CN116793477A - 具有表面集成换能器的振动传感器 - Google Patents

Abstract

一种振动传感器组件，其具有刚性表面和与刚性表面集成的换能器。换能器测量引起刚性表面的振动运动的结构传递声波。刚性表面可以为玻璃、金属或塑料，并且可以为车辆的内部部分或面板或外部面板的一部分。

Description

具有表面集成换能器的振动传感器

技术领域

本公开涉及一种具有表面集成换能器的振动传感器。

背景技术

免提通信系统(电话、语音识别、语音转文本等)和被设计成形成安静车厢的系统(主动噪声消除(ANC)和道路噪声消除(RNC)系统)仅车辆系统的几个示例，所述车辆系统使用安装至车辆的内表面或外表面的扬声器和传声器来操作。此类车辆系统的进步通常需要放置在策略位置的传声器传感器。例如，免提通信系统使用一个或多个传声器，所述一个或多个传声器被定位为靠近用户的头部(诸如顶置控制台)或在车顶内衬中。然而，此类传声器传感器通常是可见的，因为其需要声学通透的空气路径(例如，格栅或其他开口)，通过所述声学通透的空气路径可以检测声波。此外，传声器传感器的安装通常需要车辆结构(诸如顶置控制台和/或车顶内衬)内的专用空间。

随着车辆设计变得更加流线型和极小化，在拥有客户期望的车辆系统中的高级特征所必需的传感器(诸如传声器传感器)与客户期望的简洁外观之间要取得平衡，其中传感器不容易被看到和/或需要专用安装空间。例如，在将挡风玻璃与玻璃制成的整个车顶合并的全景天窗设计中，顶置控制台或车顶内衬中不再有那么多可用空间，导致安装和封装传感器的表面积减小。

另外，车辆系统可以在车辆外部上使用声音检测。例如，解锁车门、打开后备箱、摇下窗户的语音命令。这些传感器位于车辆外部并且受到恶劣环境条件的影响，这些恶劣环境条件可能会损坏传感器，导致其性能下降，从而使传感器不可靠。

发明内容

一种具有表面结构和与表面结构的背侧集成的换能器的传感器。换能器测量由表面结构承载的结构传递(structure-borne)振动。在一个或多个实施方案中，换能器为基于压电膜片的振动传感器，其完全由壳体封闭，并且壳体与表面结构的背侧集成。在一个或多个实施方案中，表面结构是玻璃、金属和塑料中的至少一者。

一种传感器组件，其具有：支撑框架；位于支撑框架内的镜面玻璃表面；壳体，所述壳体与镜面玻璃表面的背侧集成；以及换能器，所述换能器封闭在壳体中，所述换能器测量由镜面玻璃表面承载的结构传递声波。在一个或多个实施方案中，支撑框架安装至车辆的内表面。在一个或多个实施方案中，支撑框架安装至车辆的外表面。

一种振动传感器，其具有：刚性表面，所述刚性表面是玻璃、金属和塑料中的至少一者；以及换能器，所述换能器与刚性表面集成，所述换能器测量引起刚性表面的振动运动的结构传递声波。在一个或多个实施方案中，振动运动被作为加速度测量。在一个或多个实施方案中，振动运动被作为速度测量。在一个或多个实施方案中，振动运动被作为位移或变形测量。在一个或多个实施方案中，振动运动被作为应变或应力测量。

附图说明

图1为被示出为镜组件的表面集成振动传感器组件的分解图；

图2为集成至表面的换能器；并且

图3为比较用表面集成振动传感器和声学全向传声器记录的语音波形的图表。

附图中的元件和步骤是为简化和清晰起见而示出的，并且不一定根据任何顺序加以阐述。例如，图中示出可同时地或按照不同次序执行的步骤以帮助提高对本公开的实施方案的理解。

具体实施方式

虽然参考表面集成振动传感器描述了本公开的各种方面，但是本公开并不限于此类实施方案，并且可以在不背离本公开的情况下实施附加的修改、应用和实施方案。在附图中，将使用相似的附图标记来示出相同的部件。本领域的技术人员将认识到，可在不脱离本公开的范围的情况下更改本文中所阐述的各种部件。

