丝失效的风险。在本申请的一些实施例中,上述第二模式初始电压U2可以为5V、6V、7V、8V、9V、 10V、11V或者12V。
需要说明的是,上述是以用户通过电视机遥控器,在如图11A所示的电视机显示屏301 的设置界面中,通过控制选择按键302的位置,执行上述第一模式选择操作或第二模式选择操作,以对省电模式或高性能模式进行选择为例进行的说明。在本申请的另一些实施例中,用户还可以直接对电视机遥控器上设置的模式按钮进行按压,以执行上述第一模式选择操作或第二模式选择操作。
或者,在本申请的另一些实施例中,当电视机可以通过无线方式与用户的移动终端,例如手机或者平板电脑电连接时,用户还可以在手机操作界面中通过控制选择按键,以执行上述第一模式选择操作或第二模式选择操作。本申请对此不作限定。
基于此,为了使得控制器40能够根据用户的模式选择操作,获取到上述第一模式初始电压U1和第二模式初始电压U2,该麦克风模组02还可以包括如图12所示的存储器50,该存储器50与控制器40电连接。存储器50中存储有第一模式初始电压U1和第二模式初始电压 U2。
在此情况下,当控制器40接收到用户发出的第一模式选择操作时,可以响应于该第一模式选择操作,从存储器50获取第一模式初始电压U1,并控制第一子电压源30a、第二子电压源30b以及第三子电压源30c向其各自所电连接的热敏电阻丝输出上述第一模式初始电压 U1。同理,当控制器40接收到用户发出的第二模式选择操作时,可以响应于该第二模式选择操作,从存储器50获取第二模式初始电压U2,并控制第一子电压源30a、第二子电压源 30b以及第三子电压源30c向其各自所电连接的热敏电阻丝输出上述第二模式初始电压U2。
以下对上述控制器40的具体结构进行举例说明。在本申请的一些实施例中,如图13所示,该控制器40可以包括至少一个控制组件(例如第一控制组件401a、第二控制组件401b 以及第三控制组件401c),以及处理器电路402。
其中,第一控制组件401a、第二控制组件401b以及第三控制组件401c中的任意一个或多个控制组件可以包括电压控制电路。在此情况下,第一控制组件401a中的电压控制电路 410a与第一子电压源30a和处理器电路402电连接。第二控制组件401b中的电压控制电路410b与第二子电压源30b和处理器电路402电连接。第三控制组件401c中的电压控制电路410c与第三子电压源30c和处理器电路402电连接。上述任意一个电压控制电路用于根据处理器电路402输出的电压控制指令,控制该电压控制电路所电连接的电压源输出的电压。
在此情况下,当控制器40中的处理器电路402接收到用户发出的第一模式选择操作时,处理器电路402可以响应于该第一模式选择操作,从存储器50获取第一模式初始电压U1,并向第一控制组件401a、第二控制组件401b以及第三控制组件401c中的电压控制电路输出电压控制指令。第一控制组件401a中的电压控制电路410a根据电压控制指令,控制其所电连接的第一子电压源30a输出上述第一模式初始电压U1。第二控制组件401b中的电压控制电路410b根据电压控制指令,控制其所电连接的第二子电压源30b输出上述第一模式初始电压U1。第三控制组件401c中的电压控制电路410c根据电压控制指令,控制其所电连接的第三子电压源30c输出上述第一模式初始电压U1。
同理,当控制器40中的处理器电路402接收到用户发出的第二模式选择操作时,处理器电路402可以响应于该第二模式选择操作,从存储器50获取第二模式初始电压U2,并向第一控制组件401a、第二控制组件401b以及第三控制组件401c中的电压控制电路输出电压控制指令。第一控制组件401a中的电压控制电路410a根据电压控制指令,控制其所电连接的第一子电压源30a输出上述第二模式初始电压U2。第二控制组件401b中的电压控制电路410b根据电压控制指令,控制其所电连接的第二子电压源30b输出上述第二模式初始电压U2。第三控制组件401c中的电压控制电路410c根据电压控制指令,控制其所电连接的第三子电压源30c输出上述第二模式初始电压U2。
在本申请的一些实施例中,上述任意一个电压控制电路(例如电压控制电路410a)可以包括数模转换器(digital to analog converter,DAC)和功率放大器。该DAC用于将处理器电路402输出的数字信号,即上述电压控制指令,转换成模拟电压输出至功率放大器。功率放大器将上述模拟电压放大后,输出至该电压控制电路(例如电压控制电路410a)所电连接的电压源(例如,第一子电压源30a),以使得该第一子电压源30a输出上述模拟电压信号。
在麦克风模组02的工作模式确定的情况下,当外界的环境温度发生变化时,为了保证麦克风模组02的性能不会产生较大的波动,该麦克风模组02的控制过程还包括以下S101和 S102。
S101、获取第一信号。
由上述可知,上述热敏电阻可以产生与温度相对应的第一信号,该第一信号用于表征热敏电阻的电阻值。以麦克风模组02包括两个热敏电阻分别为上述第一热敏电阻丝20a 和第二热敏电阻丝20b为例,该第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b的电阻值可以根据温度的变化而变化。例如,上述第一信号反应第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b 的电阻值,例如,第一信号可以是第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b的电阻值,或控制器40采集的电压源向热敏电阻丝输出的电流I。在一些实现方式中,控制器40执行S101以获得第一信号可以包括:控制器40采集电压源向热敏电阻丝输出的电流I(即电流信号),并根据采集到的电流I以及电压源输出的电压U,获取热敏电阻丝的电阻R(R=U/I)。在一些实施例中,第一信号还可以是桥电路中的电压差△u0,电压差△u0可以表征热敏电阻的电阻值,电压差△u0的变化反应热敏电阻的电阻值的变化。在一些实施例中,第一信号还可以是第一热敏电阻丝20a的第二端b2的电压值,和/或,第二热敏电阻丝20b的第二端 c2的电压值,第一热敏电阻丝20a的第二端b2的电压值的变化可以反应第一热敏电阻丝20a 的电阻值的变化,第二热敏电阻丝20b的第二端c2的电压值的变化可以反应第二热敏电阻丝20b的电阻值的变化。
