CN204442684U

CN204442684U - 一种超磁致伸缩薄膜声音传感器

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Publication number: CN204442684U
Application number: CN201520168615.5U
Authority: CN
Inventors: 喻曹丰; 魏本柱; 张辉; 何涛; 黄坤; 鲍焱; 杨娇艳
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2025-03-24

Abstract

本实用新型公开一种超磁致伸缩薄膜声音传感器，包括保护罩、永磁圆环、超磁致伸缩薄膜、平面螺旋线圈、电路板、第一引脚、第二引脚和壳体；超磁致伸缩薄膜采用超磁致伸缩材料制成；电路板上设有电桥电路；电桥电路中的输入触点经导线与平面螺旋线圈的电极连接；电桥电路中的两个输出触点分别与第一引脚、第二引脚连接；声波穿过保护罩使超磁致伸缩薄膜产生形变，且磁导率产生变化，进而使平面螺旋线圈的初始电感值发生改变，使第一引脚和第二引脚产生电压差，从而实现声音信号到电信号的转换；进而解决目前声音传感器的灵敏度、稳定性、精确度未能得到更有效提高的难题。

Description

一种超磁致伸缩薄膜声音传感器

技术领域

本实用新型涉及分类表H04中的电通信技术，特别是涉及声音传感器。

背景技术

声音传感器是一种将声音信号转换成电信号的能量转换工具。目前声音传感器的种类有很多，按照换能原理可分为：电动式、电容式、压电式、电磁式等。工作原理大多为，声音通过空气使声音传感器内的振膜振动，形成微弱的电流信号；或者使其电容改变，形成电流阻抗从而产生相应的电信号。

随着现代科学技术的飞速发展，人们对生命财产安全的保障意识越来越高，对交通事故原因进行分析是提高其安全性和避免此类事故再次发生的有效途径之一。交通事故原因调查中一个重要的环节就是恢复安装在交通工具上记录仪(如：飞机的黑匣子、汽车的行车记录仪)内的数据进行分析，记录仪记录信号的质量对分析事故原因起到重要的作用，因而对记录仪上信号采集传感器(如声音传感器)的稳定性、灵敏度、精确度等方面都提出了更高的要求。

目前，声音传感器多是从结构上进行改进，例如申请号200510035114.0的专利提出一种电容式微机电结构声音传感器，是在背极板上声孔的圆周设有一系列通孔，用于增大宽带，抑制300Hz以下低频波段的噪声；还例如申请号201110120750.9的专利提出一种传感器，是在膜片相对的面上突设置多个挡块来防止膜片的粘附；然而由于决定声音传感器稳定性、灵敏度、精确度等特性的关键因素是敏感元件，即感知声音的振动薄膜，因此申请号为200510035114.0、201110120750.9的专利在解决声音传感器的稳定性、灵敏度、精确度问题的过程中，并没能解决声音传感器的敏感元件的技术问题，因而未能更有效地提高声音传感器的稳定性、灵敏度、精确度。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种超磁致伸缩薄膜声音传感器，解决目前现有技术在提高声音传感器的稳定性、灵敏度、精确度的过程中，存在的声音传感器敏感元件方面的技术问题，进而更有效地提高声音传感器的稳定性、灵敏度、精确度。

为解决上述提出的技术问题，本实用新型提供一种超磁致伸缩薄膜声音传感器，其特征在于，包括永磁圆环、超磁致伸缩薄膜、平面螺旋线圈、电桥电路；当有声音信号时，声波使超磁致伸缩薄膜产生形变，超磁致伸缩薄膜的形变使超磁致伸缩薄膜的磁导率产生变化，超磁致伸缩薄膜的磁导率变化使平面螺旋线圈的电感值发生改变，平面螺旋线圈的电感值的改变使原先处于平衡状态的电桥电路打破平衡，产生电压差，输出电流。