图1为在本示例中被示出为镜组件的表面集成振动传感器组件100的分解图，所述表面集成振动传感器组件具有框架104(也称为支撑框架或支撑结构)，所述框架支撑刚性表面106(也称为表面结构)，所述刚性表面在本示例中为镜面玻璃表面。换能器108(诸如振动传感器)集成至表面106的一侧。换能器108也连接至印刷电路板组件110，所述印刷电路板组件向换能器108提供功率和信号调理。附接至框架104的后壳体112支撑表面106、换能器108和印刷电路板组件110。在一个或多个示例中，从后壳体112延伸的安装元件114可以将表面集成传感器组件100附接至车辆的前挡风玻璃(在图1中未示出)。

表面集成振动传感器组件100在本示例中集成至表面106以感测表面106的振动，所述振动由结构传递声音(诸如语音能量)引起。应当注意，图1中的表面106在本示例中被示为内后视镜组件的一部分，但是表面集成振动传感器组件100也可以并入至其他表面中。例如，表面106可以由玻璃表面(诸如外部后视镜)构成。另外或替代地，表面106可以由内面板(诸如控制台、立柱结构或仪表面板)构成。另外或替代地，所述表面可以由外车身面板或面向内的车身面板(诸如内车门或地板面板)构成。

在内表面或外表面106中的任一者中，换能器108感测结构传递的、声音引起的结构振动，而非在空气中传播的直达声波。因此，表面集成振动传感器组件100不需要针对空气传递声波的通透路径，诸如格栅或通风口。传感器108完全集成至表面106中，从而防止换能器108被车辆用户看到。此外，与传统的传声器传感器(其通过暴露至恶劣环境条件的通风口或格栅来感测空气传递声波)相比，传感器108集成至表面106中，使换能器108与所述换能器在其中使用的环境完全封闭，使得振动传感器组件100更加耐用和抗损坏。

表面集成振动传感器组件100在通过固体结构传输声音时感测所述声音。表面集成振动传感器组件100具有换能器108，所述换能器可以为例如基于压电膜片的传感器，诸如在通过引用并入本文的申请序列号为17/332488的美国专利和申请序列号为17/332492的美国专利中所描述的。当声音振动撞击表面106的固体结构时，它们会产生振动。随后由本示例中的换能器108测量振动，换能器108为集成至表面106中的基于压电膜片的传感器。

在图1中示出的示例中，换能器108为被设计成感测加速度的基于压电膜片的传感器(即，加速度计)。然而，结构中的振动运动可以以多种形式(包括加速度、速度、位移或变形、应变和应力)呈现。因此，可能的是，测量与结构振动相关的任何物理量的其他类型的换能器108也可以集成至表面106中，并且基于压电膜片的传感器只是一个示例。换能器108测量表面106(其为换能器108集成至的基础结构)的振动(即，加速度)，而与振动源无关。在结构振动被声音激发的情况下，换能器108随后拾取声音信号并充当传声器。在表面集成振动传感器组件100用于检测语音的应用的情况下，换能器108可以与语音命令应用一起使用。在表面集成振动传感器组件100用于检测背景噪声的应用的情况下，换能器108可以检测可以在ANC/RNC系统中使用的信号。

在图1中，传感器108本身直接集成至表面106中，并且集成的传感器108和表面106与PCB 110一起被封闭在传感器组件的框架104和壳体112中。换能器108的这种配置使其特别有利于在车辆内部使用。与典型的传声器传感器相比，振动传感器组件100是完全隐藏的，并且不需要车辆中的任何附加安装空间。

图2示出了表面集成振动传感器组件200，其具有封闭在壳体206中的换能器108，并且壳体206集成至表面106中。表面106具有第一侧202(例如，内后视镜的内表面或后面)以及第二侧204，例如内后视镜的外表面或正面。当从第二侧204查看振动传感器200时，表面106的第一侧202是不可见的。因此，换能器108从表面106的第二侧204不可见。