在一些实施例中,在麦克风模组02为上述三线模型的情况下,为了使得控制器40能够获取不同热敏电阻丝的电阻。如图13所示,该控制器40中的第一控制组件401a、第二控制组件401b以及第三控制组件401c中的任意一个控制组件还包括电流采集电路。其中,第一控制组件401a中的电流采集电路420a与第一子电压源30a电连接,该电流采集电路420a用于采集第一子电压源30a向第一热敏电阻丝20a输出的电流。
同理,第二控制组件401b中的电流采集电路420b与第二子电压源30b电连接,该电流采集电路420b用于采集第二子电压源30b向第二热敏电阻丝20b输出的电流。第三控制组件 401c中的电流采集电路420c与第三子电压源30c电连接,该电流采集电路420c用于采集第三子电压源30c向第二热敏电阻丝20c输出的电流。
在此情况下,与上述各个电流采集电路电连接的处理器电路402可以根据第一子电压源30a输出的电压,以及第一控制组件401a中电流采集电路420a采集到的电流,计算出第一热敏电阻丝20a的电阻Ra。处理器电路402还可以根据第二子电压源30b输出的电压,以及第二控制组件401b中电流采集电路420b采集到的电流,计算出第二热敏电阻丝20b的电阻Rb。在上述第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的材料、尺寸规格一样的情况下,处理器电路402获得的可以相同,因此第一热敏电阻丝20a的电阻Ra或第二热敏电阻丝20b 的电阻Rb,可以作为该处理器电路402获得的电阻。
然而,当声波如图13所示,由第一热敏电阻丝20a所在的一侧(即左侧)入射时,靠近声波一侧的第一热敏电阻丝20a被冷却,该第一热敏电阻丝20a的温度如图5B所示有所下降,例如如图13所示,第一热敏电阻丝20a的温度下降至Ta-△T。此外,媒介质点往复运动形成的质点对流传热会传递至远离声波一侧的第二热敏电阻丝20b上,使得第二热敏电阻丝20b 的热量有所增大,例如如图13所示,第二热敏电阻丝20b的温度增大至Tb+△T。
在上述第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的材料、尺寸规格一样的情况下,声波会导致第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的温度不同,从而导致第一热敏电阻丝 20a实际的阻值(Ra-△R)和第二热敏电阻丝20b实际的阻值(Ra+△R)不同。因此,当有声波入射至第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b时,处理器电路402在计算电阻时,需要将第一热敏电阻丝20a实际的阻值(Ra-△R)与第二热敏电阻丝20b实际的阻值(Ra+ △R)相加并计算平均值作为上述电阻。从而可以消除声波引起的第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b阻值变化△R对计算获得的电阻的影响。
或者,当波引起的第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b阻值变化△R较小时,可以忽略不计。在此情况下,第一热敏电阻丝20a实际的阻值(Ra-△R)和第二热敏电阻丝20b 实际的阻值(Ra+△R)中的任意一种阻值均可以作为上述电阻。接下来,可以执行以下S102,以根据获得的电阻计算环境温度,并向热敏电阻丝提供与该环境温度相匹配的电压,以减小麦克风模组02的性能受到环境温度的影响而产生的波动。
S102、根据第一信号,控制电压源在第一环境温度下输出第一电压,在第二环境温度下输出第二电压。
具体的,图13所示的处理器电路402可以执行上述S102,以根据第一信号,即上述第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b的电阻,向第一控制组件401a中电压控制电路410a输出电压控制指令,使得与该电压控制电路410a电连接的第一子电压源30a在第一环境温度T1下,输出第一电压U1,在第二环境温度下T2,输出第二电压U2。与此同时,处理器电路402向第二控制组件401b中电压控制电路410b输出电压控制指令,使得与该电压控制电路410b电连接的第二子电压源30b在第一环境温度T1下,输出第一电压U1,在第二环境温度下T2,输出第二电压U2。
基于此,在上述第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的材料、尺寸规格一样的情况下,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b在相同环境温度下接收到的温度相同。例如,当在第一环境温度T1下,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b均接收到上述第一电压U1,在第二环境温度T2下,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b均接收到上述第二电压U2。
示例的,在第一环境温度T1高于第二环境温度T2的情况下,上述第一电压U1可以大于第二电压U2。这样一来,当环境温度由第一环境温度T1降低至第二环境温度T2时,可以将施加至第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的电压由第一电压U1降低为第二电压U2。或者,当环境温度由第二环境温度T2升高至第一环境温度T1时,可以将施加至第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的电压由第二电压U2升高至第一电压U1。这样一来,通过调节施加至第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的电压,减小麦克风模组02的性能受到环境温度影响而产生的波动。
需要说明的是,在第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c 的材料、尺寸规格一样的情况下,在同一环境温度下,第三控制组件401c中的电压控制电路 410c可以控制第三子电压源30c输出的电压与第一子电压源30a、第二子电压源30b输出的电压相同,从而使得同一环境温度下,第三热敏电阻丝30c与第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b接收到的电压相同。