超磁致伸缩薄膜为采用超磁致伸缩材料制成的圆形薄膜；超磁致伸缩薄膜贴在永磁圆环的圆口表面上；永磁圆环、超磁致伸缩薄膜和平面螺旋线圈平行且中心轴线重合；电桥电路设计在电路板上；平面螺旋线圈经导线接电桥电路的输入端。

所述超磁致伸缩薄膜所采用的超磁致伸缩材料为铽镝铁TbDyFe合金。

电桥电路包括电池槽、第一输入触点、第二输入触点、定值电阻R1、定值电阻R2、可调电阻R3、可调电阻R4、电感L；第一输入触点和第二输入触点为电桥电路的输入端；第一输入触点、第二输入触点和定值电阻R1在电桥电路的一个桥臂上，第二输入触点和定值电阻R1串联；定值电阻R2与电感L串联成为电桥电路的另一个桥臂；可调电阻R3和可调电阻R4各自成为电桥电路的另外两个桥臂；定值电阻R1和定值电阻R2之间的结点接电池槽的一端；可调电阻R3和可调电阻R4之间的结点接电池槽的另一端。

R1＝R2、L＝平面螺旋线圈的初始电感值；使用前，调节电阻R3和电阻R4相等，电桥电路处于平衡状态；使用时，声波使平面螺旋线圈的初始电感值发生变化，打破电桥电路的平衡状态，使电桥产生电压差。

电桥电路还包括作为输出端的第一输出触点和第二输出触点；第一输出触点与电感L和可调电阻R3之间的结点连接；第二输出触点与第一输入触点和可调电阻R4之间的结点连接。

平面螺旋线圈中心的端点为中心电极；平面螺旋线圈最外侧的线的端点为外沿电极；外沿电极经第一导线接电桥电路的第一输入触点；中心电极经第二导线接电桥电路的第二输入触点。

本实用新型的一种超磁致伸缩薄膜声音传感器还包括保护罩和壳体；所述保护罩盖在壳体的圆口上，将永磁圆环、超磁致伸缩薄膜、平面螺旋线圈、电路板封装固定在壳体内。

壳体设有第一引脚和第二引脚；第一输出触点接第一引脚，第二输出触点接第二引脚；电桥电路产生的电压差经第一输出触点和第二输出触点，由第一引脚、第二引脚输出。

采用本实用新型后，由于本实用新型的超磁致伸缩薄膜声音传感器的敏感元件的制造采用的是超磁致伸缩材料，即铽镝铁(TbDyFe)合金，超磁致伸缩材料是由20世纪70年代Clark和Belson等首先开发出的，具有磁致伸缩效应和磁致伸缩逆效应，能实现电磁能和机械能的相互转换；与压电材料(PZT)和传统磁致伸缩材料(Ni、Co)相比，超磁致伸缩材料具有应变大,是Ni的40～50倍，是PZT的5～8倍；具有响应速度快，一般在几十毫秒以下，甚至能达到微秒级；具有稳定性好，居里点温度高，达到居里点温度以上只会暂时失去磁致伸缩特性，一旦冷却到居里点温度以下，其磁致伸缩特性又完全恢复；具有能量转换率高，一般达到72％，因此本实用新型选用超磁致伸缩材料来制成敏感元件，可以解决目前现有技术在提高声音传感器的稳定性、灵敏度、精确度的过程中，存在的声音传感器敏感元件方面的技术问题，并且从根本上提高声音传感器的稳定性、灵敏度、精确度；

此外，由超磁致伸缩材料制成的敏感元件，其灵敏度在选材方面得到保证的同时，基于本实用新型设计的电桥电路，根据交流电桥的平衡条件，只需要满足R1＝R2、L＝平面螺旋线圈的初始电感值、即可通过调节R3＝R4，来保持电桥电路的平衡，当在R1＝R2、R3＝R4的条件下，只要平面螺旋线圈的初始电感值发生变化，电桥电路的平衡即可被打破，产生电压差，输出电流，从而在电路方面保证本实用新型的传感器的灵敏度不会受损。

