CN205596310U - 用于机器人的语音识别装置 - Google Patents
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Abstract
用于机器人的语音识别装置，包括第一声电换能单元和第二声电换能单元，第一声电换能单元包括第一压电晶体，第二声电换能单元包括第二压电晶体，在两张平行的电绝缘薄膜间，固定间隔设置的圆形的第一压电晶体和第二压电晶体。可以在平行的绝缘材料薄膜间形成两种微小的声电换能单元，分别采集次声信号和超声信号，较厚的电绝缘薄膜用于与机器人体表进行曲度贴合。密集的两种声电换能单元形成的矩阵结构，可以精确地捕捉声源的次声信号和超声信号，通过矩阵结构相关的采集信号，经过后续的数据处理可以获得更详细的语音次声分量和超声分量数据用于克服语音识别中的频率干扰。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种声音采集装置，特别是涉及一种分频段的声音采集装置。
背景技术
按能量转换的机理来分，主要有下列5种。①电动换能器:利用在恒磁场中运动导体的电磁感应原理而制成的换能器。②电磁换能器:主要由固定于磁路中的导线圈和可振动的部分(如膜片、衔铁)所组成。交变电流通过线圈时产生交变磁通量，使磁路可振动部分受力发生变化而振动。反之，磁路可动部分振动时,使磁路的磁阻发生变化,于是通过线圈的磁通也相应变化而在线圈内感生电动势。单向极化磁通量使换能器工作有与信号成正比的线性部分。③静电换能器:这种换能器的结构基本上是个电容器，固定的金属极板与可振动的导电膜片组成电容器的两个极板，并在两极板间加恒定的极化电压使电容器带电。当膜片振动时电容量发生变化，两极板间的电压也随之改变。反之，当两极板间的电压发生变化时,极板间的静电力发生变化,从而使膜片振动。④压电换能器:利用具有压电效应的材料制成。压电效应较强的天然晶体有石英、酒石酸钾钠等。压电换能器广泛使用钛酸钡和锆钛酸铅等压电陶瓷材料。从发展趋势看，高分子压电材料(如聚偏氟乙烯)是制作压电换能器的一种新型材料。⑤磁致伸缩换能器:利用具有磁致伸缩特性的铁磁材料制成。在磁场中，这类材料由于振动产生形变而使磁通量改变，从而使绕在其上面的线圈产生电动势。它的逆过程是磁通量发生变化使铁磁材料形变而产生应力的变化。这种换能器常用作共振换能器，以提高效率。常用的磁致伸缩材料有镍及其合金或镍铁氧体。
以上所述电机械换能器的能量转换是可逆的。
而语音信号由频域角度观察，复合信号频率覆盖了次声波、声波、超声波频段，次声波、声波、超声波频段的信号在声源发声过程中贯穿始终。通过利用次声波和超声波的声学特性，实时对发生过程中的次声波或超声波进行采集，可以弥补声波信号的采集缺陷。但是需要指出的，现阶段机器人技术中，往往是使用指向性较强的麦克风作为声音信号转化为电信号的换能装置，在收音角度内可以获得高信噪比的声音信号。但现有技术中也缺乏低成本的小型化高指向性麦克风。同时拟人机器人的头部曲度变化剧烈，也不适合无限制地增加高指向性麦克风数量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于机器人的语音识别装置，解决无法在拟人机器人头部合理接收生源的次声波和超声波信号的技术问题。
本实用新型的用于机器人的语音识别装置，包括第一声电换能单元和第二声电换能单元，第一声电换能单元包括第一压电晶体，第二声电换能单元包括第二压电晶体，在两张平行的电绝缘薄膜间，固定间隔设置的圆形的第一压电晶体和第二压电晶体。