此外,上述是以第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b分别与不同的控制组件电连接为例进行的说明。由于在上述第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的材料、尺寸规格一样的情况下,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b在相同环境温度下接收到的温度相同。因此,第一热敏电阻丝20a电连接的第一控制组件401a中的电压控制电路410a和第二热敏电阻丝20b电连接的第二控制组件401b中的电压控制电路410b可以共用。且上述第一子电压源30a和第二子电压源30b也可以共用。
由上述可知,该麦克风模组02中的处理器电路402计算得到的环境温度需要与施加至热敏电阻丝,例如第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的电压相匹配。从而使得外部环境温度的变化不会对麦克风模组02的性能造成较大的波动。在此情况下,可以通过仿真或者试验测试等方式,在麦克风模组02的性能,例如上述灵敏度、信噪比以及本底噪声不变的情况下,获取不同环境温度下,与该各个环境温度对应的施加至热敏电阻丝的电压所构成的数据集合。并将上述数据集合存储与存储器50中。
这样一来,当麦克风模组02中的处理器电路402计算得到的环境温度时,可以从存储器50中调用与该环境温度相匹配的电压,并控制上述电压源向热敏电阻丝提供该电压,减小麦克风模组02的性能收到环境温度影响而产生的波动。以下对上述数据集合进行详细的举例说明。
例如,在本申请的一些实施例中,处理器电路402在执行上述S102之前,可以在麦克风模组02的存储器50中存储如表2所示的第一数据集合DS1和如表3所示的第二数据集合DS2。
表2
由表2可以看出,第一数据集合DS1可以包括多个电阻值范围,例如(R1~R2)、(R2~R3)、 (R3~R4)以及(R4~R5)……和多个环境温度,例如,Tes1、Tes2、Tes3以及Tes4……。一个电阻值范围与一个环境温度相匹配。例如,电阻值范围(R1~R2)与环境温度Tes1相匹配,电阻值范围(R2~R3)与环境温度Tes2相匹配,电阻值范围(R2~R3)与环境温度Tes3 相匹配,电阻值范围(R4~R5)与环境温度Tes4相匹配。
表3
由表3可以看出,第二数据集合DS2包括多个环境温度范围,例如(Tes1~Tes2)、(Tes2~ Tes3)、(Tes3~Tes4)以及(Tes4~Tes5)……和多个电压,例如Uo1、Uo2、Uo3以及Uo4……。一个环境温度范围与一个电压相匹配,例如环境温度范围(Tes1~Tes2)与电压Uo1相匹配,环境温度范围(Tes2~Tes3)与电压Uo2相匹配,环境温度范围(Tes3~Tes4)与电压Uo3相匹配,环境温度范围(Tes4~Tes5)与电压Uo4相匹配。
在此情况下,图13所示的处理器电路402执行上述S102可以包括如图14所示的S201 和S202。
S201,从第一数据集合DS1中,根据第一信号,获取与热敏电阻的电阻所在的电阻值范围相匹配的环境温度。
具体的,处理器电路402可以从表2所示的第一数据集合DS1中,获取与执行S101时得到热敏电阻(例如,第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b)的电阻所在的电阻值范围相匹配的环境温度。例如,当上述电阻位于电阻值范围(R1~R2)时,处理器电路402可以获取与该电阻值范围(R1~R2)相匹配的环境温度Tes1,作为第一环境温度。或者,当上述电阻位于电阻值范围(R3~R3)时,处理器电路402可以获取与该电阻值范围(R2~R3) 相匹配的环境温度Tes2,作为第二环境温度。
需要说明的是,上述环境温度,是指热敏电阻丝工作时所处周边空气的温度。然而热敏电阻丝通电后,自身会产生一定的温度(可以称为工作温度)。该工作温度与热敏电阻丝的性能参数,例如阻值有关。然而环境温度与工作温度之间具有一定的温度差。因此,如果直接采用热敏电阻丝的实时阻抗对应的工作温度,作为上述环境温度从第二数据集合DS2中调用电压,会导致调用的电压不准确,从而影响麦克风模组02性能的稳定性。
因此为了提高麦克风模组02中控制器40获取的电阻的准确度,可以通过仿真或者试验测试等方式,在麦克风模组02的性能,例如上述灵敏度、信噪比以及本底噪声不变的情况下,获取不同环境温度下,与该各个环境温度对应的工作温度所构成的数据集合。并将上述数据集合存储与存储器50中。
这样一来,处理器电路402可以根据计算得到的实时阻抗,获得与该实时阻抗相匹配的工作温度,再由该工作温度进一步获取与该工作温度相匹配的环境温度,该环境温度更贴近热敏电阻丝真实所处环境的实际温度。接下来,采用该环境温度第二数据集合DS2中调用电压,提高最终获取到的电压的准确性。以下对上述具有热敏电阻丝阻值、环境温度以及工作温度的数据集合进行详细的举例说明。
具体的,上述第一数据集合DS1可以包括如表4所示的第一子集合DS1a和如表5所示的第二子集合DS1b。
表4
由表4可以看出,第一子集合DS1a可以包括多个电阻值范围(R1~R2)、(R2~R3)、(R3~R4)以及(R4~R5)……和多个工作温度范围(Tw1~Tw2)、(Tw2~Tw3)、(Tw3~Tw4) 以及(Tw4~Tw5)……。一个电阻值范围与一个工作温度范围相匹配,例如电阻值范围 (R1~R2)与工作温度范围(Tw1~Tw2)相匹配,电阻值范围(R2~R3)与工作温度范围 (Tw2~Tw3)相匹配,电阻值范围(R3~R4)与工作温度范围(Tw3~Tw4)相匹配,电阻值范围(R4~R5)与工作温度范围(Tw4~Tw5)相匹配。
表5
由表5可以看出,第二子集合DS1b包括多个工作温度范围(Tw1~Tw2)、(Tw2~Tw3)、 (Tw3~Tw4)以及(Tw4~Tw5)……和多个环境温度,例如,Tes1、Tes2、Tes3以及Tes4……。一个工作温度范围与一个环境温度相匹配,例如温度范围(Tw1~Tw2)与环境温度Tes1 相匹配,温度范围(Tw2~Tw3)与环境温度Tes2相匹配,温度范围(Tw,3~Tw4)与环境温度Tes3相匹配,温度范围(Tw4~Tw5)与环境温度Tes4相匹配。
在此情况下,控制器40中的处理器电路402执行上述S201可以包括:
首先,处理器电路402可以从如表4所示的第一子集合DS1a中,获取与电阻所在的电阻值范围相匹配的工作温度。例如,当上述电阻位于电阻值范围(R1~R2)时,处理器电路402可以获取与该电阻值范围(R1~R2)相匹配的工作温度范围(Tw1~Tw2),作为第一工作温度范围。或者,当上述电阻位于电阻值范围(R3~R3)时,处理器电路402可以获取与该电阻值范围(R2~R3)相匹配的工作温度范围(Tw2~Tw3),作为第二工作温度范围。
接下来,处理器电路402从如表5所示的第二子集合DS1b中,获取与第一工作温度范围(Tw1~Tw2)相匹配的环境温度Tes1,作为第一环境温度,或者,从第二子集合DS1b 中获取与第二工作温度范围(Tw2~Tw3)相匹配的第二环境温度Tes1。
由上述可知,控制器40中的处理器电路402执行上述S201的过程中,可以通过采集到的电阻,并从该存储器50中存储的第一数据集合DS1(包括第一子集合DS1a和第二子集合DS1b)中,调取与电阻相匹配的环境温度。因此,电阻值的准确度最终会影响到获取到的环境温度的准确度。基于此,为了提高麦克风模组02中控制器40获取的电阻的准确度,如图15所示,该麦克风模组02还可以包括温度检测器51。该温度检测器51与控制器40电连接,且设置于第二热敏电阻丝20b(或,第一热敏电阻丝20a)的附近,该温度检测器51用于采集第二热敏电阻丝20b(或,第一热敏电阻丝20a)的温度,并将采集的信号传输至控制器40中的处理器电路402中。在一些实施例中,温度检测器51采集的信号可以为第一信号。
基于此,控制器40中处理器电路402从第一子集合DS1a中,获取与电阻所在的电阻值范围相匹配的第一工作温度范围或第二工作温度范围之后,从第二子集合DS1b中获取与第一工作温度范围相匹配的第一环境温度,或者,从第二子集合中获取与第二工作温度范围相匹配的第二环境温度之前,处理器电路402还用于判断温度检测器51采集热敏电阻丝的温度是否位于第一工作温度范围或第二工作温度范围之内。
在此情况下,处理器电路402用于从第二子集合DS1b中,获取与工作温度范围相匹配的环境温度包括:
若温度检测器51采集热敏电阻丝的温度位于工作温度范围之内,从第二子集合DS1b 中获取与第一工作温度范围相匹配的第一环境温度,或者,从第二子集合中获取与第二工作温度范围相匹配的第二环境温度。或者,若温度检测器51采集热敏电阻丝的温度位于工作温度范围之外,处理器电路402再次获取热敏电阻丝的电阻。
这样一来,当处理器电路402根据获取到的电阻,从存储器50中调用得到工作环境温度范围之后,可以判断温度检测器51采集热敏电阻丝的温度是否落入该工作环境温度范围之内。如果温度落入该工作环境温度范围之内,则说明处理器电路402获取到的电阻准确,从而可以根据上述环境温度范围,继续获取与该环境温度范围相配的环境温度。
此外,如果温度未落入该工作环境温度范围之内,则说明处理器电路402获取到的电阻不准确,处理器电路402需要再次获取热敏电阻丝的电阻,达到提供获取电阻的准确性。接下来,当处理器电路402由电阻获取到环境温度后,该处理器电路402可以执行以下S202以获得与该环境温度向匹配的电压。
需要说明的是,上述是以控制器40中的处理器电路402通过判断温度检测器51采集的热敏电阻丝的温度是否位于工作温度范围之内,来判断处理器电路402计算得到的热敏电阻丝的电阻是否准确进行判断。接下来,通过热敏电阻丝的电阻获取热敏电阻丝所处的环境温度,并执行以下S202获取与该环境温度相匹配的电压。在本申请的另一些实施例中,处理器电路402可以无需计算热敏电阻丝的电阻,直接通过温度检测器51采集的热敏电阻丝的温度,得到热敏电阻丝所处的环境温度,并执行以下S202获取与该环境温度相匹配的电压。
S202、从第二数据集合中,获取与环境温度相匹配的电压,并控制电压源输出该电压。
具体的,控制器40中的处理器电路402执行上述S202的过程中,从如表3所示的第二数据集合DS2中,获取与第一环境温度范围(Tes1~Tes2)相匹配的电压Uo1,作为第一电压,并控制上述电压源,例如图13所示的第一子电压源30a、第二子电压源30b以及第三子电压源30c,分别向第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c输出上述电压Uo1。
或者,控制器40中的处理器电路402执行上述S202的过程中,从如表3所示的第二数据集合DS2中,获取与第二环境温度范围(Tes2~Tes1)相匹配的电压Uo2,作为第二电压,并控制上述电压源,例如图13所示的第一子电压源30a、第二子电压源30b以及第三子电压源30c,分别向第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c输出上述电压Uo2。
这样一来,当热敏电阻丝所处的第一环境温度T1位于第一环境温度范围(Tes1~Tes2) 时,该热敏电阻丝接收到的电压为作为第一电压U1的电压Uo1,当热敏电阻丝所处的第二环境温度T2位于第二环境温度范围(Tes2~Tes3)时,该热敏电阻丝接收到的电压为作为第二电压U2的电压Uo2。由上述可知,在第一环境温度T1高于第二环境温度T2的情况下,上述第一电压U1可以大于第二电压U2,从而可以通过调节施加至第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的电压,减小麦克风模组02的性能受到环境温度影响而产生的波动。
在此基础上,由上述公式(1)、公式(2)以及公式(3)可知,热敏电阻丝20的温度变化△T程度与介质的热扩散系数D成正比。此外由公式(5)可知,热敏电阻丝20的温度变化△T越大,第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b输出端的电压差△u0越大。而该电压差△u0与麦克风模组02的灵敏度的成正比。因此,麦克风模组02所处介质的热扩散系数D 越高,即环境温度越高,麦克风模组02的灵敏度越高。然而,麦克风模组02所处环境的温度不能无限制高,环境温度过高时,会导致热敏电阻丝损坏,从而麦克风模组02无法正常工作。
