CN212540713U - 一种用于测距的mems麦克风系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于测距的MEMS麦克风系统，包括：信号发生器，产生并发送激励信号；第一高通滤波器，接收并处理所述激励信号以获取高频信号；MEMS麦克风，接收所述高频信号并发射超声波，所述超声波经障碍物反射，所述MEMS麦克风接收反射的超声波并转换为电信号；控制单元，根据所述MEMS麦克风发射所述超声波和接收所述反射的超声波的时间差，确定所述障碍物与所述MEMS麦克风的距离。基于以上的MEMS麦克风系统，采用单个MEMS麦克风测量该MEMS麦克风与障碍物之间的距离，从而减少了MEMS麦克风的数量，相对而言降低了MEMS麦克风系统的成本。
Description
技术领域
本申请涉及信息处理技术领域，具体来说，涉及一种用于测距的MEMS麦克风系统。
背景技术
MEMS麦克风是指基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，即微电机械系统)技术制造的麦克风。由于MEMS麦克风具有尺寸小质量轻、易成阵列排布、成本低且批量制造等特点，广泛应用于消费电子领域的手机、笔记本电脑、汽车领域等。
在超声定位领域，专利CN103344959A记载了将超声发声元件和超声接收元件集成在同一设备(如手机)中，并综合应用超声延时定位以及超声多普勒定位实现对设备附近空间中物体的定位和运行模式判定，可以实现基于超声波回声定位的手势识别和对设备的非接触操控功能。但是，该专利的技术方案必须采用一个超声发声元件和至少两个超声接收元件(如驻极体式麦克风)，所需要的超声波元件较多。
针对相关技术中元件较多的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
针对相关技术超声波元件较多中的问题，本申请提出一种用于测距的MEMS麦克风系统，能够减少超声波元件的数量。
本申请的技术方案是这样实现的：
根据本申请的一个方面，提供了一种用于测距的MEMS麦克风系统，包括：
信号发生器，产生并发送激励信号；
第一高通滤波器，接收并处理所述激励信号以获取高频信号；
MEMS麦克风，接收所述高频信号并发射超声波，所述超声波经障碍物反射，所述MEMS麦克风接收反射的超声波并转换为电信号；
控制单元，根据所述MEMS麦克风发射所述超声波和接收所述反射的超声波的时间差，确定所述障碍物与所述MEMS麦克风的距离。
其中，所述MEMS麦克风系统还包括功率放大器，所述功率放大器连接在所述信号发生器与所述第一高通滤波器之间，以放大所述激励信号。
其中，所述MEMS麦克风系统还包括：
第二高通滤波器，接收并处理所述电信号；
电压放大器，接收处理的电信号并放大所述处理的电信号；
信号采集器，接收放大的电信号，其中，所述控制单元基于接收到所述放大的电信号的时间点以及发射超声波的时间点以获取所述时间差。
其中，所述MEMS麦克风的谐振频率在20kHz以上，所述MEMS麦克风发射的超声波的频率在20kHz以上。
其中，所述MEMS麦克风发射的超声波的频率在所述MEMS麦克风的谐振频率的±20％范围内。
其中，当所述MEMS麦克风接收可听声波信号时，所述MEMS麦克风将所述可听声波信号转换为低频电信号，并且所述系统还包括：
低通滤波器，接收并处理所述低频电信号；
语音接收模块，接收所述低频电信号。
其中，所述可听声波信号的频率范围是20Hz至20kHz，并且远离所述MEMS麦克风的谐振频率。
其中，所述激励信号包括单频正弦波信号、脉冲串信号或尖脉冲信号。
其中，所述MEMS麦克风包括压电式MEMS麦克风、电容式MEMS麦克风。
基于以上的MEMS麦克风系统，采用单个MEMS麦克风测量该MEMS麦克风与障碍物之间的距离，从而减少了MEMS麦克风的数量，相对而言降低了MEMS麦克风系统的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据一些实施例的用于测距的MEMS麦克风系统。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在利用超声波测量距离的应用中，超声波测距的原理如下：