壳体206完全包围换能器108、印刷电路板组件110和联接在换能器108与印刷电路板组件110之间的一对电线210。另外，信号引线214可从换能器108的壳体206外部接入以便传输由换能器108检测和测量的由声音引起的结构传递振动的信号，所述结构传递振动发生在表面106处。信号指示在表面106处检测到的声音。

在图2中，换能器108封闭在壳体206内，并且壳体206与表面106的第一侧202集成，诸如通过粘合层212。表面集成振动传感器200在第一侧202与表面106集成，因此所述表面集成振动传感器从第二侧204不可见。壳体206集成至表面106中。这种配置对于在车辆外部(诸如外后视镜)使用尤其有利，因为换能器108被密封在壳体206内并且受到保护而不受潜在的恶劣环境条件的影响。

基于压电膜片的换能器108可以沿周向边缘附接至壳体的侧壁，或者其可以通过粘合层218刚性地连接至壳体206的底侧216。另外或替代地，壳体206的底侧216可以集成至表面106的第一侧202，例如其中或多或少的表面区域与粘合层212接触。可以通过更改换能器108、壳体206和/或底侧216中的一者或多者与粘合层212或218中的一个或多个的厚度以及其之间的接触面积来调节传感器组件200的灵敏度。

另外，应当注意，信号处理、滤波等可以发生在传感器处的印刷电路板组件110处、或其他位置处、或与振动传感器组件100、200通信的另一硬件位置处。例如，车厢内的大多数噪声能量集中在低频，所述低频对语音清晰度的重要性相对较低。因此，截止频率在100与500Hz之间的高通滤波器(未示出)可用于净化由振动传感器组件100、200感测的信号。高通滤波器可以用驻留在印刷电路板组件110上或在位于车辆信息娱乐系统(也未示出)处的硬件中的模拟或数字电路来实施。

图3为在不同车辆驾驶条件下记录的语音声波的比较图表300。将使用振动传感器记录的语音声波与使用声学全向传声器记录的语音声波进行比较。两个通道的音频记录是车辆在驻车和行驶中同时获取的。顶部图302示出了来自本文描述的内后视镜表面集成振动传感器的记录。为了进行比较，底部图304示出了来自安装在靠近内后视镜的顶置控制台位置处的声学传声器的记录。图表的左侧部分306为在车辆驻车时记录语音的结果。图表的右侧部分308为在车辆以每小时20至50英里的速度行驶时记录语音的结果。

如图表300所指示，表面集成振动传感器的灵敏度与声学全向传声器的灵敏度相当，使得所述表面集成振动传感器成为常规声学传声器的可行替代方案，但在车辆内部和外部具有更多可能的位置。表面集成振动传感器保持完全隐藏，并且不需要对声学传声器所需的通透路径。表面集成振动传感器具有传感器，所述传感器被完全封闭，使得所述传感器不受当在车辆的外部上使用时所暴露至的恶劣环境条件的影响，因此使所述传感器成为用于在传统传声器不实用的外部使用的实用解决方案。

在上述说明书中，已参考具体示例性实施方案描述了本公开。说明书和附图是说明性的而非限制性的，并且旨在将修改包括在本公开的范围内。因此，本公开的范围应由权利要求及其同等法律效力的内容确定，而不是仅由所描述的示例确定。

例如，任何方法或过程权利要求中叙述的步骤可按照任何次序执行，可重复地执行，并且并不仅限于权利要求中所呈现的特定次序。另外，任何设备权利要求中叙述的部件和/或元件可被组装或操作性配置成各种排列并且因此并不仅限于权利要求书中所叙述的特定配置。所描述的任何方法或过程可通过利用一个或多个装置(诸如，处理器或控制器、存储器(包括非暂时性存储器)、传感器、网络接口、天线、开关、致动器，仅举几例)执行指令来实施。