为了解决上述问题,在本申请的一些实施例中,在第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝20c的材料、尺寸规格一样的情况下,为了对第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b和/或第三热敏电阻丝20c的工作状态进行检测,处理器电路402还可以根据第三子电压源30c输出的电压,以及第三控制组件401c中电流采集电路420c采集到的电流,计算出第三热敏电阻丝20c的电阻Rc。由于热敏电阻丝的电阻会根据温度的变化而变化,通过获取第三热敏电阻丝20c的电阻Rc可以获得上述三个热敏电阻丝的温度。当该温度超过温度阈值时,可以发出警示信号,例如蜂鸣或者闪灯,以起到提醒用户麦克风模组 02的温度过高,可以适当关闭麦克风模组02,或者将高性能模式切换成省电模式。
或者,在本申请的另一些实施例中,可以通过检测第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b第二端的电压,当该电压过大时,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的温度较高,可以停止向第三热敏电阻丝20c施加电压,第三热敏电阻丝20c不再向第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b提供温度场,从而达到降低第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b温度的目的。在此情况下,上述麦克风模组02中可以无需设置与第三热敏电阻丝20c电连接的第三控制组件401c和第三的电压源30c。该第三热敏电阻丝20c与第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b共用电压源即可。
以下对通过检测第一热敏电阻丝20a或第二热敏电阻丝20b输出的电压,以控制是否对第三热敏电阻丝20c施加电压的方式进行举例说明。在本申请的一些实施例中,如图16所示,上述麦克风模组02可以包括开关(以开关管M为例)、电感L以及比较器60。上述开关可以与作为加热元件的第三热敏电阻丝20c串联。开关的选通端接收控制信号,开关基于控制信号选择性导通。例如,当开关为开关管M时,开关管M的第一极k1与第三热敏电阻丝20c 的第二端g2电连接,开关管M的第二极k2接地。电感L的第一端l1与第二热敏电阻丝20b 的第二端c2(或者,第一热敏电阻丝20a的第二端b2)电连接。电容C的第一端m1与电感 L的第二端l2电连接,电容C的第二端m2接地。电感L和电容C可以构成滤波电路,用于对信号进行滤波处理。
此外,比较器60的第一输入端(例如标识有“+”的一端)与电感L的第二端l2电连接。比较器60的第二输入端(例如标识有“-”的一端)用于接收参考电压Vref。比较器60的输出端与开关管M的选通端k3,例如,栅极(gate)电连接。比较器60用于若比较得出比较器60的第一输入端的电压V0大于参考电压Vref,则向开关管M的选通端输出控制信号,以控制开关管M截止,若比较得出比较器60的第一输入端的电压小于参考电压Vref,则向开关管M的选通端输出控制信号,以控制开关管M导通。此外,比较器60还电连接有第一工作电压端VDD和第二工作电压端VSS。上述第一工作电压端VDD和第二工作电压端VSS 之间具有电压差,以驱动比较器60进行工作。
上述开关管M可以为场效应晶体管(field effect transistor,EFT),该开关管M的第一极 k1可以为源极(source),第二极k2可以为漏极(drain),或者开关管M的第一极k1可以为漏极,第二极k2可以为源极。该开关管M可以N型晶体管,也可以为P型晶体管。
基于此,示例的,在开关管M为P型晶体管的情况下,当比较器60的比较结果为V1>Vref,此时施加至第二热敏电阻丝20b、第一热敏电阻丝20a上的电压较大,该第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a的温度过高,为了避免第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a失效,比较器60可以输出高电平,此时开关管M截止。此时,第三热敏电阻丝20c 与接地端GND处于断开的状态,没有电流流经第三热敏电阻丝20c,使得该第三热敏电阻丝 20c不再向第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b提供温度场,从而达到降低第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b温度的目的。
或者,当比较器60的比较结果为V1<Vref,此时施加至第二热敏电阻丝20b、第一热敏电阻丝20a上的电压较小,该第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a的温度不会导致第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a失效。比较器60可以输出低电平,此时开关管M导通。此时,第三热敏电阻丝20c与接地端GND处于电连接的状态,电流流经第三热敏电阻丝20c,使得该第三热敏电阻丝20c向第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b提供温度场,以提高麦克风模组02的灵敏度。
或者,又例如,在开关管M为N型晶体管的情况下,当比较器60的比较结果为V1>Vref,此时施加至第二热敏电阻丝20b、第一热敏电阻丝20a上的电压较大,该第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a的温度过高。为了避免第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a失效,比较器60可以输出低电平,此时开关管M截止。或者,当比较器60的比较结果为V1<Vref,此时施加至第二热敏电阻丝20b、第一热敏电阻丝20a上的电压较小,该第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a的温度不会导致第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a失效。比较器60可以输出高电平,此时开关管M导通。
