CN117426108A - 一种振动传感器 - Google Patents
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本说明书实施例提供一种振动传感器，包括声学换能器和振动组件；与所述声学换能器连接的振动组件，所述振动组件被配置为将外部振动信号传递至所述声学换能器以产生电信号；以及壳体，被配置为容纳所述声学换能器和所述振动组件，并基于外部振动信号产生振动；所述振动组件和所述声学换能器形成包含第一声学腔体的多个声学腔体，所述第一声学腔体与所述声学换能器连通，所述振动组件响应于所述壳体的振动使所述第一声学腔体的声压变化，所述声学换能器基于所述第一声学腔体的声压变化产生电信号，其中，所述振动组件包括第一孔部，所述第一声学腔体与其它所述声学腔体通过所述第一孔部相连通。
Description
优先权信息
本申请要求2021年06月18日提交的中国申请号202121366390.6的优先权，2021年07月16日提交的国际申请号PCT/CN2021/106947的优先权，2021年08月11日提交的中国申请号202121875653.6的优先权，2021年08月11日提交的国际申请号PCT/CN2021/112014的优先权，2021年08月11日提交的国际申请号PCT/CN2021/112017的优先权，以及2021年08月19日提交的国际申请号PCT/CN2021/113419的优先权，全部内容通过引用并入本文。
本说明书涉及传感器领域，特别涉及一种振动传感器。
振动传感器是一种将振动信号转换为电信号的能量转换器件。振动传感器通常包括声学换能器以及用于拾音的振动组件。振动组件在壳体内振动时，振动组件两侧的声学腔体存在的气压差，可能对振动组件的振动产生阻碍作用，并可能对振动传感器的内部元器件例如声学换能器等造成损害，影响振动传感器的工作稳定性。
因此本说明书希望提供一种振动传感器，其能够很好地消除振动组件两侧的气压差，从而增强振动组件的振动性能并提升振动传感器的工作稳定性。
发明内容
本说明书实施例之一提供一种振动传感器，包括声学换能器和振动组件；以及壳体，被配置为容纳所述声学换能器和所述振动组件，并基于外部振动信号产生振动；所述振动组件和所述声学换能器形成包含第一声学腔体的多个声学腔体，所述第一声学腔体与所述声学换能器连通，所述振动组件响应于所述壳体的振动使所述第一声学腔体的声压变化，所述声学换能器基于所述第一声学腔体的声压变化产生电信号，其中，所述振动组件包括第一孔部，所述第一声学腔体与其它声学腔体通过所述第一孔部相连通。
本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示类似的结构，其中：
图1是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的模块化示意图；
图2是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器结构示意图；
图3是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的局部结构示意图；
图4是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的频率响应曲线图；
图5是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图6是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图7是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图8是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图9是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图10是根据本说明书一些实施例所示的凸起结构与第一声学腔体的第二侧壁抵接的示意图；
图11是根据本说明书一些实施例所示的三种不同形状的凸起结构；
图12是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的示意图；
图13是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的示意图；
图14是根据本说明书一些实施例所示的弹性元件和支撑架的连接示意图；
图15是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图16是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图17是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图18是根据本说明书一些实施例提供的两种振动传感器的示例性频响曲线；
图19是根据本说明书一些实施例提供的弹性元件为多层复合膜结构的振动传感器的结构示意图；
图20是根据本说明书一些实施例提供的振动传感器的结构示意图；
图21是是根据本说明书一些实施例提供的不同形状的质量元件的振动传感器的截面图；
图22是根据本说明书一些实施例提供的三种振动传感器的截面示意图；
图23是根据本说明书一些实施例提供的弹性元件包括第一孔部的振动传感器的结构示意图；
图24是图23所示的振动传感器的截面示意图；
图25是根据本说明书一些实施例提供的振动传感器的截面示意图；
图26是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图27是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图28是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图29是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图；
图30是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的振动组件的结构示意图；
图31是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器中的振动组件具有不同个数的质量元件下的频响曲线的示意图；
图32是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
本说明书描述了一种振动传感器，在一些实施例中，该振动传感器包括声学换能器、振动组件以及壳体。其中，壳体用于容纳声学换能器和振动组件，并基于外部振动信号产生振动；振动组件用于将外部振动信号传递至声学换能器以产生电信号。振动组件和声学换能器形成包含第一声学腔体的多个声学腔体，第一声学腔体与声学换能器连通，振动组件响应于壳体的振动使第一声学腔体的声压变化，声学换能器基于第一声学腔体的声压变化产生电信号。在一些实施例中，振动组件包括第一孔部，第一声学腔体与其它声学腔体(例如，第二声学腔体)通过第一孔部相连通。第一孔部可以连通位于振动组件两侧的第一声学腔体与其他声学腔体，以调节第一声学腔体与其他声学腔体的气压，平衡两个声学腔体内的气压差，防止振动传感器内部元件因压差过大而发生损坏。
在一些实施例中，壳体上可以开设有第三孔部，第三孔部将外部环境与壳体内部的声学腔体连通，从而减小振动组件振动时的阻力，提高振动传感器的灵敏度。在一些实施例中，第三孔部与第一孔部沿垂直于振动组件振动方向(也被称为第一方向)的方向错位分布，从而使得经过第三孔部的气流不会直接进第一孔部，保证了振动组件朝向第三孔部的一侧气压变化速率不会太快，使得振动组件可以及时感测细微的振动，保证振动传感器的检测效果。
图1是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的模块化示意图。如图1所示，在一些实施例中，振动传感器100可以包括壳体110、声学换能器120和振动组件130。在一些实施例中，壳体110被配置为容纳声学换能器120和振动组件130，并基于外部振动信号产生振动。在一些实施例中，振动组件130和声学换能器120形成包含第一声学腔体的多个声学腔体，第一声学腔体与 声学换能器120连通。当外部环境中出现振动时，壳体110基于外部环境中的振动信号产生振动，振动组件130响应于壳体110的振动使第一声学腔体的声压变化，声学换能器120基于第一声学腔体的声压变化产生电信号。在一些实施例中，振动组件130可以包括弹性元件131和质量元件132，其中，质量元件132物理连接于弹性元件131，弹性元件132与壳体110或声学换能器120的结构(例如，基板)连接。在一些实施例中，振动组件130可以包括第一孔部，第一孔部可以用于连通第一声学腔体和其他声学腔体。第一孔部可以连通位于振动组件两侧的第一声学腔体与其他声学腔体，以调节两个声学腔体的气压，平衡两个声学腔体内的气压差，防止振动传感器100损坏。在一些实施例中，第一孔部可以位于弹性元件131或质量元件132处。例如，第一孔部可以位于弹性元件131中未被质量元件132覆盖的区域。又例如，第一孔部可以同时贯穿弹性元件131和质量元件132。
振动传感器100可以应用于移动设备、可穿戴设备、虚拟现实设备、增强现实设备等，或其任意组合。在一些实施例中，移动设备可以包括智能手机、平板电脑、个人数字助理(PDA)、游戏设备、导航设备等，或其任何组合。在一些实施例中，可穿戴设备可以包括智能手环、耳机、助听器、智能头盔、智能手表、智能服装、智能背包、智能配件等，或其任意组合。在一些实施例中，虚拟现实设备和/或增强现实设备可以包括虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜、虚拟现实补丁、增强现实头盔、增强现实眼镜、增强现实补丁等或其任何组合。例如，虚拟现实设备和/或增强现实设备可以包括GoogleGlass、OculusRift、Hololens、GearVR等。
图2是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图2所示，在一些实施例中，振动传感器200可以包括壳体210、声学换能器220以及振动组件230，其中，声学换能器220和振动组件230位于壳体210中。在一些实施例中，壳体210的形状可以为长方体、近似长方体、圆柱体、球体或其他任意形状。在一些实施例中，壳体210围成容纳空间，声学换能器220和振动组件230设于容纳空间内。在一些实施例中，壳体210可以为具有一定硬度的材料制成，从而使壳体210可以对声学换能器220和振动组件230进行保护。在一些实施例中，制作壳体210的材料包括但不限于PCB板材(如FR-1酚醛纸基板、FR-2酚醛纸基板、FR-3环氧纸基板、FR-4环氧玻璃布板、CEM-1环氧玻璃布-纸复合板、CEM-3环氧玻璃布-玻璃站板等)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrilebutadienestyrene,ABS)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、高冲击聚苯乙烯(Highimpactpolystyrene,HIPS)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethyleneterephthalate,PET)、聚酯(Polyester,PES)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚酰胺(Polyamides,PA)、聚氯乙烯(Polyvinylchloride,PVC)、聚氨酯(Polyurethanes,PU)、聚二氯乙烯(Polyvinylidenechloride)、聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)、聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone,PEEK)、酚醛树脂(Phenolics,PF)、尿素甲醛树脂(Urea-formaldehyde,UF)、三聚氰胺-甲醛树脂(Melamineformaldehyde,MF)以及一些金属、合金(如铝合金、铬钼钢、钪合金、镁合金、钛合金、镁锂合金、镍合金等)、玻璃纤维或碳纤维中的任意材料或上述任意材料的组合。需要说明的是，在一些实施例中，壳体210可以是一个完整的壳体结构，也可以是由多个壳体结构组合而成，壳体210的两种形式可以相互代替。例如，声学换能器220具有第一壳体，振动组件230与声学换能器220连接，第二壳体与第一壳体连接，形成用于容纳振动组件230的空间。上述关于壳体210的具体结构和组成部分同样适用于其他实施例。
在一些实施例中，壳体210、振动组件230和声学换能器220形成包含第一声学腔体240的多个声学腔体。在一些实施例中，声学换能器220包括拾音装置221和基板250，基板250通过其周侧与壳体210连接，拾音装置221位于基板250背离振动组件230的一侧。在一些实施例中，基板250可以包括拾音孔251，第一声学腔体240与声学换能器220通过拾音孔251连通，声学换能器220可以获取第一声学腔体240的声压变化，并转换为电信号。在一些实施例中，拾音装置221根据换能原理可以包括电容式、压电式等形式的换能器，本说明书不做限制。
在一些实施例中，振动组件230可以包括弹性元件231与质量元件232，其中，弹性元件231的周侧与壳体210的内壁连接，质量元件232可以位于弹性元件231的上侧(即图中朝向基板250的一侧)或下侧(即图中背离基板250的一侧)。
由于振动组件230在振动时，振动组件230两侧的声学腔体存在的气压差，可能对振动组件230的振动产生阻碍作用，并可能对振动传感器200的内部元器件例如声学换能器220等造成损害，影响振动传感器200的工作稳定性，在一些实施例中，振动组件230可以包括第一孔部233，第一声学腔体240与其它声学腔体可以通过第一孔部233相连通。第一孔部233可以连通位于振动 组件230两侧的第一声学腔体240与其他声学腔体，以调节第一声学腔体与其他声学腔体的气压，平衡声学腔体之间的气压差，防止振动传感器200损坏。在一些实施例中，其他声学腔体可以是不同于第一声学腔体240、振动组件230和壳体210之间形成的腔体，例如振动组件230背离基板250的一侧与壳体210构成的声学腔体。在一些实施例中，第一孔部233可以包括第一子孔部2331，第一子孔部2331可以设置于弹性元件231中未被质量元件232覆盖的区域，以使第一声学腔体240与其它声学腔体连通。在一些实施例中，还可以在弹性元件231和质量元件232上都设置孔部，使第一声学腔体240与其它声学腔体连通。例如，第一孔部233可以包括第一子孔部2331和第二子孔部2332，第一子孔部2331可以设置于弹性元件231，第二子孔部2332位于质量元件232上，且第二子孔部2332与第一子孔部2331连通。在一些实施例中，第一子孔部2331的尺寸与第二子孔部2332尺寸可以相同或不同。关于第一孔部233的具体内容请参照图24与图25的相关说明，在此不再赘述。
在一些实施例中，弹性元件231可以为能够使空气通过的薄膜状结构，也就是说，弹性元件231为透气膜。将弹性元件231构造成能够使空气通过，使得位于弹性元件231两侧的第一声学腔体240与其他声学腔体能够连通，以调节两个声学腔体的气压，平衡两个声学腔体内的气压差，防止振动传感器200损坏。在一些实施例中，弹性元件231的材料为可在一定范围内产生弹性形变的材料。具体的，弹性元件231可以至少通过以下材料制成：PTFE(聚四氟乙烯)、ePTFE(膨体聚四氟乙烯)、PES(聚醚砜)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PP(聚丙烯)、PETE(聚对苯二甲酸乙二酯)、尼龙、NC(硝酸纤维素)和MCE(混合纤维素)等中的一种或多种制成。在一些实施例中，弹性元件231的厚度可以为0.05μm～100μm。具体的，弹性元件231的厚度与弹性元件231的材料相关，如选用选择ePTFE(膨体聚四氟乙烯)作为弹性元件231材料时，其厚度为0.5μm～100μm，优选的ePTFE薄膜厚度为1μm～10μm，如2μm、5μm、7μm等。在一些实施例中，优选的，可以控制ePTFE薄膜最小透气量不低于10L/hr，以保证良好的透气性能，同时ePTFE薄膜提供一定程度上防水性能，保护内部元器件。在一些实施例中，质量元件232的材质可以与弹性元件231的材质相同，比如，均采用透气材料制成。在一些实施例中，质量元件232的材质可以与弹性元件231的材质不同，比如，弹性元件231采用透气材料制成，质量元件232采用硬质材料(例如，铁、铜、硅等)制成。
在一些实施例中，弹性元件231的形状可以包括圆形、矩形、三角形或不规则图形等，在一些实施例中，弹性元件231的形状还可以根据实际情况进行设置，在本说明书中不做限制。在一些实施例中，质量元件232的形状可以是圆柱体、圆台、圆锥、立方体、三角体等规则或不规则结构。在一些实施例中，质量元件232的材料可以是铜、锡或其他合金及其复合材料中的一种或多种。在一些实施例中，振动传感器200可以应用于MEMS器件设计，在MEMS器件工艺中，质量元件232可以是单层材料，如Si、Cu等，也可以是双层或多层复合材料，如Si/SiO2，SiO2/Si，Si/SiNx，SiNx/Si/SiO2等。在一些实施例中，弹性元件231沿其厚度方向可以是单层材料，例如Si、SiO2、SiNx、SiC等，可以为双层或多层复合材料，例如Si/SiO2，SiO2/Si，Si/SiNx，SiNx/Si/SiO2等。具体情况请参照图17-23的相关描述，在此不再赘述。
在对振动传感器200进行组装的过程中，可能需要涉及到焊接工艺，而在焊接时壳体210内基板250两侧的声学腔体的气体会有压力的变化，可能会造成壳体210内部的压力不均匀的现象，使振动传感器200的部件受到损伤，例如，开裂、变形等，影响振动传感器200的性能。在一些实施例中，壳体210上可以设有第二孔部211，第一声学腔体240、其它声学腔体和声学换能器220通过第二孔部211与外界连通。在振动传感器200的装配过程中，第二孔部211可以将壳体210内部的气体输送至外界。如此，通过设置第二孔部211，在装配振动组件230、声学换能器220时，可避免由于壳体210内外空间的气压差过大而导致振动组件230(例如，弹性元件231)、声学换能器220失效，从而可降低振动传感器200的装配难度。在一些实施例中，第二孔部211可以位于第一声学腔体240对应的壳体210处，第二孔部211与第一声学腔体240连通，而第一声学腔体240通过第一孔部233与其它声学腔体连通，第一声学腔体240可以与声学换能器220所在的腔体通过拾音孔251处的具有透气效果的振膜结构连通，进而将第一声学腔体240、其他其它声学腔体以及声学换能器220所在腔体的气压与外界气压平衡。在一些实施例中，第二孔部211还可以位于其他声学腔体对应的壳体210。例如，第二孔部211可以位于振动组件230背离声学换能器220一侧与壳体210形成的声学腔体对应的壳体210处。在一些实施例中，第二孔部211还可以位于声学换能器220所在腔体对应的壳体210处。
在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器200的使用性能。为了减少 环境中气导声音的影响，在振动传感器200的制备完成后，或者应用到电子设备之前，可以通过密封材料将第二孔部211密封，以免其影响振动传感器200的性能。在一些实施例中，可以通过密封胶、粘接密封胶带、添加密封塞等形式将第二孔部211封堵。
在振动组件230振动时，壳体210内部为封闭的空间，会对振动组件230的振动产生振动阻力，不利于振动组件230带动声学腔体内的气体振动，从而影响振动传感器200的灵敏度。在一些实施例中，壳体210可以设置有第三孔部212，第三孔部212将外部环境与壳体210内部的声学腔体连通，从而减小振动组件230振动时的阻力，提高振动传感器200的灵敏度。在一些实施例中，第三孔部212与第一孔部233沿垂直于振动组件230振动方向的方向错位分布。第三孔部212与第一孔部233的错位设置使得经过第三孔部212的气流不会直接进第一孔部233，保证了振动组件230朝向第三孔部212的一侧气压变化速率不会太快，使得振动组件230可以及时感测细微的振动，保证振动传感器200对外部振动信号的拾取效果。在一些实施例中，第三孔部212可以位于第一声学腔体240对应的壳体210处，第三孔部212与第一声学腔体240连通，而第一声学腔体240通过第一孔部233与其它声学腔体连通，第一声学腔体240可以与声学换能器220所在的腔体通过拾音孔251处的具有透气效果的振膜结构连通，进而将第一声学腔体240、其它声学腔体以及声学换能器220所在腔体的气压与外界气压平衡。在一些实施例中，第三孔部212还可以位于其他声学腔体对应的壳体210。例如，第三孔部212可以位于振动组件230背离声学换能器220一侧与壳体210形成的声学腔体对应的壳体210处。在一些实施例中，第三孔部212还可以位于声学换能器220所在腔体对应的壳体210处。为了使第三孔部212能够较好地减小振动组件230振动时的阻力，在一些实施例中，在一些实施例中，第三孔部212的孔径可以大于2um。为了提升第三孔部212的隔离能力，从而较好地避免外界的水分、灰尘等物质的进入，在一些实施例中，第三孔部212的孔径可以小于40um。为了使第三孔部212能够较好地减小振动组件230振动时的阻力，同时保证第三孔部212的防水和防尘效果，在一些实施例中，第三孔部212的孔径可以为2um-40um。优选地，在一些实施例中，第三孔部212的孔径可以为5um-20um。进一步优选地，在一些实施例中，第三孔部212的孔径可以为8um-15um。
在一些实施例中，声学换能器220可以包括振膜222，振膜222位于基体250的拾音孔251处。振膜222为声学换能器220中用于接受第一声学腔体240中声压变化的器件。在一些实施例中，振膜222上可以设置有第四孔部2221，声学换能器220所在的腔体可以通过第四孔部2221与第一声学腔体240连通，并通过第二孔部211或第三孔部212与外部环境连通，从而平衡声学换能器220所在的腔体与外部环境之间的气压，从而便于振动传感器200的装配。关于第四孔部2221的尺寸可以参考第三孔部212的内容。在一些实施例中，振膜222也可以为透气材料制成的透气膜，关于透气材料可以参考弹性元件231的具体描述。
图3是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的局部结构示意图。图3所示的振动传感器300和图2所示的振动传感器200的结构大体相同，二者的区别之处在于图3所示的振动组件330和图2所示的振动组件230的结构不同。图3所示的壳体310、声学换能器(图中未示出)、第二孔部(图中未示出)、第三孔部311、基板320、振膜(图中未示出)分别与图2中的壳体210、第二孔部211、第三孔部212、基板250、振膜222的结构相类似，在此不做赘述。
在一些实施例中，振动组件330可以包括质量元件331和弹性元件332，其中，弹性元件332可以包括第一弹性元件3321和第二弹性元件3322。在一些实施例中，第一弹性元件3321和第二弹性元件3322可以为膜状结构。在一些实施例中，第一弹性元件3321和第二弹性元件3322可以在第一方向上相对于质量元件331呈近似对称分布。第一弹性元件3321和第二弹性元件3322可以与壳体310连接。例如，第一弹性元件3321可以位于质量元件331背离基板320的一侧，第一弹性元件3321的下表面可以和质量元件331的上表面连接，第一弹性元件3321的周侧可以和壳体310的内壁连接。第二弹性元件3322可以位于质量元件331朝向基板320的一侧，第二弹性元件3322的上表面可以和质量元件331的下表面连接，第二弹性元件3322的周侧可以和壳体310的内壁连接。需要说明的是，第一弹性元件3321和第二弹性元件3322的膜状结构可以为矩形、圆形等规则和/或不规则结构，第一弹性元件3321和第二弹性元件3322的形状可以根据壳体310的截面形状进行适应性调整。