下面结合附图对本实用新型的超磁致伸缩薄膜声音传感器作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的超磁致伸缩薄膜声音传感器的整体结构示意图；

图2为本实用新型的超磁致伸缩薄膜声音传感器中永磁圆环的示意图；

图3为本实用新型的超磁致伸缩薄膜声音传感器中超磁致伸缩薄膜的示意图；

图4为本实用新型的超磁致伸缩薄膜声音传感器中平面螺旋线圈的示意图；

图5为本实用新型的超磁致伸缩薄膜声音传感器中电路板上电桥电路的示意图。

图中1.保护罩；2.永磁圆环；3.超磁致伸缩薄膜；4.平面螺旋线圈；5.第一导线；6.第二导线；7.电路板；8.第一引脚；9.第二引脚；10.壳体；70.电桥电路；71.电池槽；72.第一输入触点；73.第二输入触点；74.第一输出触点；75.第二输出触点。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括保护罩盖1、永磁圆环2、超磁致伸缩薄膜3、平面螺旋线圈4、电路板7和壳体10；保护罩盖1在壳体10的圆口上，将永磁圆环2、超磁致伸缩薄膜3、平面螺旋线圈4、电路板7封装固定在壳体10内，且超磁致伸缩薄膜3贴在永磁圆环2的圆口表面上；永磁圆环2、超磁致伸缩薄膜3和平面螺旋线圈4平行且中心轴线重合；电路板7上设计有电桥电路70；平面螺旋线圈4经导线接电桥电路70的输入端；当有声音信号时，声波使超磁致伸缩薄膜3产生形变，该形变使超磁致伸缩薄膜3自身的磁导率产生变化，进而使平面螺旋线圈4的电感值发生改变，从而使原先处于平衡状态的电桥电路70打破平衡，在其输出端产生电压差，该电压差最后由壳体10上的引脚输出，最终实现将声音的模拟信号转换成电压信号。

如图2，图3、图4所示，分别对应于图1中的永磁圆环2、超磁致伸缩薄膜3和平面螺旋线圈4；超磁致伸缩薄膜3为采用超磁致伸缩材料制成的圆形薄膜；超磁致伸缩薄膜3所采用的超磁致伸缩材料为稀土超磁致伸缩材料中的铽镝铁(TbDyFe)合金；超磁致伸缩材料制成的超磁致伸缩薄膜作为敏感元件，能使声音传感器的性能尤其在稳定性、灵敏度、精确度方面有很大程度的提高；平面螺旋线圈4中心的端点为中心电极41；平面螺旋线圈4最外侧的线的端点为外沿电极42。

如图5所示，在电路板7上设计有电桥电路70；电桥电路70满足以下条件：

R1＝R2、L＝平面螺旋线圈的初始电感值(初始状态，即无声波的情况下)；当R3＝R4时，电桥电路70处于平衡状态，当R3＝R4时，且有声波时，平面螺旋线圈的初始电感值不等于电感L的值时，电桥产生电压差。