在此基础上,由上述可知,图16中,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的阻值变化,可以转换为电压差△u0。通过对上述电压差△u0进行信号处理,可以获取声音信息。具体的,如图17所示,上述麦克风模组02还可以包括运算放大器61。该运算放大器61的第一输入端(例如标识“+”的一端)与第一热敏电阻丝20a的第二端b2电连接,运算放大器61的第二输入端(例如标识“-”的一端)与第二热敏电阻丝20b的第二端c2电连接。上述运算放大器61用于对电压差△u0进行放大处理。
此外,麦克风模组02还可以包括如图18所示的降噪电路62、模数转换器(analogto digital converter,ADC)63以及数字信号处理器64。其中,降噪电路62电连接于第一热敏电阻丝20a 的第二端b2与运算放大器61的第一输入端之间,降噪电路62还电连接于第二热敏电阻丝 20b的第二端c1与运算放大器的第二输入端之间。该降噪电路62用于对电压差△u0进行降噪处理。在一些实施例中,降噪电路62可以包括多级的子降噪电路,子降噪电路可以逐级降噪,以提高降噪效果。
此外,模数转换器63的输入端与运算放大器61的输出端电连接,该模数转换器63用于将运算放大器61输出的模拟信号转换成数字信号。数字信号处理器64的输入端与模数转换器63的输出端电连接。该数字信号处理器64用于对模数转换器63输出的数字信号进行降噪处理、混响消除处理(例如,消除环境混响)或回声消除处理中的至少一项。
上述是以麦克风模组02中的控制器40根据热敏电阻丝不同的环境温度,控制电压源输出不同的电压,以减小麦克风模组02的性能受到环境温度影响而产生的波动。在本申请的另一些实施例提供的麦克风模组02如图19所示,可以包括控制器40、电压转换器70以及至少两个上述至少一个加热元件和至少一个热敏电阻。例如,加热元件可以为第一热敏电阻丝 20a,热敏电阻可以为第二热敏电阻丝20b。控制器40可以与电压转换器70电连接。电压转换器70具有电压端701,该电压端701与上述第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b电连接。
在此情况下,该电压转换器70用于根据上述第一信号,输出不同的电压。例如,该上述控制器40的控制下,电压转换器70可以根据上述第一信号,在第一环境温度T1下,输出第一电压U1,在第二环境温度T2下,输出第二电压U2。基于此,该第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b用于接收声波信号以及电压转换器70的电压端701输出电信号,第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b的阻值用于在声波信号的作用下发生变化。
示例的,上述电压转换器70可以为直流电压转换电路,例如低压线性稳压器(lowdropout regulator,LDO)、降压电路(buck)电路、升压电压(boost)电路,或者升压-降压(buck-boost) 电路。在本申请的一些实施例中,电压转换器70可以为上述电压源30的一部分,或者作为上述电压源30。或者,在本申请的另一些实施例中,电压源30可以作为电压转换器70的一部分。
基于此,控制器40可以获取热敏电阻丝的电阻,并根据上述电阻从存储器50中调取与该实时阻值相匹配的电压。具体的控制器40调取电压的过程同上所述,此处不再赘述。接下来,该控制器40可以根据调取到的电压,控制上述电压转换器70输出电压与输入电压的比值,使得电压转换器70能够将控制器40调取到的电压输出,以施加至第一热敏电阻丝20a 和第二热敏电阻丝20b。具有上述电压转换器70的麦克风模组02的技术效果同上所述,此处不再赘述。
此外,为了对第一热敏电阻丝20a第二端和第二热敏电阻丝20b第二端之间的电压差△ u0进行信号处理,以获取声音信息。具有上述电压转换器70的麦克风模组02也可以包括上述运算放大器、至少一级降噪电路、模数转换器以及数字信号处理器。运算放大器、降噪电路、模数转换器以及数字信号处理器的连接关系以及作用同上所述,此处不再赘述。
需要说明的是,上述是以麦克风模组02包括两个热敏电阻丝,例如第一热敏电阻丝20a 和第二热敏电阻丝20b为例进行的举例说明。在本申请的另一些实施例中,该麦克风模组02 还可以包括上述第三热敏电阻丝20c。该第三热敏电阻丝20c的技术效果同上所述,此处不再赘述。
需要说明的是,上述是以当施加至第二热敏电阻丝20b、第一热敏电阻丝20a上的电压较大,该第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a的温度过高,为了避免第二热敏电阻丝 20b和第一热敏电阻丝20a失效,控制开关管M截止为例,对作为加热元件的第三热敏电阻丝20c是否进一步提供温度场进行的举例说明。
在本申请的另一些实施例中,在开关管M为N型晶体管的情况下,为了避免第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a由于温度过高而失效,当比较器60的比较结果为V1小于,但接近于参考电压Vref时,可以控制开关管M导通,并减小施加至第三热敏电阻丝20c的电压,减小第三热敏电阻丝20c的热量,从而减小第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a接收到来自第三热敏电阻丝20c的热量。或者,在本申请的另一些实施例中,当第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a由于温度较低时,即比较器60的比较结果为V1远小于参考电压Vref时,可以控制开关管M导通的同时,增大施加至第三热敏电阻丝20c的电压,增大第三热敏电阻丝20c的热量,从而增大第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a接收到来自第三热敏电阻丝20c的热量。此外,在本申请的另一些实施例中,当流体检测装置01,例如麦克风模组02为上述二线模型(即包括第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b),或者为上述三线模型(即包括第一热敏电阻丝20a、第二热敏电阻丝20b以及第三热敏电阻丝 20c)的情况下,当流体检测装置01所处环境温度发生变化时,可以向上述第一热敏电阻丝 20a和第二热敏电阻丝20b提供固定的电压。此外,根据第一热敏电阻丝20a和第二热敏电阻丝20b温度的变化,控制开关管M截止或导通状态,或者在开关管M导通时,控制施加至第三热敏电阻丝20c的电压,以调节第二热敏电阻丝20b和第一热敏电阻丝20a温度的目的。具体调节过程同上所述,此处不再赘述。