超声波发射元件向某一方向发射超声波，并且记录发射超声波的时刻，超声波在空气中传播，遇到障碍物发生反射返回，超声波接收元件接收反射波并记录接收该超声波的时刻。假设超声波在空气中传播速度为v，根据记录的时间差t，就可以计算出发射点距离障碍物的距离d，即d＝vt/2。换句话说，超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速率为已知，测量超声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。
在本申请中，利用单个MEMS麦克风作为超声波发射元件和超声波接收元件，并且计算发射和接收超声波的时间差，从而来实现MEMS麦克风到障碍物的实际距离。除此以外，该单个MEMS麦克风还可以用于接收可听声波信号，将语音频率的声波信号转换为电信号。从而实现了该单个MEMS麦克风在语音频率和超声波频率的综合应用。
参见图1，根据本申请的实施例，提供了一种用于测距的MEMS麦克风系统，包括：
信号发生器，产生并发送激励信号，其中，激励信号包括单频正弦波信号、脉冲串信号或尖脉冲信号。
第一高通滤波器，接收并处理激励信号以获取高频信号。
MEMS麦克风，接收高频信号并发射超声波，超声波经障碍物反射后，该MEMS麦克风接收反射的超声波并转换为电信号，其中，MEMS麦克风包括压电式MEMS麦克风、电容式MEMS麦克风。
控制单元，根据MEMS麦克风发射超声波和接收反射的超声波的时间差，确定障碍物与MEMS麦克风的距离。
基于以上的MEMS麦克风系统，采用单个MEMS麦克风测量该MEMS麦克风与障碍物之间的距离，从而减少了MEMS麦克风的数量，相对而言降低了MEMS麦克风系统的成本。
而且，当MEMS麦克风包括压电式MEMS麦克风时，由于其包含的压电材料的特定性质，使得当压电式MEMS麦克风的压电振膜受到形变时，在压电振膜的表面形成电荷累积，即产生了由声能转换为电能的压电效应。另一方面，当压电振膜受到外电场的作用时，压电振膜会相应地产生机械形变，即产生了由电能转换为声能的逆压电效应。正是基于压电效应和逆压电效应，使得本申请中的MEMS麦克风可以用作超声波发射元件和超声波接收元件。
在一些实施例中，MEMS麦克风系统还包括功率放大器，功率放大器连接在信号发生器与第一高通滤波器之间，以放大激励信号。
在一些实施例中，MEMS麦克风系统还包括：
第二高通滤波器，接收并处理电信号；
电压放大器，接收处理的电信号并放大处理的电信号；
信号采集器，接收放大的电信号，其中，控制单元基于接收到放大的电信号的时间点以及发射超声波的时间点以获取时间差。
在一些实施例中，MEMS麦克风的谐振频率在20kHz以上，MEMS麦克风发射的超声波的频率在20kHz以上。优选的，MEMS麦克风发射的超声波的频率在MEMS麦克风的谐振频率的±20％范围内。
以上讨论的是，MEMS麦克风在超声波频率的工作模式下，在不同的时间点分别用作超声波发射元件和超声波接收元件，从而实现测量MEMS麦克风与障碍物之间的距离。
以下将讨论MEMS麦克风在可听声波频率的工作模式下，用作声波接收元件时的应用情况。
当MEMS麦克风接收可听声波信号时，MEMS麦克风将可听声波信号转换为低频电信号，此时该MEMS麦克风系统还包括：
低通滤波器，接收并处理低频电信号；
语音接收模块，接收低频电信号。
在一些实施例中，可听声波信号的频率范围是20Hz至20kHz，并且相对远离MEMS麦克风的谐振频率，从而可以减小超声波对MEMS麦克风的干扰。
综上所述，第一方面，在本申请中的MEMS麦克风系统的MEMS麦克风，可以用作超声波发射元件、超声波接收元件和可听声波接收元件，通过复用该MEMS麦克风可以减少MEMS麦克风的数量。
第二方面，本申请中的MEMS麦克风本申请中的MEMS麦克风在不损失声电转换功能，可以采集转换可听声波信号的情况下，还集成了超声波测距和定位的功能，扩展了MEMS麦克风的功能应用。
第三方面，本申请通过采用第一高通滤波器、第二高通滤波器和低通滤波器，尽量减小超声波和可听声波声波在MEMS麦克风上的频率串扰，提高了MEMS麦克风的抗干扰性能。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于测距的MEMS麦克风系统，其特征在于，包括：
信号发生器，产生并发送激励信号；
第一高通滤波器，接收并处理所述激励信号以获取高频信号；
MEMS麦克风，接收所述高频信号并发射超声波，所述超声波经障碍物反射，所述MEMS麦克风接收反射的超声波并转换为电信号；
控制单元，根据所述MEMS麦克风发射所述超声波和接收所述反射的超声波的时间差，确定所述障碍物与所述MEMS麦克风的距离。