电桥电路70由定值电阻R1、定值电阻R2、可调电阻R3、可调电阻R4、电感L、电池槽71、第一输入触点72、第二输入触点73、第一输出触点74和第二输出触点75连接而成；第一输入触点72、第二输入触点73和定值电阻R1在电桥电路70的一个桥臂上，第二输入触点73和定值电阻R1串联；第一输入触点72经第一导线5与平面螺旋线圈4的外沿电极42连接；第二输入触点73经第二导线6与平面螺旋线圈4的中心电极41连接；定值电阻R2与电感L串联成为电桥电路70的另一个桥臂；可调电阻R3和可调电阻R4分别成为电桥电路70的另外两个桥臂；定值电阻R1和定值电阻R2之间的结点接电池槽71的一端；可调电阻R3和可调电阻R4之间的结点接电池槽71的另一端；电感L和可调电阻R3之间设有第一输出触点74；第一输入触点72和可调电阻R4之间设有第二输出触点75；第一输出触点74接图1中的第一引脚8，第二输出触点75接图1中的第二引脚9；使用前应调节可调电阻R3和可调电阻R4使电桥电路达到平衡，经第一输出触点74和第二输出触点75，由第一引脚8、第二引脚9输出声音的电压信号。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种超磁致伸缩薄膜声音传感器，包括保护罩(1)、壳体(10)，所述保护罩(1)盖在壳体(10)的圆口上，其特征在于，还包括永磁圆环(2)、超磁致伸缩薄膜(3)、平面螺旋线圈(4)、电路板(7)，在电路板(7)上设置有电桥电路(70)，将永磁圆环(2)、超磁致伸缩薄膜(3)、平面螺旋线圈(4)、电路板(7)封装固定在壳体(10)内，超磁致伸缩薄膜(3)为超磁致伸缩材料制成的圆形薄膜；超磁致伸缩薄膜(3)贴在永磁圆环(2)的圆口表面上；永磁圆环(2)、超磁致伸缩薄膜(3)和平面螺旋线圈(4)平行且中心轴线重合；平面螺旋线圈(4)经导线接电桥电路(70)的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种超磁致伸缩薄膜声音传感器，其特征在于，所述超磁致伸缩薄膜(3)所采用的超磁致伸缩材料为铽镝铁TbDyFe合金。

3.根据权利要求1或2所述的一种超磁致伸缩薄膜声音传感器，其特征在于，所述电桥电路(70)包括电池槽(71)、第一输入触点(72)、第二输入触点(73)、定值电阻R1、定值电阻R2、可调电阻R3、可调电阻R4、电感L；第一输入触点(72)和第二输入触点(73)为电桥电路(70)的输入端；第一输入触点(72)、第二输入触点(73)和定值电阻R1在电桥电路(70)的一个桥臂上，第二输入触点(73)和定值电阻R1串联；定值电阻R2与电感L串联成为电桥电路(70)的另一个桥臂；可调电阻R3和可调电阻R4各自成为电桥电路(70)的另外两个桥臂；定值电阻R1和定值电阻R2之间的结点接电池槽(71)的一端；可调电阻R3和可调电阻R4之间的结点接电池槽(71)的另一端。

4.根据权利要求3所述的一种超磁致伸缩薄膜声音传感器，其特征在于，R1＝R2、L＝平面螺旋线圈的初始电感值；使用前，调节电阻R3和电阻R4相等，电桥电路(70)处于平衡状态；使用时，声波使平面螺旋线圈的初始电感值发生变化，打破电桥电路(70)的平衡状态，使电桥产生电压差。

5.根据权利要求4所述的一种超磁致伸缩薄膜声音传感器，其特征在于，所述电桥电路(70)还包括作为输出端的第一输出触点(74)和第二输出触点(75)；第一输出触点(74)与电感L和可调电阻R3之间的结点连接；第二输出触点(75)与第一输入触点(72)和可调电阻R4之间的结点连接。

6.根据权利要求5所述的一种超磁致伸缩薄膜声音传感器，其特征在于，平面螺旋线圈(4)中心的端点为中心电极(41)；平面螺旋线圈(4)最外侧的线的端点为外沿电极(42)；外沿电极(42)经第一导线(5)接电桥电路(70)的第一输入触点(72)；中心电极(41)经第二导线(6)接电桥电路(70)的第二输入触点(73)。

7.根据权利要求6所述的一种超磁致伸缩薄膜声音传感器，其特征在于，所述壳体(10)设有第一引脚(8)和第二引脚(9)；第一输出触点(74)接第一引脚(8)，第二输出触点(75)接第二引脚(9)；电桥电路(70)产生的电压差经第一输出触点(74)和第二输出触点(75)，由第一引脚(8)、第二引脚(9)输出。