此外,本申请实施例提供一种计算机可读存储介质。该计算机可读介质包括计算机指令,当计算机指令在控制器40上运行时,使得控制器40执行如上所述的任意一种控制方法。该计算机可读存储介质的技术效果同上所述,此处不再赘述。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品。该计算机程序产品包括计算机指令,当计算机指令在控制器40上运行时,使得控制器40执行如上所述的任意一种控制方法。该计算机程序产品的技术效果同上所述,此处不再赘述。
在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时,可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机执行指令时,全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输,例如,计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digitalsubscriber line, DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(例如,软盘、硬盘、磁带),光介质(例如,DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk,SSD))等。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (30)
1.一种流体检测装置,其特征在于,包括:
电压源;
用于流体流动的通道;
至少一个加热元件,所述至少一个加热元件与所述电压源电连接;
至少一个热敏电阻,所述至少一个热敏电阻与所述电压源电连接,所述至少一个热敏电阻用于感应所述至少一个热敏电阻所处的环境温度;其中,当所述流体在所述通道流动时,所述流体流过所述热敏电阻;
当所述至少一个热敏电阻所处的环境温度为第一环境温度时,所述电压源至少向所述至少一个热敏电阻输出第一电压,当所述至少一个热敏电阻所处的环境温度为第二环境温度时,所述电压源至少向所述至少一个热敏电阻输出第二电压;
其中,所述第一环境温度和所述第二环境温度不同,所述第一电压和所述第二电压不同。
2.根据权利要求1所述的流体检测装置,其特征在于,
所述第一环境温度高于所述第二环境温度;
所述第一电压大于所述第二电压。
3.根据权利要求1或2所述的流体检测装置,其特征在于,所述流体检测装置还包括:
控制器,与所述电压源电连接;
其中,所述热敏电阻用于产生与所述热敏电阻的温度相对应的第一信号;所述控制器被配置为根据所述第一信号,向所述电压源输出电压控制信号。
4.根据权利要求3所述的流体检测装置,其特征在于,
所述控制器包括:
处理器电路,用于根据所述第一信号输出电压控制指令;
至少一个控制组件;所述控制组件包括:电压控制电路,与所述电压源和所述处理电路电连接,所述电压控制电路被配置为根据所述电压控制指令,向所述电压源输出所述电压控制信号。
5.根据权利要求4所述的流体检测装置,其特征在于,所述控制组件还包括:
电流采集电路,与所述电压源和所述处理器电路电连接,所述电流采集电路被配置为采集流过所述热敏电阻的电流,并将电流信号输出至所述处理器电路,所述第一信号包括电流信号。
6.根据权利要求4所述的流体检测装置,其特征在于,
所述处理器电路还用于接收用户的第一模式选择操作,并响应于所述第一模式选择操作,向所述电压控制电路输出所述电压控制指令,使得所述电压源输出第一模式初始电压;
或者,
所述处理器电路还用于接收用户的第二模式选择操作,并响应于所述第二模式选择操作,向所述电压控制电路输出所述电压控制指令,使得所述电压源输出第二模式初始电压;
其中,所述第一模式初始电压小于所述第二模式初始电压。
7.根据权利要求6所述的流体检测装置,其特征在于,
所述第一模式初始电压为2V~4V;
所述第二模式初始电压为5V~12V。
8.根据权利要求1-7任一项所述的流体检测装置,其特征在于,所述至少一个热敏电阻包括第一热敏电阻和第二热敏电阻;所述第一热敏电阻和第二热敏电阻分别作为桥电路的两个支路。
9.根据权利要求8所述的流体检测装置,其特征在于,所述流体检测装置还包括:
第一电阻,所述第一电阻与所述第一热敏电阻串联在所述电压源与接地端之间;
第二电阻,所述第二电阻与所述第二热敏电阻串联在所述电压源与所述接地端之间;
运算放大器,所述运算放大器的第一输入端电连接于所述第一电阻和所述第一热敏电阻之间,所述运算放大器的第二输入端电连接于所述第二电阻和所述第二热敏电阻之间。
10.根据权利要求8或9所述的流体检测装置,其特征在于,所述流体检测装置还包括:
比较器,所述比较器的第一输入端电连接于所述第一热敏电阻或所述第二热敏电阻远离所述电压源的一端,所述比较器的第二输入端用于接收参考电压,所述比较器的输出端输出控制信号;
开关,所述开关与所述至少一个加热元件串联,所述开关的选通端接收所述控制信号,所述开关基于所述控制信号选择性导通。
11.根据权利要求9所述的流体检测装置,其特征在于,所述流体检测装置还包括:
降噪电路,所述降噪电路电连接于所述第一热敏电阻与所述运算放大器的第一输入端之间,所述降噪电路还电连接于所述第二热敏电阻与所述运算放大器的第二输入端之间;
模数转换器,所述模数转换器的输入端与所述运算放大器的输出端电连接,用于将所述运算放大器输出的模拟信号转换成数字信号;
数字信号处理器,所述数字信号处理器的输入端与所述模数转换器的输出端电连接,用于对所述模数转换器输出的数字信号进行降噪处理、混响消除处理或回声消除处理中的至少一项。
12.根据权利要求4或5所述的流体检测装置,其特征在于,
所述至少一个热敏电阻包括第一热敏电阻和第二热敏电阻;所述第一热敏电阻和第二热敏电阻分别作为桥电路的两个支路;所述电压源包括为第一子电压源,第二子电压源以及第三子电压源;其中,所述第一热敏电阻与所述第一子电压源电连接,所述第二热敏电阻与所述第二子电压源电连接,所述至少一个加热元件与所述第三子电压源电连接;