在一些实施例中，第一弹性元件3321和与声学腔体对应的壳体310之间形成的声学腔体(例如，第二声学腔体350)的体积可以大于或等于第二弹性元件3322和与声学腔体对应的壳体310、基板320之间形成的第一声学腔体340的体积，使得第一声学腔体340的体积与第二声学腔体350的体积相等或近似相等，从而提高振动传感器300的对称性。具体地，第一声学腔体340和 第二声学腔体350内部具有空气，当振动组件330相对于壳体310振动时，振动组件330压缩两个声学腔体内部的空气，第一声学腔体340和第二声学腔体350可以近似视为两个空气弹簧，第二声学腔体350的体积大于或等于第一声学腔体340的体积，使得振动组件330在振动时压缩空气带来的空气弹簧的系数近似相等，从而进一步提高质量元件331上下两侧弹性元件(包含空气弹簧)的对称性。
在一些实施例中，振动组件330可以包括第一孔部333，第一声学腔体340与第二声学腔体350通过第一孔部333相连通。在一些实施例中，第一孔部333可以包括第一子孔部3331，第一子孔部3331位于第一弹性元件3321和第二弹性元件3322中未被质量元件331覆盖的区域，以使第一声学腔体340与其它声学腔体(例如第二声学腔体350)连通。在一些实施例中，第一弹性元件3321的第一子孔部3331和第二弹性元件3322的第一子孔部3331可以错位设置，这里的错位设置可以理解为第一弹性元件3321的第一子孔部3331在第二弹性元件3322的投影不与第二弹性元件3322的第一子孔部3331相重叠。在一些实施例中，第一弹性元件3321的第一子孔部3331和第二弹性元件3322的第一子孔部3331也可以相对设置，这里的相对设置可以理解为第一弹性元件3321的第一子孔部3331在第二弹性元件3322的投影与第二弹性元件3322的第一子孔部3331相重叠。在一些实施例中，还可以在第一弹性元件3321、第二弹性元件3322以及质量元件331上都设置孔部，使第一声学腔体340与其它声学腔体连通。例如，第一孔部333可以包括两个第一子孔部3331和一个第二子孔部3332，两个第一子孔部3331可以分别设置于第一弹性元件3321、第二弹性件3322，第二子孔部3332位于质量元件331上，两个第一子孔部3331分别位于第二子孔部3332的两端且与第二子孔部3332连通。在一些实施例中，两个第一子孔部3331的尺寸可以相同或不同。第一子孔部2331的尺寸与第二子孔部2332尺寸可以相同或不同。第一孔部333的具体情况请参照图24与图25的相关说明，在此不再赘述。
在一些实施例中，振动组件330也可以采用透气材料制成。例如，在一些实施例中，质量元件331的材质可以与弹性元件332的材质相同，均采用透气材料制成。在一些实施例中，质量元件331的材质可以与弹性元件332的材质不同，比如，弹性元件332采用透气材料制成，质量元件331采用硬质材料(例如，铁、铜、硅等)制成。
图4是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的频率响应曲线图。如图4所示，横轴表示频率，单位为Hz，纵轴表示振动传感器的灵敏度，单位为dB。曲线410表示包括一个弹性元件的振动传感器在第一方向上的灵敏度。曲线420表示包括两个近似对称的弹性元件(例如，图3所示的第一弹性元件3321和第二弹性元件3322)的振动传感器在第一方向上的灵敏度。曲线430表示包括一个弹性元件的振动传感器在第二方向上的灵敏度。曲线440表示包括两个近似对称的弹性元件(例如，图3所示的第一弹性元件3321和第二弹性元件3322)的振动传感器在第二方向上的灵敏度。曲线410(或曲线430)中对应的振动传感器的弹性元件与曲线420(或曲线440)中对应的振动传感器的两个弹性元件的材质和形状相同，区别之处在于曲线410(或曲线430)中对应的振动传感器的弹性元件的厚度近似等于曲线420(或曲线440)中对应的振动传感器的两个弹性元件的总厚度。需要注意的是，这里近似等于的误差不超过50％。
对比曲线410和曲线420可以看出，在特定频率范围(例如，3000Hz以下)内，具有一个弹性元件的振动传感器在第一方向上的灵敏度(图4中曲线410)与具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第一方向上的灵敏度(图4中曲线420)近似相等。也可以理解为，在特定频率范围(例如，3000Hz以下)内，振动传感器包括的弹性元件的数量及分布情况对振动传感器在第一方向上的灵敏度的影响较小。另外，在曲线410和曲线420中，f1是具有一个弹性元件的振动传感器在第一方向上的谐振峰的谐振频率，f2是具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第一方向上谐振峰的谐振频率，其中，具有一个弹性元件的振动传感器在第一方向上的谐振峰的谐振频率f1与具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第一方向上谐振峰的谐振频率f2近似相等。也就是说，在特定频率范围内，具有一个弹性元件的振动传感器在第一方向的灵敏度与具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第一方向的灵敏度近似相等。考虑到振动传感器为非理想性器件，导致振动传感器中第一方向的谐振频率在第二方向中具有映射(也被称为分量)，相应地，在曲线430中，f3用于表征具有一个弹性元件的振动传感器中第一方向的谐振频率在第二方向频响曲线中的映射(也可以理解为第一方向的谐振频率在第二方向频响曲线中的分量)，f5是具有一个弹性元件的振动传感器在第二方向的谐振频率，在曲线440中，f4用于表征包括两个弹性元件的振动传感器中第一方向的谐振频率在第二方向频响曲线中的映射，f6是具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向的谐振频率。由于映射关系的存在，第三曲线430中的谐振频率f3与第一曲线410中 的谐振频率f1近似相等，第四曲线440中的谐振频率f4与第二曲线420中的谐振频率f2近似相等。对比曲线430和曲线440可以看出，在特定频率范围(例如，3000Hz以下)内，包括一个弹性元件的振动传感器中在第二方向上的灵敏度(图4中曲线430)大于包括两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的灵敏度(图4中曲线440)。也可以理解为，在特定频率范围(例如，3000Hz以下)内，振动传感器包括的弹性元件的数量及分布情况对振动传感器在第二方向上的灵敏度的影响较大。另外，结合曲线430和曲线440可以看出，f1与f2近似相等(或者，f3与f4近似相等)时，在特定频率范围(例如，3000Hz以下)内，具有一个弹性元件的振动传感器中在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f5明显小于包括两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6。在一些实施例中，通过在振动传感器中设置两个近似对称的弹性元件，可以使得振动传感器在第二方向上的谐振峰的谐振频率位于更高频范围，从而降低振动传感器在距离谐振频率较远位置的中低频范围内的灵敏度。进一步地，在特定频率范围(3000Hz)内，包括两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的灵敏度(图4中曲线440)相对于包括一个弹性元件的振动传感器在第二方向上的灵敏度(图4中曲线430)更加平坦。
基于上述的曲线分析，可以知道，通过在振动传感器中设置近似对称的第一弹性元件和第二弹性元件，可以实现在特定频段(例如，3000Hz以下)，在基本不改变振动传感器在第一方向上的灵敏度的同时降低振动传感器在第二方向上的灵敏度的前提下，进而增大振动传感器在第二方向上的灵敏度与振动传感器在第一方向上的灵敏度的差值，提高振动传感器的方向选择性，增强振动传感器的抗噪声干扰能力。在一些实施例中，为了进一步降低第二方向的灵敏度，在特定频率范围(例如，3000Hz以下)内，具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器中在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与具有一个弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f5的比值可以大于2。在一些实施例中，在特定频率范围(例如，3000Hz以下)内，具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器中在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与具有一个弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f5的比值可以大于3.5。在一些实施例中，在特定频率范围(例如，3000Hz以下)内，具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器中在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f5的比值可以大于5。在一些实施例中，具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与其在第一方向上的谐振峰对应的谐振频率f2可以大于1。优选地，具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与其在第一方向上的谐振峰对应的谐振频率f2可以大于1.5。进一步优选地，具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与其在第一方向上的谐振峰对应的谐振频率f2可以大于2。
图5是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图5所示，振动传感器500可以包括壳体510、声学换能器、振动组件530。图5中所示的振动传感器500可以与图3中所示的振动传感器300相同或相似。例如，振动传感器500的壳体510可以与振动传感器300的壳体310相同或相似。又例如，振动传感器500的第一声学腔体540可以与振动传感器300的第一声学腔体340相同或相似。再例如，振动传感器500的基板520可以与振动传感器300的基板320相同或相似。关于振动传感器500的更多结构，例如第二声学腔体550、拾音孔521、质量元件531、基板520等，可以参考图2、图3及其相关描述，在此不再赘述。
在一些实施例中，图5中所示的振动传感器与图3所示的振动传感器300的主要区别之处在于，振动传感器500的第一弹性元件5321和第二弹性元件5322可以为柱状结构，第一弹性元件5321和第二弹性元件5322可以分别沿着质量元件531的厚度方向延伸并与壳体510或声学换能器上表面的基板520连接。在一些实施例中，第一弹性元件5321和第二弹性元件5322可以在第一方向上相对于质量元件531呈近似对称分布。在一些实施例中，第一弹性元件5321可以位于质量元件531背离基板520的一侧，第一弹性元件5321的下表面可以和质量元件531的上表面连接，第一弹性元件5321的上表面可以和壳体510的内壁连接。在一些实施例中，第二弹性元件5322可以位于质量元件531朝向基板520的一侧，第二弹性元件5322的上表面可以和质量元件531的下表面连接，第二弹性元件5322的下表面可以和声学换能器上表面的基板520连接。需要说明的是，第一弹性元件5321和第二弹性元件5322的柱状结构可以为圆柱形、方柱形等规则和/或不规则结构，第一弹性元件5321和第二弹性元件5322的形状可以根据壳体510的截面形状进行适应性调整。
在一些实施例中，质量元件531上还可以开设有第一孔部533，第一声学腔体540与第二声学腔体550通过第一孔部533相连通。在一些实施例中，第一孔部533位于质量元件531中未被 第一弹性元件5321与第二弹性元件5322覆盖的区域，以使第一声学腔体540与其它声学腔体(例如第二声学腔体550)连通。第一孔部533的具体内容可以参照图24与图25的相关说明，在此不再赘述。在一些实施例中，质量元件531还可以采用透气材料制成。
在一些实施例中，壳体510上可以设有第二孔部(图中未示出)，第一声学腔体540、其它声学腔体和声学换能器通过第二孔部与外界连通。在振动传感器500的装配过程中，第二孔部可以将壳体510内部的气体输送至外界。如此，通过设置第二孔部，在装配振动组件530、声学换能器时，可避免由于壳体510内外空间的气压差过大而导致振动组件530(例如，弹性元件532)、声学换能器失效，从而可降低振动传感器500的装配难度。在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器500的使用性能。为了减少环境中气导声音的影响，在振动传感器500的制备完成后，或者应用到电子设备之前，可以通过密封材料将第二孔部密封，以免其影响振动传感器500的性能。在一些实施例中，可以通过密封胶、粘接密封胶带、添加密封塞等形式将第二孔部封堵。第二孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
在一些实施例中，壳体510可以设置有第三孔部511，第三孔部511将外部环境与壳体510内部的声学腔体连通，从而减小振动组件130振动时的阻力，提高振动传感器500的灵敏度。第三孔部511的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
图6是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图6所示，振动传感器600可以包括壳体610、声学换能器、振动组件630。图6中所示的振动传感器600可以与图3中所示的振动传感器300相同或相似。例如，振动传感器600的壳体610可以与振动传感器300的壳体310相同或相似。又例如，振动传感器600的第一声学腔体640可以与振动传感器300的第一声学腔体340相同或相似。再例如，振动传感器600的基板620可以与振动传感器300的基板320相同或相似。关于振动传感器600的更多结构，例如第二声学腔体650、拾音孔621、质量元件631、基板620等，可以参考图3及其相关描述，在此不再赘述。
在一些实施例中，与振动传感器300不同的是，振动传感器600的第一弹性元件6321可以包括第一子弹性元件63211和第二子弹性元件63212。第一子弹性元件63211和声学腔体对应的壳体610通过第二子弹性元件63212连接，第一子弹性元件63211与质量元件631的上表面连接。如图6所示，质量元件631的上表面与第一子弹性元件63211的下表面连接，第一子弹性元件63211的上表面与第二子弹性元件63212的下表面连接，第二子弹性元件63212的上表面与壳体610的内壁连接。在一些实施例中，第一子弹性元件63211的周侧与第二子弹性元件63212的周侧可以重合或近似重合。在一些实施例中，振动传感器600的第二弹性元件6322可以包括第三子弹性元件63221和第四子弹性元件63222。第三子弹性元件63221和声学腔体对应的声学换能器通过第四子弹性元件63222连接，第三子弹性元件63221与质量元件631的下表面连接。如图6所示，质量元件631的下表面与第三子弹性元件63221的上表面连接，第三子弹性元件63221的下表面与第四子弹性元件63222的上表面连接，第四子弹性元件63222的下表面通过声学换能器上表面的基板620与声学换能器连接。在一些实施例中，第三子弹性元件63221的周侧与第四子弹性元件63222的周侧可以重合或近似重合。
在一些实施例中，第一子弹性元件63211的周侧与第二子弹性元件63212的周侧(或者第三子弹性元件63221的周侧与第四子弹性元件63222的周侧)也可以不重合。例如，当第一子弹性元件63211为膜状结构、第二子弹性元件63212为柱状结构时，第一子弹性元件63211的周侧可以与壳体610的内壁连接，第二子弹性元件63212的周侧与壳体610的内壁之间可以具有间隙。
在一些实施例中，第一子弹性元件63211与第三子弹性元件63221可以在第一方向上相对于质量元件631呈近似对称分布。第一子弹性元件63211与第三子弹性元件63221的尺寸、形状、材质、或厚度可以相同。在一些实施例中，第二子弹性元件63212和第四子弹性元件63222可以在第一方向上相对于质量元件631呈近似对称分布。第二子弹性元件63212和第四子弹性元件63222的尺寸、形状、材质、或厚度可以相同。在一些实施例中，第一子弹性元件63211与第二子弹性元件63212(或者第三子弹性元件63221和第四子弹性元件63222)的尺寸、形状、材质、或厚度可以相同。例如，第一子弹性元件63211与第二子弹性元件63212的材质均为聚四氟乙烯材料。在一些实施例中，第一子弹性元件63211与第二子弹性元件63212(或者第三子弹性元件63221和第四子弹性元件63222)的尺寸、形状、材质、或厚度可以不同。例如，第一子弹性元件63211为膜状结构，第二子弹性元件63212为柱状结构。
在一些实施例中，振动传感器600还可以包括固定片670。固定片670可以沿质量元件631的周侧分布，固定片670位于第一子弹性元件63211与第三子弹性元件63221之间，且固定片670 的上表面和下表面可以分别与第一子弹性元件63211和第三子弹性元件63221连接。在一些实施例中，固定片670可以是独立的结构。例如，固定片670可以是厚度与质量元件631近似相同的柱状结构，固定片670的上表面可以与第一子弹性元件63211的下表面连接，固定片670的下表面可以与第三子弹性元件63221的上表面连接。在一些实施例中，固定片670也可以是与其他结构一体成型的结构。例如，固定片670可以是与第一子弹性元件63211和/或第三子弹性元件63221一体成型的柱状结构。在一些实施例中，固定片670也可以为贯穿第一子弹性元件63211和/或第三子弹性元件63221的柱状结构。例如，固定片670可以贯穿第一子弹性元件63211与第二子弹性元件63212连接。在一些实施例中，固定片670的结构除了柱状结构，也可以是其他类型结构，例如，环状结构等。在一些实施例中，固定片670为环状结构时，固定片670均匀的分布在质量元件631的周侧，固定片670的上表面与第一子弹性元件63211的下表面连接，固定片670的下表面与第三子弹性元件63221的上表面连接。
在一些实施例中，固定片670的厚度与质量元件631的厚度可以相同。在一些实施例中，固定片670的厚度与质量元件631的厚度可以不同。例如，固定片670的厚度可以大于质量元件631的厚度。在一些实施例中，固定片670的材料可以为弹性材料，例如，泡沫、塑料、橡胶、硅胶等。在一些实施例中，固定片670的材料也可以为刚性材料，例如，金属、金属合金等。优选地，固定片670的材料可以与质量元件631的材料相同。在一些实施例中，固定片670还可以作为附加质量元件，从而调节振动传感器的谐振频率，进而调节(例如，降低)振动传感器在第二方向上的灵敏度与振动传感器在第一方向上的灵敏度的差值。
在一些实施例中，振动组件630还包括第一孔部(图中未示出)，第一声学腔体640与第二声学腔体650通过第一孔部333相连通。在一些实施例中，第一孔部可以包括第一子孔部(图中未示出)，两个第一子孔部可以分别设置于第一子弹性元件63211和第三子弹性元件63221中未被质量元件631以及第二子弹性元件63212、第四子弹性元件63222覆盖的区域，以使第一声学腔体640与其它声学腔体(例如第二声学腔体650)连通。其中，两个第一子孔部可以错位设置，也可以相对设置。在一些实施例中，还可以在第一子弹性元件63211、第三子弹性元件63221以及质量元件631上都设置孔部，使第一声学腔体640与其它声学腔体连通，需要注意的是，设置孔部的区域未被第二子弹性元件63212、第四子弹性元件63222覆盖。例如，第一孔部可以包括两个第一子孔部和一个第二子孔部，两个第一子孔部可以分别设置于第一子弹性元件63211、第三子弹性元件63221，第二子孔部位于质量元件631上，两个第一子孔部分别位于第二子孔部的两端且与第二子孔部连通。在一些实施例中，两个第一子孔部的尺寸可以相同或不同。第一子孔部的尺寸与第二子孔部尺寸可以相同或不同。第一孔部的具体情况请参照图24与图25的相关说明，在此不再赘述。在一些实施例中，振动组件630也可以采用透气材料制成。例如，在一些实施例中，质量元件631的材质可以与弹性元件632(例如，第一子弹性元件63211、第三子弹性元件63221)的材质相同，均采用透气材料制成。在一些实施例中，质量元件631的材质可以与弹性元件632的材质不同，比如，弹性元件632(例如，第一子弹性元件63211、第三子弹性元件63221)采用透气材料制成，质量元件631采用硬质材料(例如，铁、铜、硅等)制成。
在一些实施例中，壳体610上可以设有第二孔部(图中未示出)，第一声学腔体640、其它声学腔体和声学换能器通过第二孔部与外界连通。在振动传感器600的装配过程中，第二孔部可以将壳体610内部的气体输送至外界。如此，通过设置第二孔部，在装配振动组件630、声学换能器时，可避免由于壳体610内外空间的气压差过大而导致振动组件630(例如，弹性元件632)、声学换能器失效，从而可降低振动传感器600的装配难度。在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器600的使用性能。为了减少环境中气导声音的影响，在振动传感器600的制备完成后，或者应用到电子设备之前，可以通过密封材料将第二孔部密封，以免其影响振动传感器600的性能。在一些实施例中，可以通过密封胶、粘接密封胶带、添加密封塞等形式将第二孔部封堵。第二孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
在一些实施例中，壳体610可以设置有第三孔部(图中未示出)，第三孔部将外部环境与壳体610内部的声学腔体连通，从而减小振动组件630振动时的阻力，提高振动传感器600的灵敏度。第三孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
图7是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图7所示，振动传感器700可以包括壳体710、声学换能器和振动组件730。图7中所示的振动传感器700可以与图3中所示的振动传感器300相同或相似。例如，振动传感器700的壳体710可以与振动传感器300的壳体310相同或相似。又例如，振动传感器700的第一声学腔体740可以与振动传感器300的第一 声学腔体340相同或相似。再例如，振动传感器700的基板720可以与振动传感器300的基板320相同或相似。关于振动传感器700的更多结构，例如第二声学腔体750、拾音孔721、声学换能器(图中未示出)、基板720等，可以参考图2、图3及其相关描述。
在一些实施例中，振动传感器700与振动传感器300的不同之处在于振动组件的结构不同。振动传感器700的振动组件730可以包括至少一个弹性元件732和两个质量元件(例如，第一质量元件7311和第二质量元件7312)。在一些实施例中，质量元件731可以包括第一质量元件7311和第二质量元件7312。第一质量元件7311和第二质量元件7312在第一方向上相对于至少一个弹性元件732呈对称设置。在一些实施例中，第一质量元件7311可以位于至少一个弹性元件732背离基板720的一侧，第一质量元件7311的下表面与至少一个弹性元件732的上表面连接。第二质量元件7312可以位于至少一个弹性元件732朝向基板720的一侧，第二质量元件7312的上表面与至少一个弹性元件732的下表面连接。在一些实施例中，第一质量元件7311和第二质量元件7312的尺寸、形状、材质、或厚度可以相同。在一些实施例中，第一质量元件7311和第二质量元件7312在第一方向上相对于至少一个弹性元件732呈对称设置，可以使得质量元件731的重心与至少一个弹性元件732的形心近似重合，进而使得振动组件730在响应与壳体710的振动而产生振动时，可以降低质量元件731在第二方向上的振动，从而降低振动组件730对第二方向上壳体710振动的响应灵敏度，进而提高振动传感器700的方向选择性。