2.根据权利要求1所述的用于测距的MEMS麦克风系统，其特征在于，所述MEMS麦克风系统还包括功率放大器，所述功率放大器连接在所述信号发生器与所述第一高通滤波器之间，以放大所述激励信号。
3.根据权利要求2所述的用于测距的MEMS麦克风系统，其特征在于，所述MEMS麦克风系统还包括：
第二高通滤波器，接收并处理所述电信号；
电压放大器，接收处理的电信号并放大所述处理的电信号；
信号采集器，接收放大的电信号，其中，所述控制单元基于接收到所述放大的电信号的时间点以及发射超声波的时间点以获取所述时间差。
4.根据权利要求1所述的用于测距的MEMS麦克风系统，其特征在于，所述MEMS麦克风的谐振频率在20kHz以上，所述MEMS麦克风发射的超声波的频率在20kHz以上。
5.根据权利要求4所述的用于测距的MEMS麦克风系统，其特征在于，所述MEMS麦克风发射的超声波的频率在所述MEMS麦克风的谐振频率的±20％范围内。
6.根据权利要求3所述的用于测距的MEMS麦克风系统，其特征在于，当所述MEMS麦克风接收可听声波信号时，所述MEMS麦克风将所述可听声波信号转换为低频电信号，并且所述系统还包括：
低通滤波器，接收并处理所述低频电信号；
语音接收模块，接收所述低频电信号。
7.根据权利要求6所述的用于测距的MEMS麦克风系统，其特征在于，所述可听声波信号的频率范围是20Hz至20kHz，并且远离所述MEMS麦克风的谐振频率。
8.根据权利要求1所述的用于测距的MEMS麦克风系统，其特征在于，所述激励信号包括单频正弦波信号、脉冲串信号或尖脉冲信号。
9.根据权利要求1所述的用于测距的MEMS麦克风系统，其特征在于，所述MEMS麦克风包括压电式MEMS麦克风、电容式MEMS麦克风。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202021179073.9U CN212540713U (zh) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | 一种用于测距的mems麦克风系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202021179073.9U CN212540713U (zh) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | 一种用于测距的mems麦克风系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN212540713U true CN212540713U (zh) | 2021-02-12 |
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ID=74546238
Family Applications (1)
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| CN202021179073.9U Active CN212540713U (zh) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | 一种用于测距的mems麦克风系统 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN212540713U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113453131A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-09-28 | 钰太芯微电子科技（上海）有限公司 | 集成超声波换能器的微机电麦克风及电子设备 |
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2020
- 2020-06-23 CN CN202021179073.9U patent/CN212540713U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN113453131A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-09-28 | 钰太芯微电子科技（上海）有限公司 | 集成超声波换能器的微机电麦克风及电子设备 |
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