所述控制器包括三个控制组件,分别为第一控制组件,第二控制组件以及第三控制组件;所述第一控制组件,
所述第一控制组件与所述第一子电压源电连接;
所述第二控制组件与所述第二子电压源电连接;
所述第三控制组件与所述第三子电压源电连接。
13.根据权利要求3所述的流体检测装置,其特征在于,所述流体检测装置还包括:
温度检测器,与所述控制器电连接,所述热敏电阻被配置为采集所述热敏电阻的温度,并将采集结果传输至所述控制器。
14.根据权利要求3所述的流体检测装置,其特征在于,所述第一信号用于表征所述热敏电阻的电阻。
15.根据权利要求1-14任一项所述的流体检测装置,其特征在于,当所述热敏电阻所处的环境温度为第三环境温度时,所述电压源向所述至少一个加热元件输出第三电压,当所述热敏电阻所处的环境温度为第四环境温度时,所述电压源向所述至少一个加热元件输出第四电压;
其中,所述第三环境温度和所述第四环境温度不同,所述第三电压和所述第四电压不同。
16.根据权利要求15所述的流体检测装置,其特征在于,
所述第三环境温度低于所述第四环境温度;
所述第三电压大于所述第四电压。
17.根据权利要求1-16任一项所述的流体检测装置,其特征在于,所述流体检测装置为麦克风模组,所述流体为气体。
18.根据权利要求1-17任一项所述的流体检测装置,其特征在于,所述热敏电阻还用于感应所述流体的流动。
19.根据权利要求1-18任一项所述的流体检测装置,其特征在于,所述流体检测装置还包括:
基底,所述基底包括凹槽,所述加热元件和所述热敏电阻分别跨设于所述凹槽的两侧;
所述凹槽为所述通道,或,所述凹槽为所述通道的一部分。
20.一种控制方法,其特征在于,所述控制方法应用于流体检测装置中的控制器,所述流体检测装置还包括电压源、用于流体流动的通道、至少一个加热元件以及至少一个热敏电阻;所述至少一个加热元件与所述电压源电连接,所述至少一个热敏电阻与所述电压源电连接;其中,当所述流体在所述通道流动时,所述流体流过所述至少一个热敏电阻;
所述方法包括:
所述控制器接收所述至少一个热敏电阻产生的与所述至少一个热敏电阻的温度相对应的第一信号;
当所述至少一个热敏电阻所处的环境温度为第一环境温度时,所述控制器根据所述第一信号,控制所述电压源至少向所述至少一个热敏电阻输出第一电压,当所述至少一个热敏电阻所处的环境温度为第二环境温度时,所述控制器根据所述第一信号,控制所述电压源至少向所述至少一个热敏电阻输出第二电压;
其中,所述第一环境温度和所述第二环境温度不同,所述第一电压和所述第二电压不同。
21.根据权利要求20所述的控制方法,其特征在于,
所述第一环境温度高于所述第二环境温度;
所述第一电压大于所述第二电压。
22.根据权利要求20或21所述的控制方法,其特征在于,
控制器获取所述第一信号之前,所述方法还包括:
接收用户的第一模式选择操作;
响应于所述第一模式选择操作,控制器控制所述电压源输出所述第一模式初始电压;
或者,
获取所述第一信号之前,所述方法还包括:
接收用户的第二模式选择操作;
响应于所述第二模式选择操作,控制器控制所述电压源输出所述第二模式初始电压。
23.根据权利要求22所述的控制方法,其特征在于,
所述第一模式初始电压为2V~4V;
所述第二模式初始电压为5V~12V。
24.根据权利要求20所述的控制方法,其特征在于,所述第一信号用于表征所述热敏电阻的电阻。
25.根据权利要求24所述的控制方法,其特征在于,
所述当所述热敏电阻所处的环境温度为第一环境温度时,根据所述第一信号,控制所述电压源至少向所述热敏电阻输出第一电压,当所述热敏电阻所处的环境温度为第二环境温度时,根据所述第一信号,控制所述电压源至少向所述热敏电阻输出第二电压包括:
从第一数据集合中,根据所述第一信号获取与所述热敏电阻的电阻所在的电阻值范围相匹配的所述第一环境温度或所述第二环境温度;其中,所述第一数据集合包括多个电阻值范围和多个环境温度;一个所述电阻值范围与一个所述环境温度相匹配;
从第二数据集合中,获取与所述第一环境温度所在的环境温度范围相匹配的所述第一电压,并控制所述电压源输出所述第一电压,或者,从所述第二数据集合中,获取与所述第二环境温度所在的所述环境温度范围相匹配的所述第二电压,并控制所述电压源输出所述第二电压;其中,所述第二数据集合包括多个所述环境温度范围和多个电压;一个所述环境温度范围与一个所述电压相匹配。
26.根据权利要求25所述的控制方法,其特征在于,
所述第一数据集合包括第一子集合和第二子集合;所述第一子集合包括多个电阻值范围和多个工作温度范围;一个电阻值范围与一个工作温度范围相匹配;所述第二子集合包括多个所述工作温度范围和多个所述环境温度;一个所述工作温度范围与一个所述环境温度相匹配;
所述从第一数据集合中,根据所述第一信号获取与所述热敏电阻的电阻相匹配的所述第一环境温度或所述第二环境温度具体包括:
从所述第一子集合中,获取与所述热敏电阻的电阻所在的所述电阻值范围相匹配的第一工作温度范围或第二工作温度范围,并从所述第二子集合中获取与所述第一工作温度范围相匹配的所述第一环境温度,或者,从所述第二子集合中获取与所述第二工作温度范围相匹配的所述第二环境温度。
27.一种计算机可读存储介质,其特征在于,包括计算机指令,当所述计算机指令在控制器上运行时,使得所述控制器执行如权利要求20-26任一项所述的控制方法。
28.一种计算机程序产品,其特征在于,包括计算机指令,当所述计算机指令在控制器上运行时,使得所述控制器执行如权利要求20-26任一项所述的控制方法。
29.一种流体检测装置,其特征在于,包括:
用于流体流动的通道;
至少一个加热元件;
至少一个热敏电阻,所述至少一个热敏电阻用于产生与所述至少一个热敏电阻的温度相对应的第一信号;其中,当所述流体在所述通道流动时,所述流体流过所述至少一个热敏电阻;
电压转换器,具有电压端,所述电压端与所述至少一个加热元件和所述至少一个热敏电阻电连接,所述电压转换器被配置为根据所述第一信号,从所述电压端向所述至少一个热敏电阻输出供电电压;
其中,当所述至少一个热敏电阻的温度为第一温度时,所述电压端输出的供电电压为第一电压;当所述至少一个热敏电阻的温度为第二温度时,所述电压端输出的供电电压为第二电压。
30.一种电子设备,其特征在于,包括壳体以及如权利要求1-19任一项所述的流体检测装置,或者,如权利要求29所述的流体检测装置;所述流体检测装置设置于所述壳体内。
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