在一些实施例中，第一质量元件7311和第二质量元件7312在第一方向上分布在至少一个弹性元件732相反的两侧，这里的第一质量元件7311和第二质量元件7312可以近似视为一个整体的质量元件，该整体的质量元件的重心与至少一个弹性元件732的形心近似重合，可以使得目标频率范围(例如，3000Hz以下)内，振动组件730对第一方向上壳体710振动的响应灵敏度高于振动组件730对第二方向上壳体710振动的响应灵敏度。在一些实施例中，振动组件730对第二方向上壳体710振动的响应灵敏度与振动组件730对第一方向上壳体710振动的响应灵敏度的差值可以为-20dB～-60dB。在一些实施例中，振动组件730对第二方向上壳体710振动的响应灵敏度与振动组件730对第一方向上壳体710振动的响应灵敏度的差值可以为-25dB～-50dB。在一些实施例中，振动组件730对第二方向上壳体710振动的响应灵敏度与振动组件730对第一方向上壳体710振动的响应灵敏度的差值可以为-30dB～-40dB。
在一些实施例中，在振动传感器700工作过程中，可以通过降低振动组件730在第二方向上产生的振动，从而降低振动组件730对第二方向上壳体710振动的响应灵敏度，进而提高振动传感器700的方向选择性，降低噪声信号对声音信号的干扰。
在一些实施例中，至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心可以重合或者近似重合。在一些实施例中，振动组件730响应于壳体710的振动而产生振动时，至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心重合或者近似重合，可以在振动组件730对第一方向上壳体710振动的响应灵敏度基本不变的前提下，降低质量元件731在第二方向上的振动，从而降低振动组件730对第二方向上壳体710振动的响应灵敏度，进而提高振动传感器700的方向选择性。在一些实施例中，可以通过调整弹性元件732的厚度、弹性系数、质量元件731的质量、尺寸等改变(例如，提高)振动组件730对第一方向上壳体710振动的响应灵敏度。
在一些实施例中，至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心在第一方向上的距离可以不大于质量元件731厚度的1/3。在一些实施例中，至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心在第一方向上的距离可以不大于质量元件731厚度的1/2。在一些实施例中，至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心在第一方向上的距离可以不大于质量元件731厚度的1/4。在一些实施例中，至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心在第二方向上的距离不大于质量元件731边长或半径的1/3。在一些实施例中，至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心在第二方向上的距离不大于质量元件731边长或半径的1/2。在一些实施例中，至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心在第二方向上的距离不大于质量元件731边长或半径的1/4。例如，质量元件731为正方体时，至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心在第二方向上的距离不大于质量元件731边长的1/3。又例如，质量元件731为圆柱体时，至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心在第二方向上的距离不大于质量元件731上表面(或者下表面)圆形半径的1/3。
在一些实施例中，当至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的重心重合或者近似重合时，可以使得振动组件730在第二方向上振动的谐振频率向高频偏移，而不改变振动组件730在第一方向上振动的谐振频率。在一些实施例中，当至少一个弹性元件732的形心与质量元件731的 重心重合或者近似重合时，振动组件730在第一方向上振动的谐振频率可以保持基本不变，例如，振动组件730在第一方向上振动的谐振频率可以为人耳感知相对较强的频率范围(例如，20Hz-2000Hz、2000Hz-3000Hz等)内的频率。振动组件730在第二方向上振动的谐振频率可以向高频偏移而位于人耳感知相对较弱的频率范围(例如，5000Hz-3000Hz、1kHz-14kHz等)内的频率。基于振动组件730在第二方向上振动的谐振频率向高频偏移，振动组件730在第一方向上振动的谐振频率保持基本不变，可以使得振动组件730在第二方向上振动的谐振频率与振动组件730在第一方向上振动的谐振频率的比值大于或等于2。在一些实施例中，振动组件730在第二方向上振动的谐振频率与振动组件730在第一方向上振动的谐振频率的比值也可以大于或等于其他数值。例如，振动组件730在第二方向上振动的谐振频率与振动组件730在第一方向上振动的谐振频率的比值也可以大于或等于1.5。
在一些实施例中，振动组件730还包括第一孔部(图中未示出)，第一声学腔体740与第二声学腔体750通过第一孔部相连通。在一些实施例中，第一孔部可以包括第一子孔部(图中未示出)，第一子孔部可以设置于弹性元件732中未被第一质量元件7311、第二质量元件7312覆盖的区域，以使第一声学腔体740与其它声学腔体(例如第二声学腔体750)连通。在一些实施例中，还可以在第一质量元件7311、第二质量元件7312在以及弹性元件732上都设置孔部，使第一声学腔体740与其它声学腔体连通。例如，第一孔部可以包括一个第一子孔部和两个个第二子孔部(图中未示出)，两个第二子孔部可以分别设置于第一质量元件7311、第二质量元件7312，第一子孔部位于弹性元件732上，两个第二子孔部分别位于第一子孔部的两端且与均第一子孔部连通。在一些实施例中，两个第二子孔部的尺寸可以相同或不同。第一子孔部的尺寸与第二子孔部尺寸可以相同或不同。第一孔部的具体情况请参照图24与图25的相关说明，在此不再赘述。在一些实施例中，振动组件730也可以采用透气材料制成。例如，在一些实施例中，质量元件731的材质可以与弹性元件732的材质相同，均采用透气材料制成。在一些实施例中，质量元件731的材质可以与弹性元件732的材质不同，比如，弹性元件732采用透气材料制成，质量元件731采用硬质材料(例如，铁、铜、硅等)制成。
在一些实施例中，壳体710上可以设有第二孔部(图中未示出)，第一声学腔体740、其它声学腔体和声学换能器通过第二孔部与外界连通。在振动传感器700的装配过程中，第二孔部可以将壳体710内部的气体输送至外界。如此，通过设置第二孔部，在装配振动组件730、声学换能器时，可避免由于壳体710内外空间的气压差过大而导致振动组件730(例如，弹性元件732)、声学换能器失效，从而可降低振动传感器700的装配难度。在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器700的使用性能。为了减少环境中气导声音的影响，在振动传感器700的制备完成后，或者应用到电子设备之前，可以通过密封材料将第二孔部密封，以免其影响振动传感器700的性能。在一些实施例中，可以通过密封胶、粘接密封胶带、添加密封塞等形式将第二孔部封堵。第二孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
在一些实施例中，壳体710可以设置有第三孔部(图中未示出)，第三孔部将外部环境与壳体710内部的声学腔体连通，从而减小振动组件730振动时的阻力，提高振动传感器700的灵敏度。第三孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
图8是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图8所示，振动传感器800可以包括壳体810、声学换能器、振动单元830。图8中所示的振动传感器800可以与图7中所示的振动传感器700相同或相似。例如，振动传感器800的壳体810可以与振动传感器700的壳体710相同或相似。又例如，振动传感器800的第一声学腔体840可以与振动传感器700的第一声学腔体740相同或相似。再例如，振动传感器800的声学换能器可以与振动传感器700的声学换能器相同或相似。关于振动传感器800的更多结构，例如第二声学腔体850、拾音孔821、质量元件831、第一质量元件8311、第二质量元件8312、基板820等，可以参考图7及其相关描述。
与振动传感器700不同的是，振动传感器800的弹性元件832还可以包括第二弹性元件8322和第三弹性元件8323。在一些实施例中，第一弹性元件8321可以分别通过第二弹性元件8322和第三弹性元件8323与壳体810和/或声学换能器连接。如图8所示，第一弹性元件8321为膜状结构，第二弹性元件8322和第三弹性元件8323为柱状结构。第一弹性元件8321的上表面与第二弹性元件8322的下表面连接，第二弹性元件8322的上表面与壳体810的内壁连接。第一弹性元件8321的下表面与第三弹性元件8323的上表面连接，第三弹性元件8323的下表面通过声学换能器上表面的基板820与声学换能器连接。在一些实施例中，第一弹性元件8321、第二弹性元件8322和第三弹性元件8323的周侧可以重合或近似重合。在一些实施例中，第一弹性元件8321、第二弹性 元件8322和第三弹性元件8323的周侧可以不重合。例如，第一弹性元件8321为膜状结构，第二弹性元件8322和第三弹性元件8323为柱状结构时，第一弹性元件8321的周侧可以与壳体810的内壁连接，第二弹性元件8322和第三弹性元件8323的周侧与壳体810的内壁之间存在空隙。
需要说明的是，本说明书一些实施例所示的振动传感器的振动组件(例如，图3所示的振动组件330、图5所示的振动组件530等)的设置方向为横向设置，在一些实施例中，振动组件的设置方向也可以为其他方向设置(例如，纵向设置或斜向设置)，相应地，第一方向和第二方向随质量元件(例如，图3所示的振动组件330、图5所示的振动组件530等)的变化而改变。例如，振动传感器300的振动组件330(的质量元件331)纵向处置时，这里可以近似视为图3所示的振动组件330整体沿顺时针(或逆时针)方向旋转90°，相应地，第一方向和第二方向也随振动组件330的旋转而发生变化。振动组件纵向设置时的振动传感器的工作原理与振动组件横向设置时的振动传感器的工作原理相似，在此不做赘述。
在一些实施例中，振动组件830还包括第一孔部(图中未示出)，第一声学腔体840与第二声学腔体850通过第一孔部相连通。在一些实施例中，第一孔部可以包括第一子孔部(图中未示出)，第一子孔部可以设置于第一弹性元件8321中未被第二弹性元件8322、第三弹性元件8323以及第一质量元件8311、第二质量元件8312覆盖的区域，以使第一声学腔体840与其它声学腔体(例如第二声学腔体850)连通。在一些实施例中，还可以在第一质量元件8311、第二质量元件8312在以及第一弹性元件8321上都设置孔部，使第一声学腔体840与其它声学腔体连通。例如，第一孔部可以包括一个第一子孔部和两个个第二子孔部(图中未示出)，两个第二子孔部可以分别设置于第一质量元件8311、第二质量元件8312，第一子孔部位于第一弹性元件8321上，两个第二子孔部分别位于第一子孔部的两端且与均第一子孔部连通，需要注意的是，设置孔部的区域不能被第二弹性元件8322、第三弹性元件8323覆盖。在一些实施例中，两个第二子孔部的尺寸可以相同或不同。第一子孔部的尺寸与第二子孔部尺寸可以相同或不同。第一孔部的具体情况请参照图24与图25的相关说明，在此不再赘述。在一些实施例中，振动组件830也可以采用透气材料制成。例如，在一些实施例中，质量元件831的材质可以与弹性元件832(例如第一弹性元件8321)的材质相同，均采用透气材料制成。在一些实施例中，质量元件831的材质可以与弹性元件832的材质不同，比如，弹性元件832(例如第一弹性元件8321)采用透气材料制成，质量元件831采用硬质材料(例如，铁、铜、硅等)制成。
在一些实施例中，壳体810上可以设有第二孔部(图中未示出)，第一声学腔体840、其它声学腔体和声学换能器通过第二孔部与外界连通。在振动传感器800的装配过程中，第二孔部可以将壳体810内部的气体输送至外界。如此，通过设置第二孔部，在装配振动组件830、声学换能器时，可避免由于壳体810内外空间的气压差过大而导致振动组件830(例如，弹性元件832)、声学换能器失效，从而可降低振动传感器800的装配难度。在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器800的使用性能。为了减少环境中气导声音的影响，在振动传感器800的制备完成后，或者应用到电子设备之前，可以通过密封材料将第二孔部密封，以免其影响振动传感器800的性能。在一些实施例中，可以通过密封胶、粘接密封胶带、添加密封塞等形式将第二孔部封堵。第二孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
在一些实施例中，壳体810可以设置有第三孔部(图中未示出)，第三孔部将外部环境与壳体810内部的声学腔体连通，从而减小振动组件830振动时的阻力，提高振动传感器800的灵敏度。第三孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
图9是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图9所示，振动传感器900可以包括弹性元件920、声学换能器930、壳体940、质量元件960以及密封单元970，其中弹性元件920与质量元件960组成振动组件。壳体940可以具有一声学腔体941，用于容纳振动传感器900的一个或多个部件(例如，弹性元件920、质量元件960以及密封单元970)。在一些实施例中，壳体940为半封闭壳体，通过与声学换能器930进行连接，形成声学腔体941。例如，壳体940罩设于声学换能器930上方，形成声学腔体941。
在一些实施例中，图9所示的振动传感器900可以作为振动传感器应用于麦克风领域，例如，骨导麦克风。例如，当应用于骨导麦克风时，声学换能器930可以获取第一声学腔体950的声压变化并转换为电信号。在一些实施例中，弹性元件920设置于声学换能器(即声学换能器930)上方，并在弹性元件920和声学换能器之间形成第一声学腔体950。
弹性元件920可以包括弹性薄膜921。弹性薄膜921靠近声学换能器930一侧表面(又称内表面)上设置有凸起结构923。凸起结构923和弹性薄膜921(形成第一声学腔体950的第一侧 壁)能够与声学换能器930(形成第一声学腔体950的第二侧壁)共同形成第一声学腔体950。
在一些实施例中，振动组件可以包括第一孔部980，第一声学腔体950与其他声学腔体通过第一孔部980相连通。在一些实施例中，第一孔部980可以包括第一子孔部981，第一子孔部981可以设置于弹性元件981的弹性薄膜921未被质量元件960覆盖的区域，以使第一声学腔体950与其它声学腔体(例如声学腔体941)连通。在一些实施例中，还可以在弹性元件981以及质量元件960上都设置孔部，使第一声学腔体950与其它声学腔体连通。例如，第一孔部980可以包括第一子孔部981和第二子孔部982，第一子孔部981可以设置于弹性薄膜921中相邻的两个凸起结构923之间的位置，第二子孔部982位于质量元件960上，第二子孔部982与第一子孔部981相连通。在一些实施例中，凸起结构923可以包括第五孔部990，其中，第五孔部990沿第一方向贯穿凸起结构923，第一孔部980与第五孔部990连通，在一些实施例中，第一子孔部981的尺寸、第二子孔部982的尺寸与第五孔部990的尺寸可以相同或不同。第一孔部980的具体情况请参照图24与图25的相关说明，在此不再赘述。在一些实施例中，振动组件也可以采用透气材料制成。例如，在一些实施例中，质量元件960的材质可以与弹性元件920的材质相同，均采用透气材料制成。在一些实施例中，质量元件960的材质可以与弹性元件920的材质不同，比如，弹性元件920采用透气材料制成，质量元件960采用硬质材料(例如，铁、铜、硅等)制成。
在一些实施例中，壳体940上可以设有第二孔部(图中未示出)，声学腔体941、其它声学腔体和声学换能器通过第二孔部与外界连通。在振动传感器900的装配过程中，第二孔部可以将壳体940内部的气体输送至外界。如此，通过设置第二孔部，在装配弹性元件920、质量元件960、声学换能器时，可避免由于壳体940内外空间的气压差过大而导致弹性元件920、声学换能器失效，从而可降低振动传感器900的装配难度。在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器900的使用性能。为了减少环境中气导声音的影响，在振动传感器900的制备完成后，或者应用到电子设备之前，可以通过密封材料将第二孔部密封，以免其影响振动传感器900的性能。在一些实施例中，可以通过密封胶、粘接密封胶带、添加密封塞等形式将第二孔部封堵。第二孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
在一些实施例中，壳体940可以设置有第三孔部942，第三孔部942将外部环境与壳体940内部的声学腔体连通，从而减小弹性元件920振动时的阻力，提高振动传感器900的灵敏度。第三孔部942的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
如图9所示，弹性薄膜921的外沿可以与声学换能器930物理连接。物理连接可以包括粘接、钉接、卡接以及通过额外的连接部件(例如，密封单元970)进行连接。例如，弹性薄膜921的外沿可以与声学换能器930通过胶黏剂粘接，以形成第一声学腔体950。但胶黏剂粘接的密封性较差，一定程度上降低了振动传感器900的灵敏度。在一些实施例中，凸起结构923的顶端抵接于声学换能器930的表面。顶端是指凸起结构923远离弹性薄膜921的端部。设置于弹性薄膜921外围的凸起结构923的顶端与声学换能器930表面的连接处可以通过密封单元970进行密封，以使得凸起结构923、弹性薄膜921、密封单元970和声学换能器930共同形成封闭的第一声学腔体950。可以理解的是，密封单元970的设置位置不限于上述描述。在一些实施例中，密封单元970可以不仅限于设置在凸起结构923的顶端与声学换能器930表面的连接处，还可以设置在用于形成第一声学腔体950的凸起结构923的外侧(即凸起结构923的远离第一声学腔体950的一侧)。在一些实施例，为了进一步提高密封性，也可以在第一声学腔体950的内部也设置密封单元。通过密封单元970将弹性元件920与声学换能器930连接处进行密封，可以保证整个第一声学腔体950的密封性，进而有效提高振动传感器900的可靠性和稳定性，并确保了振动传感器900的灵敏度。在一些实施例中，密封单元970可以采用硅胶、橡胶等材料制成，进一步提高密封单元970的密封性能。在一些实施例中，密封单元970的种类可以包括密封圈、密封垫片、密封胶条中的一种或多种。
质量元件960可以与弹性元件920连接，位于弹性元件920背离第一声学腔体950的一侧。例如，质量元件960可以设置于弹性薄膜921上，位于背离第一声学腔体950的一侧。响应于壳体940和/或声学换能器930的振动，质量元件960可以与弹性元件920共同构成谐振系统，产生振动。质量元件960具有一定质量，因此可以增大弹性元件920相对于壳体940的振动幅度，使得第一声学腔体950的体积变化量可以在不同强度的外部振动的作用下都发生明显变化，进而提高振动传感器900的灵敏度。
在一些实施例中，质量元件960可以设置在弹性元件920朝向声学换能器930的一侧。例如，可以直接在质量元件960朝向声学换能器930的一侧的表面设置(例如，通过切削、注塑、粘合等方式加工)凸起结构923。由于质量元件960本身具有弹性，因此由质量元件960上设置的凸 起结构923也具备弹性。在本实施例中，质量元件960可以减小第一声学腔体950的体积，一定程度上提高了振动传感器900的灵敏度。在一些实施例中，设置于质量元件960上的凸起结构923的顶端可以抵接于声学换能器930的表面，以此凸起结构923在运动时由于挤压产生弹性形变，提高第一声学腔体950的体积变化量，进而提高振动传感器900的灵敏度。
在一些实施例中，可以通过其他方式提升振动传感器900的灵敏度。例如，调整弹性薄膜921的杨氏模量与质量元件960的杨氏模量、调整质量元件960的厚度与弹性薄膜921的厚度之比或之差、调整质量元件960在第一方向上的投影面积与弹性元件920在第一方向上的投影面积之比、调整质量元件960在第一方向上的投影面积与第一声学腔体950在第一方向上的投影面积之比、增大第一声学腔体950的体积变化量和/或减小第一声学腔体950的体积、调整相邻的凸起结构923之间的间隔、调整单个凸起结构923的宽度、调整凸起结构923的宽度与相邻的凸起结构923之间的间隔之比、调整凸起结构923的高度、调整凸起结构923的高度与第一声学腔体950的高度的差值以及凸起结构923与声学换能器930的表面之间的间隙以及调整凸起结构923的高度与弹性薄膜921的厚度之比等方式。
在一些实施例中，凸起结构923可以与声学换能器930表面直接接触。此时凸起结构923的高度与第一声学腔体950的高度相同或相近。图10是根据本说明书一些实施例所示的凸起结构与第一声学腔体的第二侧壁抵接的示意图。如图10所示，凸起结构923可以与第一声学腔体950的第二侧壁抵接。凸起结构923可以具有一定弹性。在本实施例中，当弹性元件920受到外力的激励而发生运动时，会带动凸起结构923朝声学换能器930的方向运动。
在一些实施例中，第一声学腔体950的体积变化量还可以与凸起结构923的形状有关。在一些实施例中，凸起结构923的形状可以为各种形状。图11分别示出了三种不同形状的凸起结构。其中，图11(a)中的凸起结构923-1的形状为金字塔状，呈点阵列分布在弹性元件920-1的内表面上。图11(b)中的凸起结构923-2的形状为半球状，呈点阵列分布在弹性元件920-2的内表面上。图11(c)中的凸起结构923-3的形状为条纹状，呈线阵列分布在弹性元件920-3的内表面上。可以理解的是，这仅出于说明的目的，并不旨在限制凸起结构923的形状。凸起结构923还可以为其他可能的形状。例如，梯台状、圆柱状、椭球状等。
参照图11，凸起结构923的形状为金字塔状，相较于其他形状(例如，半球状)而言，当凸起结构923受到外力作用时，金字塔状的凸起结构923会导致应力集中于顶端。对于不同形状的凸起结构923，若其杨氏模量相同时，金字塔状的凸起结构923的等效刚度会更低，弹性系数会更低，发生弹性形变的形变量更大，进而使得第一声学腔体950的体积变化量更大，对于振动传感器900的灵敏度增幅更大。