所述电绝缘薄膜中第一张电绝缘薄膜的厚度小于第二张电绝缘薄膜的厚度，第一压电晶体的厚度小于第二压电晶体的厚度，第一压电晶体的直径大于第二压电晶体的直径，在第一张电绝缘薄膜和第二张电绝缘薄膜的相邻表面上，第一压电晶体的两端分别贴合在第一张电绝缘薄膜和第二张电绝缘薄膜的表面，第二压电晶体的一端贴合在第一张电绝缘薄膜表面，第二压电晶体的另一端嵌入第二张电绝缘薄膜表面。
所述第一压电晶体和第二压电晶体分别以(二维)矩阵结构排列。
所述电绝缘薄膜间，由液体绝缘材料形成包覆第一压电晶体和第二压电晶体的柔软绝缘层。
所述第一压电晶体和第二压电晶体的一端通过一根低阻抗信号线连接至数模转换装置，另一端通过另一根低阻抗信号线连接至接地点。
所述低阻抗信号线采用印刷电路，形成无交叉布线。
还包括信号放大器和DSP芯片，其中：
第一声电换能单元，用于将声源产生的次声声压转换为第一压电晶体的持续变化电信号；
第二声电换能单元，用于将声源产生的超声声压转换为第二压电晶体的持续变化电信号；
模数转换装置，用于将各持续变化电信号实时进行模数转换形成连续的声音数据流；
信号放大器，用于将输入的声音数据流的电平放大并输出；
DSP芯片，用于将输入的声音数据流进行时域频域转换，形成供后续处理器处理的次声和超声的相关性数据。
还包括恒温调节单元，用于向声电换能单元导入或导出热量。
本实用新型的用于机器人的语音识别装置，可以在平行的绝缘材料薄膜间形成两种微小的声电换能单元，分别采集次声信号和超声信号，较厚的电绝缘薄膜用于与机器人体表进行曲度贴合。密集的两种声电换能单元形成的矩阵结构，可以精确地捕捉声源的次声信号和超声信号，通过矩阵结构相关的采集信号，经过后续的数据处理可以获得更详细的语音次声分量和超声分量数据用于克服语音识别中的频率干扰。
附图说明
图1为本实用新型用于机器人的语音识别装置的电路结构示意图；
图2为本实用新型用于机器人的语音识别装置的麦克风结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，本实施例的用于机器人的定向传声装置包括若干第一声电换能单元01、第二声电换能单元02、模数转换装置03、信号放大器04和DSP芯片05，其中：
第一声电换能单元01，用于将声源产生的次声声压转换为第一压电晶体的持续变化电信号；
第二声电换能单元02，用于将声源产生的超声声压转换为第二压电晶体的持续变化电信号；
模数转换装置03，用于将各持续变化电信号实时进行模数转换形成连续的声音数据流；
信号放大器04，用于将输入的声音数据流的电平放大并输出；
DSP芯片05，用于将输入的声音数据流进行时域频域转换，形成供后续处理器处理的次声和超声的相关性数据。
本实施例可以将同一声源对预置排列的众多声电换能单元01产生的细微次声和超声信号差别进行相关性处理，形成具有与相应声波信息相关的的特征数据，后续处理器据此可以完成同一声源声音的多频域信号处理，可以适应更复杂的多频域语音样本比对，使得后续处理器可以进一步提高语音识别精度。
为了改善在持续变化信号的采集过程中，声电换能单元受机器人工作环境温度影响发生的可滤除的趋势性变化带来的电位漂移，本实施例还包括恒温调节单元06，用于向全部声电换能单元导入或导出热量，稳定声电换能单元的初始电位。
如图2所示，两种声电换能单元形成的麦克风，是在两张平行的电绝缘薄膜间，固定间隔设置的圆形的第一压电晶体21和第二压电晶体22，第一张电绝缘薄膜23的厚度小于第二张电绝缘薄膜24的厚度。
第一压电晶体21的厚度小于第二压电晶体22的厚度，第一压电晶体21的直径大于第二压电晶体22的直径，在第一张电绝缘薄膜23和第二张电绝缘薄膜24的相邻表面上，第一压电晶体21的两端分别贴合在第一张电绝缘薄膜23和第二张电绝缘薄膜24的表面，第二压电晶体22的一端贴合在第一张电绝缘薄膜23表面，第二压电晶体22的另一端嵌入第二张电绝缘薄膜24表面。