上文已关于实施方案描述了益处、其他优点和问题的解决方案；然而，可使任何特定益处、优点或解决方案出现或变得更明显的任何益处、优点、问题的解决方案或任何元件不应被视为任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征或部件。

术语“包含”、“具有”、“包括”或它们的任何变型旨在指代非排他性包含，使得包含一系列要素的过程、方法、制品、组合物或设备不仅包括所叙述的那些要素，还可以包括未明确列出的或此类过程、方法、制品、组合物或设备固有的其他要素。除了未具体叙述的组合和/或修改之外，本公开的实践中所使用的上述结构、布置、应用、比例、要素、材料或部件的其他组合和/或修改可发生变化或者以其他方式针对特定环境、制造规格、设计参数或其他操作要求进行特别调适，而并不背离本公开的一般原理。

Claims (20)

1.一种传感器，所述传感器包括：

表面结构，所述表面结构具有前侧和背侧；以及

换能器，所述换能器与所述表面结构的所述背侧集成，所述换能器测量由所述表面结构承载的结构传递振动。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述换能器为基于压电膜片的振动传感器，其完全由壳体封闭，并且所述壳体与所述表面结构的所述背侧集成。

3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述表面结构选自由以下组成的组：玻璃、金属和塑料中的至少一者。

4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述表面结构为玻璃，并且所述玻璃为镜面的。

5.根据权利要求4所述的传感器，其还包括：

框架，所述框架包围所述表面结构和所述换能器；以及

安装元件，所述安装元件用于将所述框架安装至车辆的表面。

6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述安装元件将所述框架安装至所述车辆的内表面，并且所述换能器测量所述车辆内部的声音引起的振动。

7.根据权利要求5所述的传感器，其中所述安装元件将所述框架安装至所述车辆的外表面，并且所述换能器测量所述车辆外部的声音引起的振动。

8.一种传感器组件，所述传感器组件包括：

支撑框架；

镜面玻璃表面，所述镜面玻璃表面位于所述支撑框架内；

壳体，所述壳体与所述镜面玻璃表面的背侧集成；以及

换能器，所述换能器封闭在所述壳体内，所述换能器测量由所述镜面玻璃表面承载的结构传递声波。

9.根据权利要求8所述的传感器组件，其中所述支撑框架安装至车辆的内表面。

10.根据权利要求8所述的传感器组件，其中所述支撑框架安装至车辆的外表面。

11.根据权利要求8所述的传感器组件，其中所述换能器为基于压电膜片的振动传感器。

12.根据权利要求11所述的传感器组件，其中所述基于压电膜片的振动传感器完全封闭在所述壳体中，并且所述壳体的底侧与所述镜面玻璃表面的所述背侧刚性地集成。

13.根据权利要求11所述的传感器组件，其中所述基于压电膜片的振动传感器的一个表面直接刚性地集成至所述镜面玻璃表面的所述背侧，并且所述壳体封闭所述基于压电膜片的振动传感器的所有其他表面。

14.一种振动传感器，所述振动传感器包括：

刚性表面，所述刚性表面选自由以下至少一者组成的组：玻璃、金属和塑料；以及

换能器，所述换能器与所述刚性表面集成，所述换能器测量引起所述刚性表面的振动运动的结构传递声波。

15.根据权利要求14所述的振动传感器，其中所述刚性表面的振动运动被作为加速度测量。

16.根据权利要求14所述的振动传感器，其中所述刚性表面的振动运动被作为速度测量。

17.根据权利要求14所述的振动传感器，其中所述刚性表面的振动运动被作为位移或变形测量。

18.根据权利要求14所述的振动传感器，其中所述刚性表面的振动运动被作为应变或应力测量。

19.根据权利要求14所述的振动传感器，其还包括：

壳体，所述壳体与所述刚性表面集成；并且

所述换能器刚性地连接至所述壳体的底侧。

20.根据权利要求14所述的振动传感器，其还包括：

壳体，所述壳体具有底表面；

所述壳体的所述底表面的底侧刚性地连接至所述刚性表面；并且

所述换能器刚性地连接至所述壳体的所述底表面的顶侧。