图12是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器1400的示意图。图12所示的振动传感器1410与图9所示的振动传感器900类似，其中，弹性元件1420与质量元件1460构成了振动组件。不同的是振动传感器1410的弹性元件1420包括第一弹性元件1420-1和第二弹性元件1420-2。第一弹性元件1420-1和第二弹性元件1420-2分别设置于质量元件1460在第一方向上的两侧。其中，第一弹性元件1420-1位于质量元件1460靠近声学换能器1430的一侧，第二弹性元件1420-2位于质量元件1460远离声学换能器1430的一侧。类似于图9中所示的弹性元件920，第一弹性元件1420-1包括第一弹性薄膜1421-1以及设置在第一弹性薄膜1421-1朝向第一声学腔体1450一侧表面(也称内表面)的第一凸起结构1423-1。第一凸起结构1423-1的边沿通过第一密封单元1470-1与声学换能器1430密封连接，使得第一弹性薄膜1421-1、第一凸起结构1423-1、第一密封单元1470-1和声学换能器1430共同形成第一声学腔体1450。第二弹性元件1420-2包括第二弹性薄膜1421-2和设置在第二弹性薄膜1421-2远离第一声学腔体1450一侧的第二凸起结构1423-2。第二凸起结构1423-2的边沿通过第二密封单元1470-2与壳体1440的顶壁(即壳体1440背离声学换能器1430的一侧)密封连接。
在一些实施例中，第一弹性元件1420-1和第二弹性元件1420-2中的至少一个可以包括弹性微结构层(图中未示出)。以第一弹性元件1420-1为例，第一弹性元件1420-1可以包括第一弹性薄膜1421-1和第一弹性微结构层，第一弹性微结构层设置在第一弹性薄膜1421-1朝向声学换能器1430的一侧。第一弹性微结构层朝向声学换能器1430的一侧包括第一凸起结构1423-1。第一凸起结构1423-1可以是第一弹性微结构层的一部分。弹性微结构层可以与前述一个或多个实施例中的弹性微结构层相同或相似，此处不再赘述。
如图12所示，第一弹性元件1420-1和第二弹性元件1420-2沿第一方向上分布在质量元件1460相对的两侧。这里第一弹性元件1420-1和第二弹性元件1420-2可以近似作为一个弹性元件 1420。为了方便描述，可以将第一弹性元件1420-1和第二弹性元件1420-2整体形成的弹性元件1420称为第三弹性元件。第三弹性元件的形心与质量元件1460的重心重合或者近似重合，且第二弹性元件1420-2与壳体1440的顶壁(即壳体1440背离声学换能器1430的一侧)密封连接，可以使得目标频率范围(例如，3000Hz以下)内，第三弹性元件对第一方向上壳体1440振动的响应灵敏度高于第三弹性元件对第二方向上壳体1440振动的响应灵敏度。
在一些实施例中，第三弹性元件(即弹性元件1420)响应于壳体1440的振动在第一方向产生振动。第一方向上的振动可以视为振动传感器1410(例如，振动振动传感器)所拾取的目标信号，第二方向上的振动可以视为噪声信号。在振动传感器1410工作过程中，可以通过降低第三弹性元件在第二方向上产生的振动来降低第三弹性元件对第二方向上壳体1440振动的响应灵敏度，进而提高振动传感器1410的方向选择性，降低噪声信号对声音信号的干扰。
在一些实施例中，第三弹性元件响应于壳体1440的振动而产生振动时，若第三弹性元件的形心与质量元件1460的重心重合或者近似重合，且第二弹性元件1420-2与壳体1440的顶壁(即壳体1440背离声学换能器1430的一侧)密封连接，因此可以在第三弹性元件对第一方向上壳体1440振动的响应灵敏度基本不变的前提下，降低质量元件1460在第二方向上的振动，从而降低第三弹性元件对第二方向上壳体1440振动的响应灵敏度，进而提高振动传感器1410的方向选择性。需要注意的是，这里第三弹性元件的形心与质量元件1460的重心近似重合可以理解为第三弹性元件为密度均匀的规则几何结构，因此第三弹性元件的形心与其重心近似重合。而第三弹性元件的重心可以视为质量元件1460的重心。此时第三弹性元件的形心可以视为与质量元件1460的重心近似重合。在一些实施例中，第三弹性元件为不规则结构体时或密度不均匀时，则可视为第三弹性元件的实际重心与质量元件1460的重心近似重合。近似重合可以是指第三弹性元件的实际重心或第三弹性元件的形心与质量元件1460的重心的距离在一定范围内，例如，小于100μm，小于500μm，小于1mm，小于2mm，小于3mm，小于5mm，小于10mm等。
当第三弹性元件的形心与质量元件1460的重心重合或者近似重合时，可以使得第三弹性元件在第二方向上振动的谐振频率向高频偏移，而不改变第三弹性元件在第一方向上振动的谐振频率。第三弹性元件在第一方向上振动的谐振频率可以保持基本不变，例如，第三弹性元件在第一方向上振动的谐振频率可以为人耳感知相对较强的频率范围(例如，20Hz-2000Hz、2000Hz-3000Hz等)内的频率。而第三弹性元件在第二方向上振动的谐振频率可以向高频偏移而位于人耳感知相对较弱的频率范围(例如，5000Hz-14000Hz、1kHz-14kHz等)内的频率。
需要说明的是，图9所示的振动传感器900中的第一孔部980、第二孔部、第三孔部第五孔部同样适用于图12所示的振动传感器1400，例如，第一弹性元件1420-1、第二弹性元件1420-2和质量元件1460上开设第一孔部或第五孔部。
图13是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器1600的结构示意图。如图13所示，振动传感器1600可以包括壳体1610、振动组件1620和声学换能器1660。在一些实施例中，壳体1610可以与声学换能器1660连接以围合成中空结构。壳体1610和声学换能器1660之间的连接方式可以为物理连接。在一些实施例中，振动组件1620可以位于该围合的中空结构内。壳体1610被配置为基于外部振动信号产生振动，振动组件1620能够拾取、转化并传递振动(例如，将振动转换为第一声学腔体1624内空气的压缩)，以使得声学换能器1660产生电信号。
在一些实施例中，振动组件1620可以包括质量元件1621、弹性元件1622和支撑架1623。质量元件1621与支撑架1623分别与弹性元件1622的两侧物理连接。例如，质量元件1621和支撑架1623可以分别与弹性元件1622的上表面和下表面连接。支撑架1623与声学换能器1660物理连接，例如，支撑架1623可以是上端与弹性元件1622的下表面相连，而其下端与声学换能器1660相连。支撑架1623、弹性元件1622和声学换能器1660可以形成第一声学腔体1624。例如，如图13所示，第一声学腔体1624可以由弹性元件1622、声学换能器1660以及包括环形结构的支撑架1623形成。再例如，如图13所示，第一声学腔体1624可以由弹性元件1622、声学换能器1660以及包括环形结构和底板的支撑架1623形成。第一声学腔体1624与声学换能器1660声学连通。例如，声学换能器1660上可以设有拾音孔1661，拾音孔1661可以是指声学换能器1660上用于接收第一声学腔体体积变化信号的孔，第一声学腔体1624可以与声学换能器1660上设置的拾音孔1661相连通。第一声学腔体1624与声学换能器1660的声学连通可以使得声学换能器1660感应第一声学腔体1624的体积的改变，并基于第一声学腔体1624的体积的改变产生电信号。通过这样的设置，壳体1610基于外部振动信号产生振动，质量元件1621被配置为响应于壳体1610的振动而致使弹性元件1622改变第一声学腔体1624的体积，声学换能器1660基于第一声学腔体1624的体积的改变 产生电信号。质量元件1621、弹性元件1622和支撑架共同构成质量-弹簧-阻尼系统，这样的振动组件1620可以有效提高振动传感器的灵敏度。
在一些实施例中，质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向(如图13中箭头的方向)的截面面积大于第一声学腔体1624沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向(如图13中箭头的方向)的截面面积。在一些实施例中，弹性元件1622沿垂直于弹性元件1622的厚度方向的截面面积大于第一声学腔体1624沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积。质量元件1621被配置为响应于壳体1610的振动而使得弹性元件1622与支撑架1623相接触的区域发生压缩形变，且弹性元件1622能够振动而使得第一声学腔体1624的体积发生改变。声学换能器1660基于第一声学腔体1624的体积的改变产生电信号。
需要说明的是，当第一声学腔体1624沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积随着高度不同而出现变化时，本说明书中所述的第一声学腔体1624沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积可以是指，第一声学腔体1624的靠近弹性元件1622的一侧的沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面的面积。
在另一些实施例中，质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面面积小于第一声学腔体1624沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积。
在一些实施例中，振动组件1620还包括第一孔部1630，第一声学腔体1624与其他声学腔体通过第一孔部1630相连通。在一些实施例中，弹性元件1622以及质量元件1621上都设置孔部，使第一声学腔体1624与其它声学腔体连通。在一些实施例中，第一孔部1630可以包括第一子孔部1631和第二子孔部1632，第一子孔部1631可以设置于弹性元件1622，第二子孔部1632位于质量元件1621上，第二子孔部1632与第一子孔部1631连通。在一些实施例中，第一子孔部1631的尺寸与第二子孔部1632的尺寸可以相同或不同。第一孔部1630的具体情况请参照图24与图25的相关说明，在此不再赘述。在一些实施例中，振动组件也可以采用透气材料制成。例如，在一些实施例中，质量元件1621的材质可以与弹性元件1622的材质相同，均采用透气材料制成。在一些实施例中，质量元件1621的材质可以与弹性元件1622的材质不同，比如，弹性元件1622采用透气材料制成，质量元件1621采用硬质材料(例如，铁、铜、硅等)制成。
在一些实施例中，壳体1610上可以设有第二孔部(图中未示出)，第一声学腔体1624、其它声学腔体和声学换能器通过第二孔部与外界连通。在振动传感器1600的装配过程中，第二孔部可以将壳体1610内部的气体输送至外界。如此，通过设置第二孔部，在装配弹性元件1622、质量元件1621、声学换能器时，可避免由于壳体1610内外空间的气压差过大而导致弹性元件1622、声学换能器失效，从而可降低振动传感器1600的装配难度。在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器1600的使用性能。为了减少环境中气导声音的影响，在振动传感器1600的制备完成后，或者应用到电子设备之前，可以通过密封材料将第二孔部密封，以免其影响振动传感器1600的性能。在一些实施例中，可以通过密封胶、粘接密封胶带、添加密封塞等形式将第二孔部封堵。第二孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
在一些实施例中，壳体1610可以设置有第三孔部1611，第三孔部将外部环境与壳体1610内部的声学腔体连通，从而减小弹性元件1622振动时的阻力，提高振动传感器1600的灵敏度。第三孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
图14是根据本说明书一些实施例所示的弹性元件和支撑架的连接示意图。如图14所示，当质量元件1621振动时，只有弹性元件1622与支撑架1623接触的区域1650发生压缩形变，弹性元件1622与支撑架1623的接触部分等效于弹簧，这样的结构能够增加振动传感器1600的灵敏度。
在一些实施例中，第一声学腔体1624可以与声学换能器1660的拾音孔1661直接连通，以形成第一声学腔体1624和声学换能器1660的声学连接。在另一些实施例中，可以通过在支撑架1623上设置的通孔使得第一声学腔体1624与声学换能器1660的拾音孔1661连通，以形成第一声学腔体1624和声学换能器1660的声学连接。
在一些实施例中，支撑架1623上的通孔的截面积可以与声学换能器1660的拾音孔1661的截面积不同。在一些实施例中，支撑架1623上的通孔的截面形状可以与声学换能器1660的拾音孔1661的截面形状不同。在一些实施例中，支撑架1623上的通孔可以与声学换能器1660的拾音孔1661的截面积不同而截面形状相同。例如通孔的截面积可以小于拾音孔1661的截面积，通孔的截面形状和拾音孔的截面形状都是圆形。在一些实施例中，支撑架1623上的通孔与声学换能器1660的拾音孔1661可以对齐设置。例如，通孔的中心轴线与拾音孔1661的中心轴线可以完全重合。在一些实施例中，支撑架1623上的通孔与声学换能器1660的拾音孔1661可以不对齐设置。例如，通 孔的中心轴线与拾音孔1661的中心轴线之间可以间隔一定的距离。应当注意，单个拾音孔1661的描述仅用于说明，并不意在限制本发明的范围。应当理解，振动传感器1600可以包括一个以上的拾音孔1661。例如，振动传感器1600可以包括布置成阵列的多个拾音孔1661。
在一些实施例中，质量元件1621与弹性元件1622的物理连接方式、支撑架1623与弹性元件1622的物理连接方式以及支撑架1623与声学换能器1660的物理连接方式可以包括焊接、胶接等或其任意组合。
在一些实施例中，弹性元件1622沿垂直于弹性元件1622的厚度方向的截面形状可以为矩形、圆形、六边形或不规则形状等，在一些实施例中，质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面形状可以为矩形、圆形、六边形或不规则形状等。在一些实施例中，弹性元件1622沿垂直于弹性元件1622的厚度方向的截面形状与质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面形状可以相同。在另一些实施例中，在一些实施例中，弹性元件1622沿垂直于弹性元件1622的厚度方向的截面形状与质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面形状可以不同。
在一些实施例中，第一声学腔体1624的高度可以等于支撑架1623的厚度。在另一些实施例中，第一声学腔体1624的高度可以小于支撑架1623的厚度。
在一些实施例中，支撑架1623可以包括环形结构。支撑架1623包括环形结构可以是支撑架1623本身为环形结构(如图13所示)，也可以是支撑架1623包括环形结构和底板(具体请参见图15及其相关说明)，还可以是支撑架1623包括环状结构和其他结构。当支撑架1623包括环状结构时，第一声学腔体1624可以位于环形结构的中空部分，弹性元件1622可以设于环形结构的上方，并封闭环形结构的中空部分，以形成第一声学腔体1624。
可以理解地，环形结构可以包括圆环形结构、三角环形结构、矩形环形结构、六边形环形结构以及不规则环形结构等。在本说明书中，环形结构可以包括内边缘以及环绕在内边缘外的外边缘。环形的内边缘和外边缘的形状可以一样。例如，环形结构的内边缘和外边缘可以均为圆形，此时的环形结构即为圆环形结构；又例如，环形结构的内边缘和外边缘可以均为六边形，此时的环形结构即为六边形环形。环形结构的内边缘和外边沿的形状可以不同。例如，环形结构的内边缘可以为圆形，环形结构的外边缘可以为矩形。
质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面面积大于第一声学腔体1624沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积，可以理解为质量元件1621可以将第一声学腔体1624的上端开口(如图13所示出)完全覆盖。弹性元件1622沿垂直于弹性元件1622的厚度方向的截面面积可以大于第一声学腔体1624沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积，可以理解为质量元件1621与弹性元件1622可以将第一声学腔体1624的上端开口(如图13所示出)完全覆盖。通过质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面面积、质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面面积以及弹性元件1622沿垂直于弹性元件1622的厚度方向的截面面积的设计，可以使得振动单元1620发生变形的区域为弹性元件1622与支撑架1623相接触的区域。
在一些实施例中，质量元件1621的外边缘以及弹性元件1622的外边缘可以均位于支撑架1623上。仅作为示例，当支撑架1623包括环形结构时，质量元件1621的外边缘以及弹性元件1622的外边缘可以均位于环形结构的上表面，或质量元件1621的外边缘以及弹性元件1622的外边缘可以与环形结构的外环平齐。在一些实施例中，质量元件1621的外边缘以及弹性元件1622的外边缘可以均位于支撑架1623的外侧。例如，当支撑架1623包括环形结构时，质量元件1621的外边缘以及弹性元件1622的外边缘可以均位于环形结构的外环的外侧。
在一些实施例中，当支撑架1623为环形结构时，质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面面积可以大于环形结构的外环沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积，弹性元件1622沿垂直于弹性元件1622的厚度方向的截面面积可以大于环形结构的外环沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积。在一些实施例中，质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面面积可以等于环形结构的外环沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积，弹性元件1622沿垂直于弹性元件1622的厚度方向的截面面积可以等于环形结构的外环沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积。
在一些实施例中，环形结构的内径和外径的差值可以大于第一差值阈值(例如，1um)。在一些实施例中，环形结构的内径和外径的差值可以小于第二差值阈值(例如，300um)。例如，环形结构的内径和外径的差值可以为1um～300um。又例如，环形结构的内径和外径的差值可以为5um～1600um。又例如，环形结构的内径和外径的差值可以为10um～100um。通过限定环形结构的内 径和外径的差值，可以限定弹性元件1622与支撑架1623相接触的区域的面积，因此，通过将环形结构的内径和外径的差值设置在上述范围内，可以提高振动传感器的灵敏度。
质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面面积与环形结构的外环沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积的大小关系，以及弹性元件1622沿垂直于弹性元件1622的厚度方向的截面面积与环形结构的外环沿垂直于第一声学腔体1624的高度方向的截面面积的大小关系，可以改变弹性元件1622与支撑架1623相接触的区域的大小，从而改变发生压缩形变的区域的面积。该区域的面积大小可以影响振动单元1620的等效刚度，从而影响振动单元1620的谐振频率。通过调节发生压缩形变的区域的面积大小，可以调节振动单元1620的等效刚度，从而调节振动单元1620的谐振频率，以改善振动传感器1600的灵敏度。
在一些实施例中，为了便于加工，质量元件1621沿垂直于质量元件1621的厚度方向的截面面积可以基本等于弹性元件1622沿垂直于弹性元件1622的厚度方向的截面面积。通过这样的设置，质量元件1621和弹性元件1622可以在加工过程中共同进行切割，从而提高生产效率。
图15是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图15所示，振动传感器1800可以包括壳体1810、振动单元1820和声学换能器1860。振动单元1820可以包括质量元件1821、弹性元件1822和支撑架1823。弹性元件1822、支撑架1823和声学换能器1860可以形成第一声学腔体1824。图15中上述各部件的设置方式、尺寸、形状等可以与图13所示的振动传感器1600的对应部件类似。如图15所示，振动传感器1800支撑架1823包括环形结构1823-1和底板1823-2，环形结构1823-1位于底板1823-2上。底板上1823-2具有通孔1823-3，通孔1823-3用于与拾音孔相连通，以使得第一声学腔体1824能够与声学换能器1860声学连通。在一些实施例中，环形结构1823-1与底板1823-2可以是一体成型结构，环形结构1823-1和底板1823-2可以通过冲压成型的方式进行制造。
需要说明的是，图13中的第一孔部1630、第二孔部以及第三孔部可以适用于图15所示的振动传感器1800，在此不做赘述。
图16是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图，如图16所示，振动传感器2100可以包括壳体2110、振动组件2120和声学换能器2160。振动组件2120可以包括质量元件2121、弹性元件2122和支撑架2123。弹性元件2122、支撑架2123和声学换能器2160能够形成第一声学腔体2124。图16中上述各部件的设置方式、尺寸、形状等可以与图13所示的振动传感器1600的对应部件类似。振动组件2120还可以包括另一弹性元件2125和另一支撑架2126，另一弹性元件2125与质量元件2121的背离弹性元件2122的一侧物理连接，另一支撑架2126与另一弹性元件2125的背离质量元件2121的一侧物理连接。也就是说，另一支撑架2126和质量元件2121可以分别物理连接于另一弹性元件2125的两侧。另一支撑架2126与壳体2110物理连接。通过另一支撑架2126和另一弹性元件2125的设置，可以降低振动传感器2100的横向灵敏度，提高振动传感器2100的纵向灵敏度，从而提高灵敏度的方向选择性。另一弹性元件2125与图2中所示的弹性元件222的材料和设置方式类似，另一支撑架2126与图2所示的支撑架223的材料类似。支撑架2123和另一支撑架2126的结构可以相同，也可以不同。例如，支撑架2123和另一支撑架2126均可以本身为环形结构。又例如，支撑架2123可以包括底板和环形结构，而另一支撑架2126可以本身为环形结构。
在一些实施例中，另一弹性元件2125沿垂直于另一弹性元件2125厚度方向的截面面积与弹性元件2122沿垂直于弹性元件2122厚度方向的截面面积可以完全相同。在一些实施例中，另一弹性元件2125沿垂直于另一弹性元件2125厚度方向的截面形状与弹性元件2122沿垂直于弹性元件2122厚度方向的截面形状可以相同，而上述截面面积可以略有不同。
在一些实施例中，另一弹性元件2125和弹性元件2122相对于质量元件2121呈对称设置。对称设置可以理解为弹性元件2122和另一弹性元件2125的位置分别位于质量元件2121的两侧，且弹性元件2122的厚度和另一弹性元件2125的厚度相同，且弹性元件2122的沿垂直于弹性元件2122厚度方向的截面面积与另一弹性元件2125的沿垂直于另一弹性元件2125厚度方向的截面的面积相同。如图16所示，另一弹性元件2125和弹性元件2122可以分别固定于质量元件的上下表面。
在一些实施例中，振动组件2120还包括第一孔部(图中未示出)，第一声学腔体2124与其他声学腔体通过第一孔部相连通。在一些实施例中，第一孔部可以包括至少三个孔部(图中未示出)，三个孔部分别设置于弹性元件2122、质量元件2122和弹性元件2125上，以使第一声学腔体2124与其它声学腔体连通。第一孔部的具体情况请参照图24与图25的相关说明，在此不再赘述。 在一些实施例中，振动组件也可以采用透气材料制成。例如，在一些实施例中，质量元件2121的材质可以与弹性元件2122的材质相同，均采用透气材料制成。在一些实施例中，质量元件2121的材质可以与弹性元件2122的材质不同，比如，弹性元件2122采用透气材料制成，质量元件2121采用硬质材料(例如，铁、铜、硅等)制成。