第一压电晶体21和第二压电晶体22分别以矩阵结构排列。
在电绝缘薄膜间，由液体绝缘材料形成包覆第一压电晶体21和第二压电晶体22的柔软绝缘层25。
每个压电晶体的一端通过一根低阻抗信号线26连接至数模转换装置03，每个压电晶体的另一端通过一根低阻抗信号线26连接至接地点。
本实施例两种压电晶体排列结构可以在平行的绝缘材料薄膜间形成两种微小的声电换能单元，分别采集次声信号和超声信号，较厚的电绝缘薄膜用于与机器人体表进行曲度贴合。密集的两种声电换能单元形成的矩阵结构，可以精确地捕捉声源的次声信号和超声信号，通过矩阵结构相关的采集信号，经过后续的数据处理可以获得更详细的语音次声分量和超声分量数据。柔软绝缘层25可以保证各压电晶体稳定的环境温度，避免出现参考点的温度漂移。
进一步的，低阻抗信号线采用布设在第一张电绝缘薄膜23和第二张电绝缘薄膜24的相邻表面的印刷电路，在第一张电绝缘薄膜23或第二张电绝缘薄膜24上形成无交叉布线。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.用于机器人的语音识别装置，包括第一声电换能单元(01)和第二声电换能单元(02)，第一声电换能单元(01)包括第一压电晶体(21)，第二声电换能单元(02)包括第二压电晶体(22)，其特征在于：在两张平行的电绝缘薄膜间，固定间隔设置的圆形的第一压电晶体(21)和第二压电晶体(22)。
2.如权利要求1所述的用于机器人的语音识别装置，其特征在于：所述电绝缘薄膜中第一张电绝缘薄膜(23)的厚度小于第二张电绝缘薄膜(24)的厚度，第一压电晶体(21)的厚度小于第二压电晶体(22)的厚度，第一压电晶体(21)的直径大于第二压电晶体(22)的直径，在第一张电绝缘薄膜(23)和第二张电绝缘薄膜(24)的相邻表面上，第一压电晶体(21)的两端分别贴合在第一张电绝缘薄膜(23)和第二张电绝缘薄膜(24)的表面，第二压电晶体(22)的一端贴合在第一张电绝缘薄膜(23)表面，第二压电晶体(22)的另一端嵌入第二张电绝缘薄膜(24)表面。
3.如权利要求2所述的用于机器人的语音识别装置，其特征在于：所述第一压电晶体(21)和第二压电晶体(22)分别以矩阵结构排列。
4.如权利要求3所述的用于机器人的语音识别装置，其特征在于：所述电绝缘薄膜间，由液体绝缘材料形成包覆第一压电晶体(21)和第二压电晶体(22)的柔软绝缘层(25)。
5.如权利要求4所述的用于机器人的语音识别装置，其特征在于：所述第一压电晶体(21)和第二压电晶体(22)的一端通过一根低阻抗信号线(26)连接至数模转换装置(03)，另一端通过另一根低阻抗信号线(26)连接至接地点。
6.如权利要求5所述的用于机器人的语音识别装置，其特征在于：所述低阻抗信号线采用印刷电路，形成无交叉布线。
7.如权利要求1至6任一所述的用于机器人的语音识别装置，其特征在于：还包括信号放大器(04)和DSP芯片(05)，其中：
第一声电换能单元(01)，用于将声源产生的次声声压转换为第一压电晶体的持续变化电信号；
第二声电换能单元(02)，用于将声源产生的超声声压转换为第二压电晶体的持续变化电信号；
模数转换装置(03)，用于将各持续变化电信号实时进行模数转换形成连续的声音数据流；
信号放大器(04)，用于将输入的声音数据流的电平放大并输出；
DSP芯片(05)，用于将输入的声音数据流进行时域频域转换，形成供后续处理器处理的次声和超声的相关性数据。
8.如权利要求7所述的用于机器人的语音识别装置，其特征在于：还包括恒温调节单元(06)，用于向声电换能单元导入或导出热量。
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