在一些实施例中，壳体2110上可以设有第二孔部(图中未示出)，第一声学腔体2124、其它声学腔体和声学换能器通过第二孔部与外界连通。在振动传感器2100的装配过程中，第二孔部可以将壳体2110内部的气体输送至外界。如此，通过设置第二孔部，在装配弹性元件2122、质量元件2121、声学换能器时，可避免由于壳体2110内外空间的气压差过大而导致弹性元件2122、声学换能器失效，从而可降低振动传感器2100的装配难度。在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器2100的使用性能。为了减少环境中气导声音的影响，在振动传感器2100的制备完成后，或者应用到电子设备之前，可以通过密封材料将第二孔部密封，以免其影响振动传感器2100的性能。在一些实施例中，可以通过密封胶、粘接密封胶带、添加密封塞等形式将第二孔部封堵。第二孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
在一些实施例中，壳体2110可以设置有第三孔部(图中未示出)，第三孔部将外部环境与壳体2110内部的声学腔体连通，从而减小弹性元件2122振动时的阻力，提高振动传感器2100的灵敏度。第三孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
图17是根据本说明书一些实施例提供的振动传感器的结构示意图。如图17所示，振动传感器2200可以包括声学换能器2210和谐振系统。在一些实施例中，声学换能器2210可以容纳于壳体2211与基板(PCB)2212组成的空间内，声学换能器2210可以包括处理器2213和传感元件2214。壳体2211可以为内部具有腔体(即中空部分)的规则或不规则的立体结构，例如，可以是中空的框架结构体，包括但不限于矩形框、圆形框、正多边形框等规则形状，以及任何不规则形状。处理器2213可以从传感元件2214获取电信号并进行信号处理。在一些实施例中，信号处理可以包括调频处理、调幅处理、滤波处理、降噪处理等。在一些实施例中，处理器2213可以包括微控制器、微处理器、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、中央处理器(CPU)、物理运算处理器(PPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、高级精简指令集计算机(ARM)、可编程逻辑器件(PLD)，或其他类型的处理电路或处理器。
在一些实施例中，传感元件2214和处理器2213分别连接于基板2212的上表面，基板2212位于壳体2211内部的空腔中，壳体2211对传感元件2214、处理器2213、基板2212及其上设置的电路和其他元器件进行密封，基板2212将壳体2211内部的空腔分隔为呈上下设置的两个腔室。在一些实施例中，传感元件2214和处理器2213分别通过传感元件固定胶和处理器固定胶固定连接于基板2212上。在一些实施例中，传感元件固定胶和/或处理器固定胶可以为导电胶(例如，导电银胶、铜粉导电胶、镍碳导电胶、银铜导电胶等)。在一些实施例中，导电胶可以是导电胶水、导电胶膜、导电胶圈、导电胶带等中的一种或多种。传感元件2214和/或处理器2213分别通过基板2212上设置的电路与其他元器件电连接。传感元件2214和处理器2213之间可以通过导线(例如金线、铜线、铝线等)直接连接。
谐振系统位于基板2212下表面对应的腔室中，在一些实施例中，谐振系统可以包括振动组件2220，振动组件2220可以响应于壳体2211振动而产生振动，使得振动传感器2200在特定频段(例如，人声频段范围)内形成小于传感器对应的第一谐振频率的第二谐振频率，从而提高传感器装置2200在特定频段范围的灵敏度。
在一些实施例中，振动组件2220至少可以包括弹性元件2221和质量元件2222。弹性元件2221可以通过其周侧与壳体2211连接，例如，弹性元件2221可以通过胶接、卡接等方式与壳体220的内壁连接。质量元件2222设置在弹性元件2221上。具体地，质量元件2222可以设置在弹性元件2221的上表面或下表面上。弹性元件2221的上表面可以是指弹性元件2221朝向基板2212的一面，弹性元件2221的下表面可以是指弹性元件2221背离基板2212的一面。在一些实施例中，质量元件2222的数量可以为多个，多个质量元件2222可以同时位于弹性元件2221的上表面或下表面质量元件2222。在一些实施例中，多个质量元件2222中的部分可以设置于弹性元件2221的上表面，另一部分质量元件2222可以位于弹性元件2221的下表面。在一些实施中，质量元件2222还可以嵌于弹性元件2221中。
在一些实施例中，弹性元件2221和声学换能器2210之间可以限制形成第一声学腔体2230。具体地，弹性元件2221的上表面、基板2212和壳体2211可以限制形成第一声学腔体2230，弹性元件2221的下表面和壳体2211可以限制形成第二声学腔体2240。在本说明书的实施例中，通过在 声学换能器2210的基础上引入谐振系统，谐振系统提供的第二谐振频率可以使得振动传感器2200在不同于声学换能器2210的第一谐振频率的其他频段(例如，第二谐振频率附近)内，产生新谐振峰(例如，第二谐振峰)，从而使得振动传感器2200相较于传感器能够在更宽的频段范围内具有较高的灵敏度。在一些实施例中，可以通过调节谐振系统的力学参数(例如，刚度、质量、阻尼等)来调节第二谐振频率，从而可以对振动传感器2200的灵敏度进行调节。需要注意的是，本说明书实施例中将振动传感器的灵敏度与声学换能器2210的灵敏度进行对比可以理解为声学换能器2210在引入谐振系统之后和未引入谐振系统之前的灵敏度对比。
在本实施例中，弹性元件2221可以为谐振系统提供刚度与阻尼，质量元件2222可以为谐振系统提供质量与阻尼。弹性元件2221和质量元件2222的组合可以等效于一个弹簧-质量-阻尼系统，从而构成谐振系统。因此，可以通过调整弹性元件2221和/或质量元件2222的结构、材料等，来调节谐振系统的刚度、质量与阻尼，从而可以调节谐振系统提供的第二谐振频率，进而可以使振动传感器在所需频段(例如，第二谐振频率附近)内产生新的谐振峰，提高灵敏度。使得对于外界信号中频率不在声学换能器2210的第一谐振频率附近的部分，振动传感器2200也能具有较高的灵敏度。
进一步地，振动传感器2200的灵敏度可以与弹性元件2221的刚度、质量元件2222质量以及弹性元件2221与声学换能器2210之间的腔体(即第一声学腔体2230)的空间体积相关。在一些实施例中，弹性元件2221的刚度越小、质量元件2222质量越大或第一声学腔体2230空间体积越小，振动传感器的灵敏度就越高。
在一些实施例中，可以通过调节调整质量元件2222的力学参数(例如，材料、尺寸、形状等)，以使振动传感器2200获得较为理想的频率响应，从而能够调节振动传感器2200的谐振频率、灵敏度以及保证振动传感器2200的可靠性。在一些实施例中，质量元件2222可以是长方体、圆柱体、球体、椭圆体等三角形等规则或不规则的形状。
在一些实施例中，质量元件2222可以由聚氨酯(Polyurethane,PU)、聚酰胺(Polyamide,PA)(俗称尼龙)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)、酚醛塑料(Phenol～Formaldehyde,PF)等高分子材料制成。高分子材料质量元件2222的弹性特质可以对外界冲击载荷进行吸收，进而有效减小弹性元件与传感器的壳体连接处的应力集中，以进一步减少振动传感器因外界冲击而损坏的可能性。
在一些实施例中，可以通过调整弹性元件2221的力学参数(例如，杨氏模量、拉伸强度、伸长率以及硬度shoreA)来调整弹性元件2221的刚度，以使振动传感器2200获得较为理想的频率响应，从而能够调节振动传感器2200的谐振频率和灵敏度。在一些实施例中，为了使振动传感器2200的灵敏度相对于声学换能器2210有较好的提升，可以使谐振系统所提供的第二谐振频率低于声学换能器2210具有的第一谐振频率。例如，第二谐振频率比第一谐振频率低1000Hz～10000Hz，可使振动传感器2200相较于声学换能器2210提升3dB～30dB的灵敏度。
在一些实施例中，弹性元件2221可以由柔性高分子材料制成，其中，柔性高分子材料可以包括但不限于聚酰亚胺(Polyimide,PI)、聚对二甲苯(Parylene)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,Pdms)、水凝胶等。在一些实施例中，弹性元件2221还可以由无机刚性材料制成，其中，无机刚性材料可以包括但不限于硅(Si)、二氧化硅(SiO2)等半导体材料或者铜、铝、钢、金等金属材料。
在一些实施例中，为了便于调节弹性元件的力学参数，实现对谐振系统的刚度调整，从而使振动传感器的频响曲线具有较好的频率响应，改善振动传感器的谐振频率和灵敏度，弹性元件还可以是多层复合膜结构。在一些实施例中，弹性元件可以包括至少两层膜结构。其中，多层复合膜结构中的至少两层膜结构的刚度不同。
在一些实施例中，振动组件2220还包括第一孔部(图中未示出)，第一声学腔体2230与其他声学腔体通过第一孔部相连通。在一些实施例中，第一孔部可以包括第一子孔部(图中未示出)，第一子孔部可以设置于弹性元件2221中未被质量元件2222覆盖的区域，以使第一声学腔体2230与其它声学腔体连通。在一些实施例中，还可以在弹性元件2221以及质量元件2222上都设置孔部，使第一声学腔体2230与其它声学腔体连通。例如，第一孔部可以包括第一子孔部和第二子孔部(图中未示出)，第一子孔部可以设置于弹性元件2221，第二子孔部位于质量元件2222上，第一子孔部与第二子孔部连通。在一些实施例中，第一子孔部的尺寸与第二子孔部的尺寸可以相同或不同。第一孔部的具体情况请参照图24与图25的相关说明，在此不再赘述。在一些实施例中，振动组件也可以采用透气材料制成。例如，在一些实施例中，质量元件2222的材质可以与弹性元件2221的 材质相同，均采用透气材料制成。在一些实施例中，质量元件2222的材质可以与弹性元件2221的材质不同，比如，弹性元件2221采用透气材料制成，质量元件2222采用硬质材料(例如，铁、铜、硅等)制成。
在一些实施例中，壳体2211上可以设有第二孔部(图中未示出)，第一声学腔体2230、其它声学腔体和声学换能器通过第二孔部与外界连通。在振动传感器2200的装配过程中，第二孔部可以将壳体2230内部的气体输送至外界。如此，通过设置第二孔部，在装配振动组件2220、声学换能器时，可避免由于壳体2230内外空间的气压差过大而导致弹性元件2221、声学换能器失效，从而可降低振动传感器2200的装配难度。在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器2200的使用性能。为了减少环境中气导声音的影响，在振动传感器2200的制备完成后，或者应用到电子设备之前，可以通过密封材料将第二孔部密封，以免其影响振动传感器2200的性能。在一些实施例中，可以通过密封胶、粘接密封胶带、添加密封塞等形式将第二孔部封堵。第二孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
在一些实施例中，壳体2211可以设置有第三孔部(图中未示出)，第三孔部将外部环境与壳体2211内部的声学腔体连通，从而减小弹性元件2221振动时的阻力，提高振动传感器2200的灵敏度。第三孔部的具体情况请参照图2相关描述，在此不再赘述。
图18中的图(a)是根据本说明书一些实施例提供的振动传感器的示例性频响曲线。如图18(a)所示，虚线表示的频响曲线2310为传感器的频响曲线，实线表示的频响曲线2320为传感装置的频响曲线。横坐标表示频率，单位为赫兹Hz，纵坐标表示灵敏度，单位为伏特分贝dBV。频响曲线2310包括谐振峰2311，谐振峰2311对应传感器的谐振频率。频响曲线2320包括第一谐振峰2321和第二谐振峰2322。对于传感装置，第一谐振峰2321对应的频率为第一谐振频率，第二谐振峰2322是由谐振系统作用而形成的，对应的频率为第二谐振频率。
需要说明的是，图中所示第二谐振峰2322在第一谐振峰2321左侧，即第二谐振峰2322对应的频率小于第一谐振峰对应的频率。在一些实施例中，还可以通过改变声学换能器2210或振动组件2220中的力学参数，使得第二谐振峰2322对应的频率(即第一谐振频率)大于第一谐振峰2321对应的频率(即第二谐振频率)，即第二谐振峰2322在第一谐振峰2321右侧。在一些实施例中，当谐振系统包括由弹性元件与质量元件组合而成的振动组件时，第二谐振峰2322可以在第一谐振峰2321的左侧，即第二谐振频率低于第一谐振频率。例如，在一些实施例中，第二谐振频率与第一谐振频率的差值在200Hz～15000Hz之间。又例如，在一些实施例中，第二谐振频率与第一谐振频率的差值在1000Hz～8000Hz之间。再例如，在一些实施例中，第二谐振频率与第一谐振频率的差值在2000Hz～6000Hz之间。在一些实施例中，第二谐振峰2322的位置与弹性元件(例如，图17所示的弹性元件2221)和/或质量元件(例如，图17所示的质量元件2222)的力学参数相关。例如，质量元件的质量越大，第二谐振频率就越小，第二谐振峰2322会往低频偏移，或者弹性元件的弹性越好，第二谐振频率就越大，第二谐振峰2322会往高频偏移。在一些实施例中，对于内部填充液体作为谐振系统的传感装置，其第二谐振峰2322在第一谐振峰2321的左侧，其位置可以与填充的液体的属性(例如，密度、运动粘度、体积等)以及弹性元件属性相关。随着液体的密度变小或运动粘度变大，其谐振峰会往高频偏移。
在一些实施例中，谐振峰2311所对应的频率在100Hz～18000Hz范围内。在一些实施例中，谐振峰2311所对应的频率在100Hz～10000Hz范围内。在一些实施例中，谐振峰2311所对应的频率在500Hz～10000Hz范围内。在一些实施例中，谐振峰2311所对应的频率在1000Hz～7000Hz范围内。在一些实施例中，谐振峰2311所对应的频率在1500Hz～5000Hz范围内。在一些实施例中，谐振峰2311所对应的频率在2000Hz～5000Hz范围内。在一些实施例中，谐振峰2311所对应的频率在2000Hz～4000Hz范围内。在一些实施例中，谐振峰2311所对应的频率在3000Hz～4000Hz范围内。
在一些实施例中，第一谐振峰2321对应的频率(即第一谐振频率)与谐振峰2311对应的谐振频率可以相同。例如，谐振系统包括弹性元件和质量元件组合形成的振动组件时，谐振系统对传感器自身的刚度、质量、阻尼几乎没有影响，所以传感装置中的传感器的第一谐振频率相对于传感器自身的谐振频率(即谐振峰2311对应的谐振频率)没有发生变化。
在一些实施例中，第一谐振峰2321所对应的频率在100Hz～18000Hz范围内。在一些实施例中，第一谐振峰2321所对应的频率在500Hz～10000Hz范围内。在一些实施例中，第一谐振峰2321所对应的频率在1000Hz～10000Hz范围内。在一些实施例中，第一谐振峰2321所对应的频率在1500Hz～7000Hz范围内。在一些实施例中，第一谐振峰2321所对应的频率在1500Hz～5000Hz范围内。在一些实施例中，第一谐振峰2321所对应的频率在2000Hz～5000Hz范围内。在一些实施例中， 第一谐振峰2321所对应的频率在2000Hz～4000Hz范围内。在一些实施例中，第一谐振峰2321所对应的频率在3000Hz～4000Hz范围内。
在一些实施例中，第一谐振峰2321对应的谐振频率(第一谐振频率)与谐振峰2311对应的谐振频率不同。例如，对于壳体腔体内填充满液体的传感装置，液体作为谐振系统，由于液体不可压缩，导致系统自身刚度变大，则第一谐振峰2321对应的第一频率较谐振峰2311对应的谐振频率变大，即第一谐振峰2321相对于谐振峰2311右移。
在一些实施例中，第二谐振峰2322所对应的频率在50Hz～15000Hz范围内。在一些实施例中，第二谐振峰2322所对应的频率在50Hz～10000Hz范围内。在一些实施例中，第二谐振峰2322所对应的频率在50Hz～6000Hz范围内。在一些实施例中，第二谐振峰2322所对应的频率在100Hz～5000Hz范围内。在一些实施例中，第二谐振峰2322所对应的频率在500Hz～5000Hz范围内。在一些实施例中，第二(谐振峰2322所对应的频率在1000Hz～5000Hz范围内。在一些实施例中，第二谐振峰2322所对应的频率在1000Hz～5000Hz范围内。在一些实施例中，第二谐振峰2322所对应的频率在1000Hz～2000Hz范围内。在一些实施例中，第二谐振峰2322所对应的频率在1500Hz～2000Hz范围内。在一些实施例中，可以通过调节传感器的结构、材料以及谐振系统中给一个或多个力学参数(例如，图17所示的质量元件2222的质量、弹性元件2221的刚度、第一声学腔体2230的尺寸等)，使得频响曲线2320上的两个谐振峰2321和2322之间较为平坦，从而提高传感装置的输出质量。在一些实施例中，第一谐振频率对应的第一谐振峰2321和第二谐振频率对应的第二谐振峰2322之间的低谷与二者中较高谐振峰的峰值的灵敏度差值不高于50dBV。在一些实施例中，第一谐振频率对应的第一谐振峰2321和第二谐振频率对应的第二谐振峰2322之间的低谷与二者中较高谐振峰的峰值的灵敏度差值不高于20dBV。在一些实施例中，第一谐振频率对应的第一谐振峰2321和第二谐振频率对应的第二谐振峰2322之间的低谷与二者中较高谐振峰的峰值的灵敏度差值不高于15dBV。在一些实施例中，第一谐振频率对应的第一谐振峰2321和第二谐振频率对应的第二谐振峰2322之间的低谷与二者中较高谐振峰的峰值的灵敏度差值不高于10dBV。在一些实施例中，第一谐振频率对应的第一谐振峰2321和第二谐振频率对应的第二谐振峰2322之间的低谷与二者中较高谐振峰的峰值的灵敏度差值不高于8dBV。在一些实施例中，第一谐振频率对应的第一谐振峰2321和第二谐振频率对应的第二谐振峰2322之间的低谷与二者中较高谐振峰的峰值的灵敏度差值不高于5dBV。
相应地，第一谐振峰2321和第二谐振峰2322对应的谐振频率的差值(第一谐振峰2321对应的第一谐振频率以f0表示(与谐振峰2311接近)，第二谐振峰2322的第二谐振频率以f1表示，以频率差△f1表示第一谐振峰2321和第二谐振峰2322对应的谐振频率的差值，即第一谐振频率f0和第二谐振频率f1的差值)在一定范围内，可以使得谐振峰2321和2322之间的频响曲线较为平坦。在一些实施例中，频率差△f1在200Hz～15000Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.03～8范围内。在一些实施例中，频率差△f1在200Hz～12000Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.3～6范围内。在一些实施例中，频率差△f1在200Hz～8000Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.3～3范围内。在一些实施例中，频率差△f1在200～3000Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.2～0.7范围内。在一些实施例中，频率差△f1在200～2000Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.2～0.65范围内。在一些实施例中，频率差△f1在500～2000Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.25～0.65范围内。在一些实施例中，频率差△f1在500～1500Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.25～0.6范围内。在一些实施例中，频率差△f1在800～1500Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.3～0.6范围内。在一些实施例中，频率差△f1在1000～1500Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.35～0.6范围内。
继续参见图18(a)所示，频响曲线2320相比频响曲线2310，频响曲线2320在第二谐振峰2322对应的谐振频率f1以内的频率范围内灵敏度的提升(即差值，以△V1表示)较高且较稳定。在一些实施例中，所述提升△V1在10dBV～60dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V1在10dBV～50dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V1在15dBV～50dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V1在15dBV～40dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V1在20dBV～40dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V1在25dBV～40dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V1在30dBV～40dBV范围内。
在一些实施例中，谐振系统的存在会对传感装置中传感器对应的谐振峰产生抑制作用，使得频响曲线2320的第一谐振峰2321处Q值相对较低，在所需频段内(例如，中低频)频响曲线更加平坦化，整体频响曲线2320的最高峰的峰值与最低谷的谷值之间差值(又称峰谷值，以△V2表 示)在一定范围内。在一些实施例中，所述峰谷值不超过30dBV。在一些实施例中，所述峰谷值不超过20dBV。在一些实施例中，所述峰谷值不超过10dBV。在一些实施例中，所述峰谷值不超过8dBV。在一些实施例中，所述峰谷值不超过5dBV。
在一些实施例中，传感装置的频响可以通过曲线2320的相关参量，例如第一谐振峰2321的峰值、频率、第二谐振峰2322的峰值、频率、Q值、△f1、△V1、△V2、△f1与f0的比值、峰谷值与最高峰的峰值的比值、通过拟合频响曲线确定的方程的一阶系数、二阶系数、三阶系数等中的一个或多个描述。在一些实施例中，当谐振系统包括谐振单元时，传感装置的频响可以与质量元件和弹性元件的力学参数相关(例如，质量、阻尼、刚度等)。在一些实施例中，当谐振系统由液体形成时，传感装置的频响可以与填充的液体的属性和/或传感器的参数相关。液体的属性可以包括，例如，液体密度、液体运动粘度、液体体积、是否有气泡、气泡体积、气泡位置、气泡数量等。传感器的参数可以包括，例如，壳体的内部结构、尺寸、刚度，传感器的质量，和/或传感元件(例如悬臂梁)的尺寸、刚度等。
图18中的图(b)是根据本说明书一些实施例提供的另一种振动传感器的示例性频响曲线。如图18(b)所示，虚线表示的频响曲线2360为传感器的频响曲线，实线表示的频响曲线2370为传感装置的频响曲线。频响曲线2360包括谐振峰2361，谐振峰2361对应传感器的谐振频率。在一些实施例中，传感器对应较高的谐振频率不在所需的频率段(例如，100～5000Hz，500～7000Hz等)。在一些实施例中，传感器对应的谐振频率可以在较高的频率段。例如，在一些实施例中，传感器对应的谐振频率高于7000Hz。在一些实施例中，传感器对应的谐振频率高于10000Hz。在一些实施例中，传感器对应的谐振频率高于12000Hz。在一些实施例中，传感器对应的谐振频率高于15000Hz。相应地，由于传感装置具有额外的谐振系统，传感装置可以具有较高的刚度，使得传感装置具有较高的抗冲击强度和可靠性。
频响曲线2370包括第一谐振峰(图中未示出)和第二谐振峰2372。在一些实施例中，第一谐振峰所对应的频率与频响曲线2360中传感器对应的谐振频率接近或相同。在一些实施例中，频响曲线2370与图18a中的频响曲线2320，除第一谐振峰右移外，大致相同。第二谐振峰2372所对应的频率与图18a中第二谐振峰2322对应的频率范围相同或相近。
在一些实施例中，在所需频率范围内(例如，2000Hz以内、3000Hz以内、5000Hz以内等)，频响曲线2370中的灵敏度最大值和最小值的差值应保持在一定范围，以保证传感装置的稳定。在一些实施例中，在所需频率范围(例如，第二谐振频率范围)内，第二谐振频率以内的频率范围内的灵敏度最小值与所述第二谐振频率对应的第二谐振峰2372的峰值的灵敏度之间的差值不高于40dBV。在一些实施例中，在所需频率范围内(例如，第二谐振频率范围)内，第二谐振频率以内的频率范围内的灵敏度最小值与所述第二谐振频率对应的第二谐振峰2372的峰值的灵敏度之间的差值不高于30dBV。在一些实施例中，在所需频率范围内(例如，第二谐振频率范围)内，第二谐振频率以内的频率范围内的灵敏度最小值与所述第二谐振频率对应的第二谐振峰2372的峰值的灵敏度之间的差值不高于20dBV。在一些实施例中，在所需频率范围内(例如，第二谐振频率范围)内，第二谐振频率以内的频率范围内的灵敏度最小值与所述第二谐振频率对应的第二谐振峰2372的峰值的灵敏度之间的差值不高于10dBV。
在一些实施例中，第一谐振峰和第二谐振峰2372对应的谐振频率的差值(第一谐振峰的频率以f0表示(与谐振峰2361接近)，第二谐振峰2372的频率以f1表示，以频率差△f2表示两个谐振峰对应的谐振频率的差值)在一定范围内。在一些实施例中，频率差△f2在200～15000Hz范围内，所述频率差△f2与f0的比值在0.03～8范围内。在一些实施例中，频率差△f1在200Hz～12000Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.3～6范围内。在一些实施例中，频率差△f1在200Hz～8000Hz范围内，所述频率差△f1与f0的比值在0.3～3范围内。在一些实施例中，频率差△f2在1000～6000Hz范围内，所述频率差△f2与f0的比值在0.2～0.65范围内。在一些实施例中，频率差△f2在2000～6000Hz范围内，所述频率差△f2与f0的比值在0.3～0.65范围内。在一些实施例中，频率差△f2在3000～5000Hz范围内，所述频率差△f2与f0的比值在0.3～0.5范围内。在一些实施例中，频率差△f2在3000～4000Hz范围内，所述频率差△f2与f0的比值在0.3～0.4范围内。
进一步地，频响曲线2370相比频响曲线2360，频响曲线2370在第二谐振峰2372对应的谐振频率f1以内的频率范围内的灵敏度的提升(即差值，以△V3表示)较高且较稳定。在一些实施例中，所述提升△V3在10dBV～60dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V3在10dBV～50dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V3在15dBV～50dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V3在15dBV～40dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V3在20dBV～40dBV范围内。在一些 实施例中，所述提升△V3在25dBV～40dBV范围内。在一些实施例中，所述提升△V3在30dBV～40dBV范围内。
在一些实施例中，传感装置200的频响可以通过曲线2370的相关参量，例如初级谐振峰的峰值、频率、次级谐振峰2372的峰值、频率、Q值、△f2、△V3、△f2与f0的比值、所需频率范围内最大灵敏度与最小灵敏度的比值、通过拟合频响曲线确定的方程的一阶系数、二阶系数、三阶系数等中的一个或多个描述。在一些实施例中，传感装置的频响可以与填充的液体的属性和/或传感器的参数相关。在一些实施例中，为获得传感装置的理想的输出频响(例如，频响曲线2370)，可以通过计算机模拟、模体实验等方式确定以上列举的影响频响的各参数(又称频响影响因素，包括振动组件和/或传感器的参数)的范围，与图18a中所述的方法相同或相近，此处不再赘述。
在一些实施例中，当谐振系统由液体形成时，例如在多个弹性元件之间填充液体作为谐振系统时，传感装置的频响可以与填充的液体的属性和/或传感器以及弹性元件的参数相关。在一些实施例中，液体的属性可以包括但不限于液体密度、液体运动粘度、液体体积、是否有气泡、气泡体积、气泡位置、气泡数量等中的一种或多种。在一些实施例中，传感器的参数可以包括但不限于壳体的内部结构、尺寸、刚度，传感器的质量，和/或传感元件(例如悬膜)的尺寸、刚度等。在一些实施例中，弹性元件的参数可以包括但不限于尺寸、杨氏模量、刚度、阻尼、伸长率、硬度等。
在一些实施例中，部分因素与其他因素对传感装置频响的影响存在关联，因此可以以相应的参数对或者参数组的方式，确定参数对或参数组对传感装置频响的影响。例如，对于图17所示的谐振系统，改变质量元件2222的形状时，质量元件2222的质量发生变化、体积发生变化、与弹性元件2221的接触面积也会发生变化，因此可以以质量元件的形状、质量、体积、与弹性元件2221的接触面积(或其中任意两参数比值、或至少两参数的乘积等)作为参数组，测试具有不同参数对对参数组特征的传感装置的性能。
示例性地，对于包括不同质量的质量元件的传感装置，质量元件的质量越大，传感装置频响的Q值越小。
需要注意的是，以上对于传感装置的频响曲线的描述，仅为示例性描述，并不能把本说明书限制在所举实施例范围之内。可以理解，对于本领域的技术人员来说，在了解该系统的原理后，可能在不背离这一原理的情况下，对其结构、组成进行任意调整。诸如此类的变形，均在本说明书的保护范围之内。
在一些实施例中，谐振系统可以减小传感元件受到的外界冲击以保护传感元件。例如，谐振系统包括弹性结构(例如，弹性元件)，弹性结构的弹性能够对外界冲击载荷进行吸收，减少传感装置因外界冲击而损坏的可能性。又例如，谐振系统还可以包括由高分子材料制成的质量元件，高分子材料质量元件的弹性特质也能够对外界冲击载荷进行吸收，进而有效减小弹性元件与传感器的壳体连接处的应力集中，以减少传感装置因外界冲击而损坏的可能性。再例如，若谐振系统为充满传感器腔体的液体，由于液体具有粘滞作用，同时液体的自身刚度相对器件材料小很多，当传感装置接收外界冲击载荷时(例如骨导麦克风要求可以抗击10000g加速度的冲击而不会损坏)的冲击可靠性。具体地，由于液体的粘滞作用，可以吸收并消耗部分冲击能量，使得其中传感元件受到的冲击载荷大大减小。
需要说明的是，上述实施例中的传感装置可以看作是在传感器的基础上加入了谐振系统，而谐振系统耦合于传感器的壳体和传感元件之间，这里传感器的壳体可以被看作为传感装置的壳体。在一些其它实施例中，用于容纳谐振系统的壳体还可以是与传感器的壳体相独立的壳体结构，该壳体结构与传感器的壳体连接，且二者的空腔相连通。
图19是根据本说明书一些实施例提供的弹性元件为多层复合膜结构的振动传感器2400的结构示意图。其中，振动传感器2400的结构与图17所示的振动传感器2200的结构大致相同，区别之处在于弹性元件的不同。图19所示的壳体2411、基板2412、处理器2413、传感元件2414、拾音孔24121、质量元件2422、第一声学腔体2430和第二声学腔体2440等结构分别与图17所示的壳体2211、基板2212、处理器2213、传感元件2214、拾音孔22121、质量元件2222、第一声学腔体2230和第二声学腔体2240等结构相类似，在此不再赘述。
进一步地，如图19所示，弹性元件2421为多层复合振动膜，其包括第一弹性元件24211和第二弹性元件24212。在一些实施例中，第一弹性元件24211和第二弹性元件24212可以采用相同或不同材料制成。例如，在一些实施例中，第一弹性元件24211和第二弹性元件24212可以采用同一种材料(例如，聚酰亚胺)制成。又例如，在一些实施例中，第一弹性元件24211和第二弹性元件24212中的一个可以采用高分子材料制成，另一个可以由另一种高分子材料或金属材料制成。 在一些实施例中，第一弹性元件24211和第二弹性元件24212的刚度不同，例如，第一弹性元件24211的刚度可以大于或小于第二弹性元件24212的刚度。在本实施例中，以第一弹性元件24211的刚度大于第二弹性元件24212为例，第二弹性元件24212可以为谐振系统提供所需的阻尼，而第一弹性元件24211刚度较高，则可以保证弹性元件2421具有较高的强度，从而保证谐振系统甚至整个振动传感器2400的可靠性。
需要注意的是，图19以及相关描述中关于弹性元件中的膜结构的层数仅用于示例性描述，并不能把本说明书限制在所举实施例范围之内。在一些实施例中，本实施例中的弹性元件也可以包括两层以上的膜结构，例如膜结构的数量可以为三层、四层、五层或者更多。仅作为示例性说明，弹性元件可以包括由上至下依次连接的第一弹性元件、第二弹性元件和第三弹性元件，其中第一弹性元件的材料、力学参数、尺寸可以和第三弹性元件的材料、力学参数、尺寸相同，第二弹性元件的材料、力学参数、尺寸可以和第一弹性元件或第三弹性元件的材料、力学参数、尺寸不同。例如，第一弹性元件或第三弹性元件的刚度大于第二弹性元件的刚度。在一些实施例中，可以通过调整第一弹性元件、第二弹性元件和/或第三弹性元件的材料、力学参数、尺寸等调节弹性元件的力学参数，从而保证振动传感器2400的稳定性。
通过将弹性元件2421设置为多层弹性元件，便于实现弹性元件2421的刚度调节，例如，可以通过增加或减少弹性元件(例如，第一弹性元件24211和/或第二弹性元件24212)的数量，来实现对谐振系统的刚度和阻尼调节从而可以调节第二谐振频率，进而可以使振动传感器在所需频段(例如，第二谐振频率附近)内产生新的谐振峰，提高振动传感器在特定频段范围的灵敏度。在一些实施例中，多层复合膜结构中的相邻两层膜结构(例如，第一弹性元件24211和第二弹性元件24212)可以通过胶接的方式以形成弹性元件2421。
在一些实施例中，可以通过调整弹性元件2421中的至少一层弹性元件(第一弹性元件24211和/或第二弹性元件24212)的力学参数(例如，材料、杨氏模量、拉伸强度、伸长率以及硬度shore A)来调整弹性元件2421的刚度，以使振动传感器2400获得较为理想的频率响应，从而能够调节振动传感器2400的谐振频率和灵敏度。在一些实施例中，为了使振动传感器2400的灵敏度相对于传感器2410有较好的提升，可以使谐振系统所提供的第二谐振频率低于传感器2410具有的第一谐振频率。例如，第二谐振频率比第一谐振频率低1000Hz～10000Hz，可以使振动传感器2400相较于传感器2410提升3dB～30dB的灵敏度。
在一些实施例中，弹性元件2421中一层弹性元件可以柔性高分子材料制成，其中，柔性高分子材料可以包括但不限于聚酰亚胺(Polyimide,PI)、聚对二甲苯(Parylene)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,Pdms)、水凝胶等，而另外一层弹性元件可以由无机刚性材料制成，其中，无机刚性材料可以包括但不限于硅(Si)、二氧化硅(SiO2)等半导体材料或者铜、铝、钢、金等金属材料。
在一些实施例中，也可以通过调整质量元件2422的力学参数(例如，材料、尺寸、形状等)来调节振动传感器2400的灵敏度。关于如何调整质量元件2422的力学参数来实现对振动传感器2400的灵敏度调节可以参考图17中关于调整质量元件2222的力学参数来实现对振动传感器2200的灵敏度调节的相关描述。
在一些实施例中，在弹性元件的参数(例如，杨氏模量、拉伸强度、硬度、伸长率等)以及质量元件的体积或质量一定时，通过提高弹性元件的弹性形变的效率可以增大振动传感器输出的电信号，从而提高振动传感器的声电转换效果。在一些实施例中，可以减小质量元件与弹性元件接触的面积来提高弹性元件的弹性形变的效率，进而增大振动传感器输出的电信号。
需要说明的是，振动传感器2200的第一孔部、第二孔部和第三孔部同样可以适用于图19所示的振动传感器2400中，在此不做赘述。
图20是根据本说明书一些实施例提供的振动传感器2500的结构示意图。其中，振动传感器2500的结构与图17所示的振动传感器2200的结构、图19所示的振动传感器2400大致相同，其中的区别之处在于质量元件的不同。其中，图20所示的壳体2511、基板2512、处理器2513、传感元件2514、拾音孔25121、弹性元件2521、第一声学腔体2530和第二声学腔体2540等结构分别与图17所示的壳体2211、基板2212、处理器2213、传感元件2214、拾音孔22121、弹性元件2221、第一声学腔体2230和第二声学腔体2240等结构相类似，另外，弹性元件2521的结构也可以与图19所示的振动传感器2400中的弹性元件2421的结构相类似，在此不再赘述。
如图20所示，质量元件2522可以为椭圆球体，其与弹性元件2521的接触面积小于其在弹性元件2521的投影面积，这样可以保证质量元件2522在同等体积或质量下，质量元件2522与 弹性元件具有较小的接触面积，当振动传感器的壳体220振动带动质量元件2522振动时，弹性元件2521与质量元件2522的接触区域的可以近似视为不发生变形，通过减小弹性元件2521与质量元件2522的接触区域可以增大弹性元件2521不与质量元件2522接触的区域面积，从而增大弹性元件2521在振动过程发生变形的区域面积(也就是弹性元件2521不与质量元件2522接触的区域面积)，从而可以增大第一声学腔体2530内被压缩的空气量，使得传感器2510的传感元件2514可以输出更大的电信号，进而提高振动传感器2500的声电转换效果。在一些实施例中，质量元件2522还可以为梯形体，其中，梯形体的面积较小的一面与弹性元件2521连接，这样也能实现质量元件2522与弹性元件接触的面积小于质量元件2522在弹性元件2521的投影面积。在一些实施例中，质量元件2522还可以是拱形结构，当质量元件2522为拱形结构时，拱形结构的两个拱脚与弹性元件2522的上表面或下表面连接，其中两个拱脚与弹性元件2521的接触面积小于拱腰在弹性元件2521上的投影面积，即拱形结构的质量元件2522与弹性元件2521的接触面积小于其在弹性元件2521上的投影面积。需要说明的是，在本实施例中，任何能够满足质量元件2522与弹性元件接触的面积小于质量元件2522在弹性元件2521的投影面积的规则或不规则形状或结构，均属于本说明书实施例变化范围内，本说明书不再一一列举。
需要说明的是，振动传感器2200的第一孔部、第二孔部和第三孔部同样可以适用于图19所示的振动传感器2400中，在此不做赘述。
在一些实施例中，质量元件可以为实心结构体。例如，质量元件2522可以为实心圆柱体、实心长方体、实心椭圆球体、实心三角形体等规则或不规则的结构体。在一些实施例中，为了保证质量元件2522在质量不变时，减小质量元件2522与弹性元件2521的接触面积，提高振动传感器在特定频段范围的灵敏度，质量元件还可以为局部掏空的结构体。例如，如图21(a)所示，质量元件2522为环形柱体。又例如，如图21(b)所示，质量元件2522为矩形筒状的结构体。
在一些实施例中，质量元件可以包括多个相互分离的子质量元件，且多个子质量元件位于弹性元件的不同区域。在一些实施例中，质量元件可以包括两个或以上相互分离的子质量元件，例如，3个、4个、5个等。在一些实施例中，多个相互分离的子质量元件的质量、尺寸、形状、材料等可以相同或不同。在一些实施例中，多个相互分离的子质量元件可以在弹性元件上等间距分布、不等间距分布、对称分布或非对称分布。在一些实施例中，多个相互分离的子质量元件可以设置在弹性元件的上表面和/或下表面上。通过在弹性元件的中部区域设置多个相互分离的子质量元件，不仅可以增加弹性元件在壳体带动振动下的变形区域的面积，提高弹性元件的变形效率，以提高振动传感器的灵敏度，而且还可以提高谐振系统以及振动传感器的可靠性。在一些实施例中，还可以通过调整多个质量元件的质量、尺寸、形状、材料等参数，使得多个子质量元件具有不同的频率响应，从而进一步提高振动传感器在不同频段范围内的灵敏度。
图22(a)是根据本说明书一些实施例提供的振动传感器的截面示意图。如图22(a)所示，质量元件2722-1可以包括两个在尺寸上呈一定比值的矩形筒状的子质量元件2722a、2722b。在一些实施例中，子质量元件2722a和子质量元件2722b的厚度(即筒壁厚度)相同。在一些实施例中，子质量元件2722a的长度和宽度分别与子质量元件2722b的长度和宽度比值相同。在一些实施例中，子质量元件2722a与子质量元件2722b的长度和/或宽度比值在0.1～0.8的范围内。在一些实施例中，子质量元件2722a与子质量元件2722b的长度和/或宽度比值在0.2～0.6的范围内。在一些实施例中，子质量元件2722a与子质量元件2722b的长度和/或宽度比值在0.25～0.5的范围内。在一些实施例中，两个矩形筒状的子质量元件2722a、2722b均位于弹性元件2721-1的中部区域，且几何中心均与弹性元件2721-1的几何中心重合。在一些实施例中，矩形筒状的子质量元件2722a和子质量元件2722b的几何中心也可以不重合。
需要注意的是，子质量元件的数量不限于图22(a)所述的两个，还可以为三个、四个或者更多。另外，子质量元件的形状也不限于图22(a)所示的矩形筒状，还可以为其它形状的结构体。例如，在一些实施例中，质量元件2722-1可以包括两个内径不同的环形子质量元件，两个环形子质量元件均位于弹性元件2721的中部区域，且圆心均与弹性元件2721-1的几何中心重合。又例如，质量元件2722-1可以包括两个不同形状的子质量元件(比如，环形子质量元件和长方形子质量元件)，尺寸较大的子质量元件围绕尺寸较小的子质量元件。另外，多个子质量元件可以位于弹性元件2721-1的不同表面上，例如，一部分位于弹性元件2721-1的上表面，另一部分位于弹性元件2721-1的下表面。
图22(b)是根据本说明书一些实施例提供的振动传感器的截面示意图。如图22(b)所示，质量元件2722-2可以包括四个子质量元件2722c、2722d、2722e、2722f，子质量元件2722c、2722d、 2722e、2722f在弹性元件2721-2的中部区域呈矩阵分布。其中，子质量元件2722c、2722d、2722e、2722f可以具有矩形、圆形、椭圆形等任何规则或不规则形状。在一些实施例中，子质量元件2722c、2722d、2722e、2722f的形状、尺寸、材料等可以相同或不同。
图22(c)是根据本说明书一些实施例提供的振动传感器的截面示意图。如图22(c)所示，质量元件2722可以包括四个子质量元件2722g、2722h、2722i、1222j，子质量元件2722g、2722h、2722i、2722j在弹性元件2721的中部区域上呈环形等间距分布，并且环形圆心与弹性元件2721的几何中心重合。
需要注意的是，图22所示的子质量元件的数量、形状以及分布方式等仅用于示例性描述，并不旨在限制本说明书。例如，图22中的矩形筒状的子质量元件以及图22(c)中的子质量元件的数量可以在两个以上(例如，3个、4个、5个)等。又例如，图22(b)中的子质量元件的数量可以是6个呈2x3的矩阵分布，或是8个呈4x4的矩阵分布等。
图23是根据本说明书一些实施例提供的弹性元件2821包括第一孔部28211的振动传感器的结构示意图。图23所示的振动传感器2800与图17所示的振动传感器2200的结构上可以大致相同，二者的区别之处在于图23所示的弹性元件2821上设置有第一孔部28211。图23所示的壳体2811、基板2812、处理器2813、传感元件2814、拾音孔28121、质量元件2822、第一声学腔体2830和第二声学腔体2840等结构分别与图17中壳体2211、基板2212、处理器2213、传感元件2214、拾音孔22121、质量元件2222、第一声学腔体2230和第二声学腔体2240等结构相类似，在此不再赘述。
在一些实施例中，如图23所示，弹性元件2821上可以包括至少一个第一孔部28211，至少一个第一孔部28211可以连通第一声学腔体2830和至少一个第二声学腔体2840，以调节第一声学腔体2830和第二声学腔体2840内的气压，平衡两个腔体内的气压差，防止振动传感器2800损坏，同时也可以增大谐振系统的阻尼，降低振动传感器2800的品质因子Q值，使得振动传感器2800的频响曲线更加平坦。其中，第二声学腔体2840可以是指不同于第一声学腔体2830，弹性元件2821和壳体2811之间限制的腔体。
图24是图23所示的振动传感器2800的截面示意图。在一些实施例中，如图24所示，第一孔部28211可以包括设置于弹性元件2821上的第一子孔部282111，至少一个第一子孔部282111可以位于弹性元件2821未被质量元件2822覆盖的区域。在一些实施例中，弹性元件2821上的第一子孔部282111的数量可以根据实际所需的阻尼进行设置，例如，第一子孔部282111的数量可以是4个、8个、16个等。在一些实施例中，多个第一子孔部282111可以在弹性元件2821未被质量元件2822覆盖的区域呈矩形等间距分布或环形等间距分布。
在一些实施例中，第一孔部28211还可以包括设置于质量元件2822上的第二子孔部，至少一个第二子孔部与至少一个第一子孔部282111连通，以调节第一声学腔体2830和第二声学腔体2840内的气压，同时也可以调节谐振系统的阻尼，使得振动传感器2800的频响曲线更加平坦。
图25是根据本说明书一些实施例提供的振动传感器3000的截面示意图。图250所示的振动传感器3000与图23或图24所示的振动传感器2800在结构上大致相同，区别在于图25所示的振动传感器3000的质量元件3022上设置有第二子孔部30221。关于图25所示的壳体3011以及弹性元件3021的描述可以参考图23中关于壳体2811和弹性元件2821的相关描述。
在一些实施例中，如图25所示，质量元件3022上设有多个第二子孔部30221，在弹性元件3021设有多个第一子孔部30211，其中，多个第一子孔部30211中的部分设于弹性元件3021被质量元件3022覆盖的区域，并且在位置上与第二子孔部30221对应，位于弹性元件1721被质量元件1722覆盖的区域的第一子孔部30211能够与对应的第二子孔部13021连通，以保证第一声学腔体和第二声学腔体能够连通。除此之外，另一部分第一子孔部30211设于弹性元件3021未被质量元件3022覆盖的区域，也能实现第一声学腔体和第二声学腔体的连通。
在一些实施例中，第一子孔部(例如，图23所示的第一子孔部28211或图25所示的第一子孔部30211)或第二子孔部30221的孔径为0.01μm～40μm。在一些实施例中，第一子孔部或第二子孔部30221的孔径为0.03μm～30μm。在一些实施例中，第一子孔部或第二子孔部30221的孔径为0.05μm～20μm。
在一些实施例中，可以不在弹性元件设置第一子孔部，或者在质量元件上设置第二子孔部，而是通过采用含有微孔的薄膜材料来制造弹性元件。在本实施例中，弹性元件其自带的微孔能够起到气体导通的作用，也能实现声学腔体内的气压调节以及谐振系统的阻尼调节。
在本实施例中，弹性元件可以采用聚四氟乙烯(Poly tetra fluoro ethylene,PTFE)、尼龙 (Nylon)、聚醚砜(Poly ether sulphone,PES)、聚偏氟乙烯(Poly vinyli dene fluoride,PVDF)、聚丙烯(Poly propylene,PP)等材料制成的微孔薄膜。优选地，弹性元件可以采用PTFE微孔薄膜。在一些实施例中微孔薄膜的微孔孔径为0.01μm～10μm。在一些实施例中，微孔薄膜的微孔孔径为0.05μm～10μm。在一些实施例中，微孔薄膜的微孔孔径为0.1μm～10μm。弹性元件采用微孔薄膜可以无需在弹性元件或者质量元件上进行打孔，简化了制造工艺，节约了成本。
在一些实施例中，弹性元件还可以包括至少一个弹性层(图中未示出)，至少一个弹性层可以位于弹性元件未被质量元件覆盖的区域。至少一个弹性层可以覆盖弹性元件上至少部分第一子孔部或微孔，一方面可以调节第一子孔部或微孔的孔隙率，另一方面还可以调节弹性元件的刚度，从而调节振动传感器的灵敏度和可靠性。在一些实施例中，弹性层的材料可以是硅胶、硅凝胶等。在一些实施例中，弹性层的厚度可以为0.1μm～500μm。在一些实施例中，弹性层的厚度可以为0.5μm～300μm。在一些实施例中，弹性层的厚度可以为1μm～100μm。在一些实施例中，弹性层的厚度可以为50μm～100μm。
在一些实施例中，可以在振动传感器中至少一个不同于第一声学腔体(例如，图17所示的第一声学腔体2230等)的第二声学腔体(例如，图17所示的第二声学腔体2240等)内设置具有流动性的填充物。以图17所示的振动传感器2200为例，第二声学腔体2240可以为弹性元件2221和/或质量元件2222与传感器的壳体2211之间限制的腔体。通过在第二声学腔体2240内设置具有流对性的填充物，可以调节振动传感器2200的品质因子Q值和灵敏度，并且当振动传感器2200受到冲击时，流动性的填充物还能对冲击载荷进行吸收，避免振动传感器2200被损坏。在一些实施例中，填充物的运动粘度越大，振动传感器2200的灵敏度越高。在一些实施例中，填充物的运动粘度为20000cst内。在一些实施例中，填充物的运动粘度为10000cst内。在一些实施例中，填充物的运动粘度为5000cst内。在一些实施例中，填充物的运动粘度为500cst内。在一些实施例中，填充物的运动粘度为50cst内。在一些实施例中，第二声学腔体2240内的具有流动性的填充物可以包括液体、气体、凝胶等柔性材料。优选地，第二声学腔体2240内的具有流动性的填充物的材料为油、芦荟胶、硅凝胶、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)等。在一些实施例中，具有流动性的填充物可以在第二声学腔体2240内完全填充或不完全填充(例如，存在气泡)。
在一些实施例中，振动传感器可以包括多个谐振系统，多个谐振系统可以实现振动传感器多模态振动，提高振动传感器在更宽频率范围的灵敏度。
图26是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图26所示，在一些实施例中，振动传感器3100包括声学换能器3120以及振动组件3130。参考图26，在一些实施例中，声学换能器3120包括壳体3110和拾音装置3121，在一些实施例中，拾音装置3121根据换能原理可以包括电容式、压电式等形式的换能器，本说明书不做限制。
在一些实施例中，壳体3110开设有用于拾音的拾音孔3111。在一些实施例中，振动组件3130靠近壳体3110的拾音孔3111处设置。在一些实施例中，一组或多组弹性元件(例如，第一弹性元件31311、第二弹性元件31312和第三弹性元件31313)和质量元件(例如，第一质量元件31321、第二质量元件31322和第三质量元件31323)设于拾音孔3111的外侧。在一些实施例中，振动组件3130与壳体3110通过物理方式连接，具体的，物理连接方式可以包括焊接、卡接、粘接或者一体成型等连接方式，此处不对其连接方式加以限定。需要说明的是，在一些实施例中，一组或多组弹性元件和质量元件还可以平行于拾音孔3111的径向截面设于拾音孔3111内，具体可以参见后文中图28相关描述。
在一些实施例中，振动传感器3100用于进行气导拾音时，当外界环境产生振动(例如，声波)时，一组或多组弹性元件及弹性元件上的质量元件响应外界环境的振动而产生振动，由于弹性元件能够使空气通过，弹性元件和质量元件产生的振动连同外界的振动信号(例如，声波)，可以导致拾音孔3111内声压变化(或空气振动)使振动信号通过拾音孔3111传递至拾音装置3121转化为电信号，从而实现振动信号在一个或多个目标频段内加强后被转化为电信号的过程。其中，目标频段可以是一组弹性元件和质量元件所对应的共振频率(或谐振频率)所在的频率范围。示例性的，当振动传感器3100用于作为麦克风时，目标频段的范围可以是3100Hz～2kHz，具体的，在一些实施例中，若声学换能器的共振频率为2kHz，振动组件3130的共振频率可以配置成1kHz。
在一些实施例中，振动传感器3100用于进行骨导拾音时，可以在拾音孔3111外侧设置传导壳体，声学换能器3120和传导壳体可以围成容纳空间形成声学腔体，一组或多组弹性元件和质量元件设置于容纳空间内。在一些实施例中，振动组件3130(例如，振动件)可以与壳体3110进行物理连接，当外界环境产生振动时，通过传导壳体接收振动并导致振动组件3130产生振动，振动组 件3130的振动可以导致声学腔体内空气振动，弹性元件和质量元件产生的振动连同声学腔体内的振动信号，通过拾音孔3111传递至拾音装置3121转化为电信号。
如图26所示，在一些实施例中，振动传感器3100可以包括三组弹性元件和质量元件，具体的，三组弹性元件和质量元件可以具备不同的共振频率，每组弹性元件和质量元件可以在外界振动信号中不同频率振动作用下产生共振，以使得振动传感器3100所获取的声音信号中，相对于声学换能器3120在三个目标频段内灵敏度大于声学换能器3120的灵敏度。需要说明的是，在一些实施例中，多组弹性元件和质量元件可以具有相同的共振频率，以使目标频段内的灵敏度获得较大提升。示例性的，当该振动传感器3100被用于主要检测5kHz～5.5kHz的机械振动时，可以将多组弹性元件和质量元件的共振频率配置成该检测范围内的值(如5.3kHz)，使得振动传感器3100在检测范围内相对于仅设置一组弹性元件和质量元件的情况下具有更高灵敏度。需要说明的是，图26中所示弹性元件和质量元件的组数只是为了解释说明，并不能限制本发明的范围。例如，弹性元件和质量元件的组数可以是一组、两组、四组等。
在一些实施例中，在振动组件3130具备多个弹性元件情况下，距离声学换能器3120最远的弹性元件被构造成不能够使空气通过。由图26所示，图中第三弹性元件31313可以被构造成不能够使空气通过，通过该设置方式使得第三弹性元件31313和声学换能器3120之间形成密闭空间，能够更好的反应振动信息。需要说明的是，在一些实施例中，距离声学换能器3120最远的弹性元件可以被构造成能够使空气通过，示例性的，如在拾音孔3111外侧设置传导壳体(同31中未示出)时，传导壳体与声学换能器3120围成声学腔体，该声学腔体中的空气可以良好的反应振动信息。在一些实施例中，传导壳体或壳体可以设置孔部(例如，第二孔部或第三孔部)，该孔部可以将声学换能器3120内部以及多组振动组件3130之间形成的声学腔体与外部环境进行连通，在振动传感器3100的装配过程中，孔部可以将壳体3110内部的气体输送至外界。如此，通过设置孔部，在装配振动组件3130、声学换能器3120时，可避免由于壳体3110和传导壳体内外空间的气压差过大而导致振动组件3130、声学换能器3120失效，从而可降低振动传感器3100的装配难度。在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器3100的使用性能。为了减少环境中气导声音的影响，在振动传感器3100的制备完成后，或者应用到电子设备之前，可以通过密封材料将孔部密封，以免其影响振动传感器3100的性能。在一些实施例中，可以通过密封胶、粘接密封胶带、添加密封塞等形式将孔部封堵。
在一些实施例中，振动组件3130可以包括在振动方向上依次设置的第一弹性元件31311、第二弹性元件31312和第三弹性元件31313；质量元件可以包括在振动方向上依次设置的第一质量元件31321、第二质量元件31322和第三质量元件31323，第一弹性元件31311与第一质量元件31321连接，第二弹性元件31312与第二质量元件31322连接，第三弹性元件31313与第三质量元件31323连接。在一些实施例中，第一弹性元件31311、第二弹性元件31312和第三弹性元件31313中任意两个相邻弹性元件之间的距离不小于与该两个相邻的弹性元件的最大振幅，此设置用于确保弹性元件在振动时不会与相邻的弹性元件产生干扰，从而影响振动信号的传递效果。在一些实施例中，振动组件3130包括多组弹性元件和质量元件时，弹性元件沿垂直于弹性元件的振动方向依次设置，在一些实施例中，相邻弹性元件之间的距离可以相同也可以不同。在一些实施例中，弹性元件可以与其相邻的弹性元件之间的间隙形成多个腔体，弹性元件与其相邻弹性元件之间的多个腔体可以容纳空气和供弹性元件在其中振动。
在一些实施例中，振动组件230还可以包括限位结构(图中未示出)，其被配置成用于使振动组件中相邻弹性元件之间的距离不小于相邻弹性元件的最大振幅。在一些实施例中，限位结构可以与弹性元件边缘连接，并通过控制该限位结构的阻尼使其不会对弹性元件的振动产生干扰。
在一些实施例中，多组振动组件3130中的质量元件可以包括多个，多个质量元件可以分别设于弹性元件两侧。示例性的，假设一组振动组件包括两个质量元件，两个质量元件对称设置与弹性元件的两侧。在一些实施例中，多组振动组件3130中的质量元件可以位于弹性元件同一侧，其中，质量元件可以设置于弹性元件的外侧或者内侧，其中，弹性元件靠近声学换能器3120的一侧为内侧，远离声学换能器3120的一侧为外侧。需要说明的是，在一些实施例中，多组振动组件中的质量元件可以位于弹性元件不同侧，如第一质量元件31321和第二质量元件31322位于对应弹性元件的外侧，第三质量元件31323位于对应弹性元件的内侧。
在一些实施例中，弹性元件(例如，第一弹性元件31311、第二弹性元件31312和第三弹性元件31313)被构造成能够使空气通过的薄膜状结构，在一些实施例中，弹性元件(例如，第一弹性元件31311、第二弹性元件31312和第三弹性元件31313)可以为透气膜。将弹性元件构造成能 够使空气通过，使得振动信号能够使振动组件3130产生振动的同时，进一步穿透透气膜，被声学换能器3120所接收，从而提高在目标频段的灵敏度。另外，能够使空气通过的薄膜状结构可以使得多个弹性元件之间形成的声学腔体相连通，进而调节各声学腔体之间的气压，平衡各个声学腔体内的气压差，防止振动传感器3100内部的元件因气压差较大而发生损坏。
在一些实施例中，弹性元件(例如，第一弹性元件31311、第二弹性元件31312和第三弹性元件31313)也可以是具有第一孔部的薄膜材料，具体的，第一孔部的孔径为0.01μm～10μm。优选的，第一孔部的孔径可以为0.1μm～5μm，如0.2μm、0.5μm、0.8μm、1μm、2μm等。在一些实施例中，振动组件230中的第一孔部的直径可以相同也可以不同，单一振动组件230上的第一孔部的直径可以相同也可以不同。在一些实施例中，第一孔部的孔径还可以大于5μm。当第一孔部的孔径大于5μm时，可以在不影响透气的前提下，在弹性元件上设置其他材料(如硅胶等)对部分第一孔部或第一孔部的部分区域进行覆盖。在一些实施例中，弹性元件(例如，第一弹性元件31311、第二弹性元件31312和第三弹性元件31313)和质量元件(例如，第一质量元件31321、第二质量元件31322和第三质量元件31323)上可以同时开设孔部，使得多个弹性元件之间形成的声学腔体相连通。
在一些实施例中，振动组件230可以进一步包括支撑结构3133，支撑结构3133用于支撑一组或多组弹性元件和质量元件。支撑结构3133物理连接于声学换能器3120(例如，壳体结构3110)，一组或多组弹性元件和质量元件连接于支撑结构3133。具体的，支撑结构3133与壳体3110物理连接，物理连接方式可以包括卡接、粘接或者一体成型等连接方式，在一些实施例中，优选的，将支撑结构3133与壳体3110通过粘结连接，粘结材料可以包括但不仅限于环氧胶和硅胶等。
在一些实施例中，支撑结构3133还可以与支撑结构3133连接，实现固定支撑以控制相邻弹性元件之间的间距，以保证振动信号的传输效果。
图27是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器3200结构示意图。如图27所示，在一些实施例中，振动传感器3200中的振动组件3230可以包括一组弹性元件3231和质量元件3232，通过支撑结构3233与声音传感器3220连接。具体的，质量元件3232物理连接于弹性元件3231，质量元件3232设置为弹性元件3231的外侧。在一些实施例中，质量元件3232响应外界环境的振动而同时产生共振，弹性元件3231和质量元件3232产生的共振连通外界的振动信号传递至声学换能器3220，从而加强该振动组件3230的共振频率附近灵敏度，实现振动信号在该目标频段内加强后被转化为电信号的过程。
在一些实施例中，由于振动传感器3200中仅包括一组振动组件3230，为了使其具备更好的拾音效果，在一些实施例中，弹性元件3231可以是不透气的。需要说明的是，图27中的振动传感器3200中的弹性元件3231或质量元件3232也可以是透气的，以平衡各声学腔体之间的气压差。例如，弹性元件3231或质量元件3232上开始第一孔部。又例如，弹性元件3231或质量元件3232采用透气材料制成。
在一些实施例中，每组弹性元件3231和质量元件3232的共振频率与弹性元件3231和/或质量元件3232的参数有关，参数包括弹性元件3231的模量、声学换能器3220与弹性元件3231之间形成腔体的体积、质量元件3232的半径、质量元件3232的高度、质量元件3232的密度等或其组合。
图28是根据本说明书基于一些实施例所示的振动传感器结构示意图。在一些实施例中，振动传感器3300中的一组或多组弹性元件和质量元件可以平行于所述拾音孔的径向截面(即垂直与振动方向)设于所述拾音孔内。如图28所示，在一些实施例中，拾音孔处可以设置有导管3311，弹性元件和质量元件包括平行于所述拾音孔的径向截面设于所述拾音孔内的第一弹性元件33311、第二弹性元件33312以及第一质量元件33321和第二质量元件33322。在一些实施例中，导管3311可以是不透气材料制成，其作用与前述振动传感器3100中的支撑结构3133相似。在一些实施例中，为了保证质量元件的自由振动，质量元件不与拾音孔的内壁或导管3311接触。需要说明的是，设置导管3311只是一种具体的实施例，并不能限制本发明的范围。例如，在一些实施例中，还可以不设置导管3311，一组或多组弹性元件和质量元件直接与拾音孔连接，或将支撑结构设于拾音孔内，并支撑一组或多组弹性元件和质量元件。
在一些实施例中，第一质量元件33321和第二质量元件33322可以响应外界环境的振动而同时产生共振，第一弹性元件33311、第二弹性元件33312以及第一质量元件33321和第二质量元件33322产生的共振连通外界的振动信号通过导管3311传递至声学传感器3320并转化为电信号，从而实现振动信号在一个或多个目标频段内加强后被转化为电信号的过程。需要说明的是，图28中 所示弹性元件和质量元件的组数为两组只是为了说明，不会限制本发明的保护范围，例如，弹性元件和质量元件的组数可以为一组、三组或其他。
需要说明的是，图26所示的振动传感器3100的传导壳体或壳体3110上的孔部以及振动组件3130上开设的第一孔部或由透气材料制成振动组件3130同样适用于图28所示的振动传感器3300，在此不做赘述。
图29是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图29所示，在一些实施例中，振动传感器3400包括声学换能器3410以及振动组件。振动组件主要包括相互连接的质量元件与弹性元件。在一些实施例中，弹性元件可以包括一个或多个板状结构(例如，悬臂梁3421、膜状结构3422)，每个板状结构与一个或多个质量元件中的至少一个连接。在一些实施例中，一个板状结构和与该板状结构物理连接的质量元件形成的结构也可以称为谐振结构。板状结构可以指能够用于承载一个或多个质量元件的、柔性或刚性材料制成的结构。质量元件为体积较小且质量较重的物体，在一些实施例中，根据振动组件的使用场景和目标频率的不同，质量元件的体积和质量也不同。
在一些实施例中，板状结构可以包括单一的板状结构(也可以称为板状件)。在一些实施例中，板状结构可以包括多个板状件，例如，2个，3个，4个等。在一些实施例中，与每个板状结构连接的至少一个质量元件可以包括单一质量元件。在一些实施例中，与每个板状结构连接的至少一个质量元件可以包括多个质量元件，例如，2个，3个，4个等。
在一些实施例中，振动组件进一步包括支撑结构3420，用于支撑板状结构，支撑结构3420与声学换能器连接，支撑结构3420具有用于放置板状结构的空间。
在一些实施例中，一个或多个质量元件可以设于板状结构在振动方向上的任一侧，在一些实施例中，多个质量元件还可以分别设于板状结构在振动方向上的两侧。在一些实施例中，在板状结构的振动方向上，与其连接的质量元件的投影区域位于板状结构的投影区域内。在一些实施例中，在与板状结构和质量元件连接的表面平行方向上(即垂直于振动方向)，单侧的一个或多个质量元件的横截面面积的总和小于板状结构的横截面面积。在一些实施例中，质量元件在板状结构带动下，振动方向与板状结构的振动方向相同。在一些实施例中，在与一个弹性元件和一个或多个质量元件连接的表面垂直方向上，质量元件的投影区域与支撑结构3420的投影区域不重叠。
在一些实施例中，一个或多个板状结构以及与板状结构物理连接的多个质量元件对应目标频段中的多个目标频段，使在对应的多个目标频段内振动传感器的灵敏度大于声学换能器的灵敏度。在一些实施例中，至少一个板状结构和质量元件的组合能够在其接收到的振动信号时，会在其共振频率附近的振动信号产生较大的振幅，从而提高振动传感器的灵敏度。
在一些实施例中，为了适应多振动模态，一个板状结构以及与板状结构物理连接的一个或多个质量元件的形成的振动组件会具有多个共振频率，多个共振频率可以相同或不同。多个质量元件中至少两个质量元件的至少一个结构参数可以不同。质量元件的结构参数可以包括尺寸、质量、密度、形状等。具体的，质量元件的尺寸可以是质量元件的长、宽、高、横截面面积或体积参数中的至少一个。
在一些实施例中，振动传感器在振动组件作用下的频响曲线具有多个谐振峰。在一些实施例中，一个板状结构以及与板状结构物理连接的多个质量元件形成的谐振结构的多个共振频率中至少一个共振频率与声学换能器的共振频率之间的差值在1kHz～10kHz之内。在一些实施例中，一个板状结构以及与板状结构物理连接的多个质量元件具有的多个板状结构共振频率中相邻两个共振频率相差小于2kHz。在一些实施例中，一个板状结构以及与板状结构物理连接的多个质量元件具有的多个板状结构共振频率中相邻两个共振频率相差不大于1kHz。在一些实施例中，一个板状结构以及与板状结构物理连接的多个质量元件具有的共振频率在1kHz～10kHz之内。在一些实施例中，一个板状结构以及与板状结构物理连接的多个质量元件具有的共振频率在1kHz～5kHz之内。
通过在振动组件中设置至少一个质量元件，可以使得振动组件能够拥有多振动模态，从而使得振动传感器的频响曲线具有两个及两个以上的谐振峰。由于在谐振峰所在的频率区间内，振动传感器的灵敏度会增加，因此，频响曲线具有两个及两个以上的谐振峰可以增加振动传感器高灵敏度的频率区间。其中，振动模态是具有固定频率、阻尼比和振型的振动状态。不同振动模态对应不同的变形形式，例如，多个质量元件同步向上振动；一个质量元件向上振动、一个质量元件向下振动等。振动模态取决于振动组件的自身特性，例如，质量元件的刚度和尺寸、配重块的大小、位置和密度等。在一些实施例中，一个质量元件可以产生一种模态、两个质量元件可以产生两种模态、三个质量元件可以产生三种有效模态或产生两种有效模态。其中，有效模态指的是能够让空气隙发 生体积变化的模态。
在一些实施例中，一个或多个板状结构中至少一个板状结构可以为膜状结构3422。膜状结构3422可以包括刚性膜或柔性膜。刚性膜指的是膜体的杨氏模量大于第一模量阈值(例如，50GPa)的膜体。柔性膜指的是膜体的杨氏模量小于第二模量阈值的膜体。在一些实施例中，第一模量阈值和/或第二模量阈值可以根据实际需要设置。在一些实施例中，第一模量阈值可以与第二模量阈值相等或不相等。例如，第一模量阈值可以为20GPa、30GPa、40GPa、50GPa等，第二模量阈值可以为1MPa、10MPa、1GPa、10GPa等。在一些实施例中，质量块可以包括多个，多个质量块3424可以分别设于膜状结构3422两侧，在一些实施例中，多个质量块3424也可以设于膜状结构3422的同一侧。在一些实施例中，多个质量块3424可以共线设置或不共线设置，示例性的，在一些实施例中，若质量块包括四个，四个质量块中的两个或三个可以共线设置，此外，四个质量块还可以按阵列(如矩形阵列和环形阵列)设置。
在一些实施例中，一个或多个板状结构3421中至少一个板状结构可以为悬臂梁。悬臂梁可以包括刚性板。在一些实施例中，刚性板指的是膜体的杨氏模量大于第三模量阈值(例如，50GPa)的板体。在一些实施例中，第三模量阈值可以根据实际需要设置，如，可以为20GPa、30GPa、40GPa、50GPa等。
在一些实施例中，一个或多个板状结构可以包括至少一个膜状结构3422和至少一个悬臂梁3421。板状结构为悬臂梁3421的情况，具体可以参见后文中图30的相关内容，在此不再赘述。
在一些实施例中，振动组件在拾音孔内3411远离声学换能器3410的方向上依次包括悬臂梁3421和膜状结构3422。在一些实施例中，悬臂梁3421上具有一个或多个质量元件3423，一个或多个质量元件3423位于悬臂梁3421的自由端，并与悬臂梁3421共线设置。在一些实施例中，膜状结构3422上具有一个或多个质量元件3424。在一些实施例中，悬臂梁3421还可以设于振膜3422远离声学换能器3410的一侧。在一些实施例中，悬臂梁3421和质量元件3423可以对应一个共振频率；振膜3422和多个质量元件3424可以对应一个或两个共振频率。在一些实施例中，可以将前述三个共振频率设置为不同的，使得振动传感器在振动组件3400的作用下的频响曲线具有三个谐振峰，从而形成多个高灵敏度的频率区间以及更宽的频段。
在一些实施例中，膜状结构3422可以是透气膜或不透气膜。当膜状结构3422为透气膜时，振动传感器3400内部的各声学腔体之间可以通过具有透气性能的膜状结构3422相连通，以调节各声学腔体之间的气压，平衡两个声学腔体内的气压差，防止振动传感器3400因气压差较大而发生损坏。同时，也可以保证空气振动(例如，声波)可尽可能完全通过膜状结构3422进而利用拾音装置拾取该振动，能够有效提高拾音质量。在一些实施例中，膜状结构3422或质量元件3424可以为透气材料制成。在一些实施例中，膜状结构3422可以设有第一孔部，其中，第一孔部位于膜状结构3422上未被质量元件3424覆盖的区域，第一孔部可以连通振动传感器3400内部的各声学腔体(例如，膜状结构3422两侧的声学腔体)。在一些实施例中，膜状结构3422和质量元件3424上可以均设置第一孔部。例如，膜状结构3422上开设有第一子孔部，质量元件3424上开设第二子孔部，其中，第一子孔部与第二子孔部连通。在一些实施例中，通过将距离声学换能器3410最远的膜状结构3422构造成不透气，用以封闭支撑结构3420的空间使得支撑结构3420内空气振动时不会产生逸散，保证空气压缩的效果，从而使振动传感器3400具备更好的拾音效果。
需要说明的是，图26所示的振动传感器3100的传导壳体或壳体3110上的孔部同样适用于图29所示的振动传感器3400，在此不做赘述。
图30是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的振动组件的结构示意图。图30(a)为振动组件3520的立体结构示意图；图30(b)是图30(a)中所示的振动组件3520在振动方向上的投影图；图30(b)是图30(a)中所示的振动组件820垂直于振动方向上的投影图。
如图30(a)所示，振动组件包括支撑结构3530、悬臂梁3521和质量元件3522。悬臂梁3521的一端与支撑结构3530的一侧物理连接，另一端为自由端，质量元件3522与悬臂梁3521的自由端物理连接。具体地，悬臂梁3521与支撑结构3530的物理连接方式可以包括焊接、卡接、粘接或者一体成型等连接方式，此处不对其连接方式加以限定。在一些实施例中，振动组件还可以不包括支撑结构3530，悬臂梁3521可以沿拾音孔的传导通道的径向截面设于拾音孔的传导通道内或设于传导通道的外侧，悬臂梁3521不完全覆盖传导通道。
在一些实施例中，悬臂梁3521的材料包括铜、铝、锡、硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅或合金中的至少一种。在一些实施例中，质量元件3522可以设于悬臂梁3521在振动方向上的任意一侧，在本实施例中，以质量元件3522设于悬臂梁3521振动方向远离换 能器(图中未示出)的一侧进行说明。
在一些实施例中，悬臂梁3521自由端垂直于振动方向的任一侧上设置有至少一个质量元件3522。各个质量元件3522的尺寸可以部分相同或全部相同，或全部不同。在一些实施例中，相邻质量元件3522之间的距离可以相同，也可以不同。在实际使用时，可以根据振动模态进行设计。
同时参考图30(a)与图30(b)，在一些实施例中，悬臂梁3521上设置有三个质量元件3522。悬臂梁3521上的三个质量元件3522尺寸相同且三个质量元件3522在悬臂梁3521的中心点是共线的。在一些实施例中，由于悬臂梁3521在于振动方向垂直的水平方向上的宽度较窄，优选的，一个或多个质量元件3522与悬臂梁3521共线设置，以此获得更稳定的灵敏度提升。
在一些实施例中，悬臂梁3521在径向截面上具备矩形轮廓，在一些其他实施例中，悬臂梁3521在径向上截面可以为矩形、三角形、梯形、菱形及其他曲线形状。在一些实施例中，可以通过改变悬臂梁3521和质量元件3522的材料、形状和尺寸，可调节振动传感器的多个谐振峰位。
在一些实施例中，振动传感器可以应用于MEMS器件设计。在一些实施例中，振动传感器可以应用于宏观器件(如麦克风、扬声器等)设计。在MEMS器件工艺中，悬臂梁3521沿厚度方向可以为单层材料，如Si、SiO2、SiNx、SiC等，可以为双层或多层复合材料，例如Si/SiO2，SiO2/Si，Si/SiNx，SiNx/Si/SiO2等。质量元件3522可以是单层材料，如Si、Cu等，也可以是双层或多层复合材料，如Si/SiO2，SiO2/Si，Si/SiNx，SiNx/Si/SiO2等。本公开实施例选择MEMS器件中的悬臂梁821材料为Si或SiO2/SiNx，质量元件3522材料为Si。在MEMS器件工艺中，在一些实施例中，悬臂梁3521长度可以为500μm～1500μm；在一些实施例中，悬臂梁3521厚度可以为0.5μm～5μm；在一些实施例中，质量元件3522边长可以为50μm～1000μm；在一些实施例中，质量元件5322高度可以为50μm～5000μm。在一些实施例中，悬臂梁5321长度可以为700μm～1200μm，悬臂梁3521厚度可以为0.8μm～2.5μm；质量元件3522边长可以为200μm～600μm，质量元件3522高度可以为200μm～1000μm。
在宏观器件中，悬臂梁3521材料可以是无机非金属材料，如氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅等，也可以是金属材料，如铜、铝、锡或其他合金，或者以上材料组合等。质量元件3522一般要求在尽可能小的体积下具备一定的质量，因此需要密度较大，其材料可以是铜、锡或其他合金，也可以是陶瓷材料。优选地，悬臂梁3521材料为氮化铝、铜，质量元件3522材料为锡块或铜块。在宏观器件中，悬臂梁3521长度可以为1mm～20cm，悬臂梁3521厚度可以为0.1mm～10mm；在一些实施例中，质量元件3522边长可以为0.2mm～5cm，质量元件3522高度可以为0.1mm～10mm。在一些实施例中，悬臂梁3521长度可以为1.5mm～10mm，悬臂梁3521厚度可以为0.2mm～5mm；质量元件3522边长可以为0.3mm～5cm，质量元件3522高度可以为0.5mm～5cm。
在一些实施例中，振动组件的悬臂梁上可以设置两个质量元件，且两个质量元件的在振动方向上具有不同高度。在一些实施例中，靠近悬臂梁自由端的质量元件的高度可以低于远离自由端的质量元件的高度。在一些实施例中，靠近悬臂梁自由端的质量元件可以高于远离自由端的质量元件。需要说明的是，即使两质量元件的其他结构参数相同，但由于上述两种情况下的质量元件位置不同，因此在一些实施例中，两种情况可能具有两种不同的谐振峰的形式。
在一些实施例中，悬臂梁上的质量元件还可以包括一个或四个。悬臂梁上设置的四个质量元件其结构参数可以相同、可以部分不同或均不相同。
图31是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器3600中的振动组件具有不同个数的质量元件下的频响曲线的示意图。
如图31所示，在一些实施例中，振动传感器3600在悬臂梁及质量元件作用下的频响曲线具有一个或多个谐振峰。图31包括频响曲线3610、频响曲线3620和频响曲线3630三条频响曲线，其中，频响曲线3610表示悬臂梁上设置有一个质量元件时，振动传感器的频响曲线；频响曲线3620表示悬臂梁上设置有两个质量元件时，振动传感器的频响曲线；频响曲线3630表示悬臂梁上设置有三个质量元件时，振动传感器的频响曲线。由图中可以看出，频响曲线3610具备一个谐振峰、频响曲线3620具备两个谐振峰、频响曲线3630具有三个谐振峰。
在一些实施例中，悬臂梁上的质量元件的设置方式可以参考前文中的方式，三个质量元件的设置方式可以参考图30。由图中可以看出，在只有一个质量元件时，振动传感器的谐振峰在10kHz左右，而在具备两个谐振峰时，振动传感器在3kHz以及13kHz处形成了两个谐振峰，通过设置两个质量元件，使得在这两个频点附近的目标频率内(如2kHz～15kHz范围内)灵敏度得到显著提升。在同一悬臂梁上放置三个质量元件时，振动传感器形成三个谐振峰，具体的，振动传感器2250Hz、7600Hz和15700Hz处形成了三个谐振峰，使得这三个频点附近的目标频率内(如1kHz～20 kHz)的灵敏度得到显著提升，且将频响曲线天然地划分为了三个不同的频段区间，这对后续的信号处理是有利的。进一步的，由图中可以看出，随着质量元件数量的增加，振动传感器整体的灵敏度也得到了提高，如频响曲线3630在低频段(如1kHz以下)时，其灵敏度依旧高于频响曲线3610，可以看出，在合理设置板状结构和质量元件后，可以拓宽具有较高灵敏度的频段带宽、并且提高目标频段内灵敏度。
图32是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图32所示，振动传感器3700可以包括壳体3711、振动组件3712和声学换能器3720。在一些实施例中，壳体3711可以与声学换能器3720连接以围成具有声学腔体3713的结构。壳体3711和声学换能器3720之间的连接方式可以为物理连接。在一些实施例中，振动组件3712可以位于声学腔体3713内。在一些实施例中，振动组件3712可以将声学腔体3713分隔为第一声学腔体37131和第二声学腔体37132。例如，振动组件3712可以与壳体3711形成第二声学腔体37132；振动组件3712可以与声学换能器3720形成第一声学腔体37131。需要说明的是，这里的壳体3711是相对于声学换能器3720相独立的壳体结构，在一些实施例中，壳体3711也可以是整个振动传感器3700的壳体结构，此时振动组件3712和声学换能器3720可以位于壳体3711的内部空间中。
在一些实施例中，第一声学腔体37131可以与声学换能器3720声学连通。仅作为示例，声学换能器3720可以包括拾音孔3721，声学换能器3720可以通过拾音孔3721与第一声学腔体37131声学连通。应当注意，如图32所示的单个拾音孔3721的描述仅用于说明，并不意在限制本发明的范围。应当理解，振动传感器3700可以包括一个以上的拾音孔。例如，振动传感器3700可以包括布置成阵列的多个拾音孔。
在一些实施例中，振动单组件3712可以包括质量元件37121和弹性元件37122。在一些实施例中，质量元件37121和弹性元件37122可以物理连接，例如，胶接。仅作为示例，弹性元件37122可以为具有一定黏性的材料，直接粘接在质量元件7121上。在一些实施例中，弹性元件37122可以为耐高温的材料，使得弹性元件37122在振动传感器3700的加工制造过程中保持性能。在一些实施例中，弹性元件37122处于200℃～300℃的环境中时，其杨氏模量和剪切模量无变化或变化很小(如变化量在5％以内)，其中，杨氏模量可以用于表征弹性元件37122受拉伸或压缩时的变形能力，剪切模量可以用于表征弹性元件37122受剪切时的变形能力。在一些实施例中，弹性元件37122可以为具有良好弹性(即易发生弹性形变)的材料，使得振动组件3712可以响应于壳体3711的振动而振动。仅作为示例，弹性元件37122的材料可以包括硅橡胶、硅凝胶、硅密封胶等或其任意组合。
在一些实施例中，弹性元件37122可以环绕连接于质量元件37121的侧壁。弹性元件37122的内侧与质量元件37121的侧壁连接。弹性元件37122的内侧可以指被弹性元件37122所环绕的空间所在的一侧。质量元件37121的侧壁可以指的是质量元件37121与振动方向平行的一侧。质量元件37121的上下表面与振动方向近似垂直，并且分别用于限定第二声学腔体37132以及第一声学腔体37131。由于弹性元件37122环绕连接于质量元件37121的侧壁，在振动组件3712沿着振动方向振动过程中，质量元件37121的动量转换为对弹性元件3722的作用力，使弹性元件37122发生剪切形变。相比于拉伸和压缩形变，剪切形变降低了弹性元件37122的弹簧系数，这降低了振动传感器3700的谐振频率，从而提高了在振动单元3712振动过程中，质量元件37121的振动幅度，提高了振动传感器3700的灵敏度。
在一些实施例中，弹性元件37122的形状可以与质量元件37121形状相适应。例如，弹性元件37122的可以是管状结构，该管状结构的开口端在与质量元件37121的振动方向垂直的截面上具有与质量元件37121相同的截面形状。弹性元件37122的开口端可以是与质量元件37121相连接的一端。质量元件37121在与质量元件37121的振动方向垂直的截面上的形状为四边形，弹性元件37122所环绕区域为管形，该管形在与质量元件37121的振动方向垂直的截面上具有四边形孔。仅作为示例，质量元件37121在与质量元件37121的振动方向垂直的截面上的形状还可以包括规则形状(例如，圆形、椭圆形、扇形、圆角矩形、多边形)和不规则形状等。相应地，弹性元件37122所环绕的管形在与质量元件37121的振动方向垂直的截面上的形状可以包括具有规则形状或不规则形状孔径的管形。本说明书对管形弹性元件37122的形状不做限定。弹性元件37122的外侧可以是与弹性元件37122的内侧37124相反的侧面。例如，管形弹性元件37122的外侧的形状可以包括圆柱形、椭圆柱形、锥形、圆角矩形柱、矩形柱、多边形柱、不规则柱状等或其任意组合。
在一些实施例中，弹性元件37121可以向声学换能器3720延伸并直接或间接连接声学换能器3720。例如，弹性元件37121向声学换能器3720延伸的一端可以与声学换能器3720直接连 接。弹性元件37121与声学换能器3720之间的连接方式可以为物理连接，例如，胶接。在一些实施例中，弹性元件37121与壳体3711可以直接接触或存在间隔。例如，如图32所示，弹性元件37121与壳体3711之间可以存在间隔。此间隔的尺寸可以由设计人员根据振动传感器3700的尺寸调整。
在一些实施例中，质量元件37121可以设有至少一个第一孔部37123。第一孔部37123可以贯穿质量元件37121，第一孔部37123可以使第一声学腔体37131与第二声学腔体37132内的气体流通，从而平衡振动传感器3700的制备过程中(例如，回流焊过程中)的温度变化引起的第一声学腔体37131和第二声学腔体37132内部的气压变化，减少或防止该气压变化引起的振动传感器3700的部件的损坏，例如，开裂、变形等。在一些实施例中，弹性元件37122也可以开设有第一孔部37123，第一孔部37123贯穿弹性元件37122的侧壁，使得第一声学腔体37131与第二声学腔体37132连通。在一些实施例中，质量元件37121和弹性元件37122也可以同时设有第一孔部37123。
在一些实施例中，壳体3711上可以设有至少一个第二孔部37111(或者是第三孔部)，第二孔部37111可以贯穿壳体3711。当质量元件37121振动时，第二孔部37111可以用于减小第二声学腔体37332内部的气体产生的阻尼。
在一些实施例中，第一孔部37123或第二孔部37111可以为单孔。在一些实施例中，该单孔的直径可以为1-50um。优选地，该单孔的直径可以为2-45um。更优选地，该单孔的直径可以为3-40um。更优选地，该单孔的直径可以为4-35um。更优选地，该单孔的直径可以为5-30um。更优选地，该单孔的直径可以为5-25um。更优选地，该单孔的直径可以为5-20um。更优选地，该单孔的直径可以为6-15um。更优选地，该单孔的直径可以为7-10um。在一些实施例中，第一孔部37123或第二孔部37111可以为一定数量的微孔组成的阵列。仅作为示例，微孔的数量可以为2-10个。在一些实施例中，每个微孔的直径可以为0.1-25um。优选地，每个微孔的直径可以为0.5-20um。更优选地，每个微孔的直径可以为0.5-25um。更优选地，每个微孔的直径可以为0.5-20um。更优选地，每个微孔的直径可以为0.5-15um。更优选地，每个微孔的直径可以为0.5-10um。更优选地，每个微孔的直径可以为0.5-5um。更优选地，每个微孔的直径可以为0.5-4um。更优选地，每个微孔的直径可以为0.5-3um。更优选地，每个微孔的直径可以为0.5-2um。更优选地，每个微孔的直径可以为0.5-1um。
在一些实施例中，环境中的气导声音可能会影响到振动传感器3700的使用性能。为了减少环境中气导声音的影响，在振动传感器3700的制备完成后，例如，回流焊后，可以使用密封材料将壳体3711上的至少一个第二孔部37111封住。仅作为示例，该密封材料可以包括环氧胶、硅密封胶等或其任意组合。
在一些实施例中，壳体3711和质量元件37121中也可以不设置孔部。在一些实施例中，当壳体3711和质量元件37121中不设置第二孔部时，可以通过提高振动传感器3700各部件之间的连接强度的方式(例如，增强连接各部件的胶水的连接强度)，避免振动传感器3700的部件因第一声学腔体37131和第二声学腔体37332内部的气压变化而发生损坏。
应当注意的是，上述有关振动传感器3700及其部件的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本说明书的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本说明书的指导下可以对振动传感器3700进行各种修正和改变。在一些实施例中，声学换能器3720可以设有至少一个孔部，该孔部可以通过拾音孔3721以及第一孔部37123与声学腔体3713连通。这些修正和改变仍在本说明书的范围之内。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的 解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。
Claims (45)
- 一种振动传感器，包括：声学换能器和振动组件；以及壳体，被配置为容纳所述声学换能器和所述振动组件，并基于外部振动信号产生振动；所述振动组件和所述声学换能器形成包含第一声学腔体的多个声学腔体，所述第一声学腔体与所述声学换能器连通，所述振动组件响应于所述壳体的振动使所述第一声学腔体的声压变化，所述声学换能器基于所述第一声学腔体的声压变化产生电信号，其中，所述振动组件包括第一孔部，所述第一声学腔体与其它声学腔体通过所述第一孔部相连通。
- 根据权利要求1所述的振动传感器，其中，所述振动组件包括弹性元件和质量元件，所述质量元件与所述弹性元件连接，所述弹性元件与所述壳体或所述声学换能器连接，所述第一孔部位于所述弹性元件和/或所述质量元件处。
- 根据权利要求2所述的振动传感器，其中，所述第一孔部包括第一子孔部，所述第一子孔部位于所述弹性元件上，所述第一子孔部连通所述第一声学腔体和其它所述声学腔体。
- 根据权利要求3所述的振动传感器，其中，所述第一子孔部位于所述弹性元件中未被所述质量元件覆盖的区域。
- 根据权利要求3所述的振动传感器，其中，所述第一孔部包括第二子孔部，所述第二子孔部位于所述质量元件上，所述第二子孔部与所述第一子孔部连通。
- 根据权利要求1所述的振动传感器，其中，所述弹性元件或所述质量元件由透气材料制成。
- 根据权利要求1所述的振动传感器，其中，所述壳体包括第二孔部，所述第一声学腔体、所述其它声学腔体和所述声学换能器通过所述第二孔部与外界连通。
- 根据权利要求7所述的振动传感器，其中，所述振动传感器为工作状态时，所述第二孔部为封闭状态。
- 根据权利要求1所述的振动传感器，其中，所述壳体包括第三孔部，所述第三孔部位于所述壳体与所述振动组件形成的声学腔体对应的壳体处。
- 根据权利要求9所述的振动传感器，其中，所述第三孔部与所述第一孔部沿垂直于所述振动组件振动方向的方向错位分布。
- 根据权利要求9所述的振动传感器，其中，所述第三孔部的孔径范围为5um-20um。
- 根据权利要求1所述的振动传感器，其中，所述声学换能器包括振膜，所述振膜响应于所述第一声学腔体的声压变化发生振动，所述振膜包括第四孔部。
- 根据权利要求12所述的振动传感器，所述振膜由透气材料制成。
- 根据权利要求4所述的振动传感器，其中，所述弹性元件在第一方向上分布在所述质量元件相反的两侧，使得目标频率范围内，所述振动单元对所述第一方向上壳体振动的响应灵敏度高于所述振动单元对第二方向上壳体振动的响应灵敏度，所述第二方向垂直于所述第一方向。
- 根据权利要求14所述的振动传感器，其中，所述第一方向为所述质量元件的厚度方向，所述弹性元件的形心与所述质量元件的重心在第一方向上的距离不大于所述质量元件厚度的1/3。
- 根据权利要求15所述的振动传感器，其中，所述弹性元件的形心与所述质量元件的重心在第二 方向上的距离不大于所述质量元件边长或半径的1/3。
- 根据权利要求14所述的振动传感器，其中，所述弹性元件包括第一弹性元件和第二弹性元件，所述第一弹性元件和所述第二弹性元件与所述声学腔室对应的所述壳体或所述声学换能器连接；所述第一弹性元件和所述第二弹性元件在所述第一方向上相对于所述质量元件呈近似对称分布，其中，所述第一方向为所述质量元件的厚度方向，所述质量元件的上表面与所述第一弹性元件连接，所述质量元件的下表面与所述第二弹性元件连接。
- 根据权利要求4所述的振动传感器，其中，所述质量元件在第一方向上分布在所述弹性元件相反的两侧，使得目标频率范围内，所述振动单元对所述第一方向上壳体振动的响应灵敏度高于所述振动单元对第二方向上壳体振动的响应灵敏度，所述第二方向垂直于所述第一方向。
- 根据权利要求4所述的振动传感器，其中，所述振动传感器包括凸起结构，所述凸起结构位于弹性元件朝向所述声学换能器的一侧，所述弹性元件响应于所述外部振动信号而使得所述凸起结构运动，所述凸起结构的运动改变所述第一声学腔体的体积。
- 根据权利要求19所述的振动传感器，其中，所述凸起结构包括第五孔部，所述第一声学腔体与所述其它声学腔体至少通过所述第五孔部连通。
- 根据权利要求4所述的振动传感器，其中，所述振动单元还包括支撑架，所述质量元件与所述支撑架分别与所述弹性元件的两侧连接，所述支撑架与所述声学换能器连接；所述支撑架、所述弹性元件和所述声学换能器形成所述第一声学腔体。
- 根据权利要求21所述的振动传感器，其中，所述质量元件沿垂直于所述质量元件的厚度方向的截面面积大于所述第一声学腔室沿垂直于所述第一声学腔室的高度方向的截面面积，所述弹性元件沿垂直于所述弹性元件的厚度方向的截面面积大于所述第一声学腔室沿垂直于所述第一声学腔室的高度方向的截面面积。
- 根据权利要求22所述的振动传感器，其中，所述支撑架包括环形结构，所述质量元件沿垂直于所述质量元件的厚度方向的截面面积大于或等于所述环形结构的外环沿垂直于所述声学腔的高度方向的截面面积，所述弹性元件沿垂直于所述弹性元件的厚度方向的截面面积大于或等于所述环形结构的外环沿垂直于所述声学腔的高度方向的截面面积。
- 根据权利要求23所述的振动传感器，其中，所述质量元件沿垂直于所述质量元件的厚度方向的截面面积等于所述弹性元件沿垂直于所述弹性元件的厚度方向的截面面积。
- 根据权利要求4所述的振动传感器，其中，所述声学换能器具有第一谐振频率，所述振动单元具有第二谐振频率，所述第二谐振频率低于所述第一谐振频率。
- 根据权利要求4所述的振动传感器，其中，所述质量元件中高分子材料的质量或所述弹性元件中高分子材料的质量超过80％。
- 根据权利要求26所述的振动传感器，其中，所述弹性元件与所述质量元件的材质相同。
- 根据权利要求27所述的振动传感器，其中，所述弹性元件为多层复合膜结构，所述多层复合膜结构中的两层膜结构的刚度不同。
- 根据权利要求4所述的振动传感器，其中，所述质量元件包括多个相互分离的子质量元件，所述多个子质量元件分布在所述弹性元件的不同区域。
- 根据权利要求1所述的振动传感器，其中，所述振动组件包括一组或多组弹性元件和质量元件，所述质量元件连接于所述弹性元件；所述振动组件被配置成在一个或多个目标频段内使所述振动传 感器的灵敏度大于所述声学换能器的灵敏度。
- 根据权利要求30所述的振动传感器，其中，所述一组或多组弹性元件和质量元件沿所述弹性元件的振动方向上依次设置；所述振动组件中相邻弹性元件之间的距离不小于所述相邻弹性元件的最大振幅。
- 根据权利要求30所述的振动传感器，其中，所述一组或多组弹性元件和质量元件中每组弹性元件和质量元件对应所述一个或多个不同目标频段中的一个目标频段，使在所述对应的目标频段内所述振动传感器的灵敏度大于所述声学换能器的灵敏度。
- 根据权利要求1所述的振动传感器，其中，所述振动组件包括一个或多个弹性元件以及与所述一个或多个弹性元件中每个弹性元件连接的一个或多个质量元件；所述振动组件被配置成在一个或多个目标频段内使所述振动传感器的灵敏度大于所述声学换能器的灵敏度。
- 根据权利要求33所述的振动传感器，其中，所述振动传感器在所述振动组件作用下的频响曲线具有多个谐振峰。
- 根据权利要求33所述的振动传感器，其中，与所述一个或多个弹性元件中一个弹性元件连接的所述一个或多个质量元件包括至少两个质量元件。
- 根据权利要求35所述的振动传感器，其中，所述一个弹性元件以及与所述一个弹性元件连接的至少两个质量元件对应所述目标频段中的多个目标频段，使在所述对应的多个目标频段内所述振动传感器的灵敏度大于所述声学换能器的灵敏度。
- 根据权利要求36所述的振动传感器，其中，所述一个弹性元件以及与所述一个弹性元件物理连接的至少两个质量元件具有多个共振频率，所述多个共振频率中至少一个小于所述声学换能器的共振频率以使在所述一个或多个目标频段中的多个目标频段所述振动传感器的灵敏度大于所述声学换能器的灵敏度。
- 根据权利要求36所述的振动传感器，其中，所述一个弹性元件以及与所述一个弹性元件物理连接的至少两个质量元件的所述多个共振频率相同或不同。
- 根据权利要求36所述的振动传感器，其中，所述一个弹性元件以及与所述一个弹性元件物理连接的至少两个质量元件的所述多个共振频率中至少一个共振频率与所述声学换能器的所述共振频率之间的差值在1kHz～10kHz之内。
- 根据权利要求33所述的振动传感器，其中，所述一个或多个弹性元件中至少一个包括膜状结构。
- 根据权利要求40所述的振动传感器，其中，与所述膜状结构连接的所述一个或多个质量元件设置于所述膜状结构朝向所述声学换能器的一面，或者设置于所述膜状结构背离所述声学换能器的一面。
- 根据权利要求33所述的振动传感器，其中，所述一个或多个弹性元件中至少一个包括悬臂梁，与所述悬臂梁连接的所述一个或多个质量元件设置于所述悬臂梁的自由端。
- 根据权利要求33所述的振动传感器，其中，所述振动组件沿所述声学换能器的拾音孔的径向截面设置，所述振动组件设于所述拾音孔的传导通道内部或所述拾音孔的传导通道的外侧。
- 根据权利要求43所述的振动传感器，其中，与所述一个或多个弹性元件中至少一个连接的所述一个或多个质量元件不与所述拾音孔对应的内壁接触。
- 根据权利要求43所述的振动传感器，其中，所述一个或多个弹性元件中至少一个弹性元件上开 设有所述第一孔部。
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