CN213718168U - 传感器组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及传感器组件。一种传感器组件包括壳体，该壳体具有外部装置接口和通向所述壳体的内部的声音端口。换能器和电路设置在壳体内。换能器声耦合到声音端口，而电路电联接到换能器和外部装置接口。空腔形成在传感器组件的一部分中。在一些实施方式中，该部分是传感器组件的壳体的底座。在其他实施方式中，该部分是联接到传感器组件的声音端口适配器。在任何情况下，空腔都经由声音端口声耦合到壳体的内部，并且包括被构造成改变传感器组件的声学特性的壁部分。

Description

传感器组件
技术领域
本公开总体上涉及麦克风组件，并且更具体地，涉及具有亥姆霍兹共振器(Helmholtz-resonator)的麦克风以及用于改变输入麦克风组件的声音的其他结构。
背景技术
麦克风被用于各种装置，这些装置包括助听器、移动电话、智能扬声器、个人计算机，还有其他装置和设备。麦克风通常包括换能器，并且在一些装置中，包括设置在由安装在底座上的罐或覆盖件形成的壳体中的集成电路。声音端口通常延伸穿过底座(对于底部端口装置)或穿过壳体的顶部(对于顶部端口装置)。在任何情况下，声音都穿过声音端口并通过换能器被转换成电信号。
对于某些应用，麦克风被暴露于由运动传感器、接近检测器和其他源发出的超声频率。这些超声装置会干扰麦克风的共振响应，并在其输出端引起可听见的噪声。因此，用户可从改进的麦克风设计中受益，该麦克风设计减少了与原本能被已知麦克风组件检测到的超声或其他信号关联的不利影响。
实用新型内容
本实用新型提供一种传感器组件，该传感器组件包括：壳体，其具有声音端口和外部装置接口；换能器，其设置在所述壳体内并声耦合到所述声音端口；电路，其设置在所述壳体内并电联接到所述换能器以及电联接到所述外部装置接口上的电接触件；以及亥姆霍兹共振器，其形成在所述传感器组件的一部分中并通过所述声音端口声耦合到所述壳体的内部，所述亥姆霍兹共振器被构造成改变所述传感器组件的声学特性。
优选地，所述壳体包括底座和覆盖件，其中，所述声音端口和所述亥姆霍兹共振器位于所述底座中。
优选地，所述底座为多层结构，其中，所述亥姆霍兹共振器形成在所述底座的同一层中或同一层上。
优选地，所述底座为多层结构，其中，所述亥姆霍兹共振器形成在所述底座的多个层中或多个层上。
优选地，所述传感器组件还包括具有声道的声音端口适配器，所述声道具有声音入口和声音出口，所述声音出口在所述声音端口适配器的安装表面上，所述声音端口适配器被安装在所述壳体上，使得所述声音端口适配器的所述声音出口声耦合到所述声音端口，其中，所述亥姆霍兹共振器形成在所述声音端口适配器中。
优选地，所述声音端口适配器的所述声道声耦合到所述亥姆霍兹共振器。
优选地，所述壳体包括底座和覆盖件，其中，所述声音端口和所述亥姆霍兹共振器位于所述底座中。
优选地，所述传感器组件的声学特性包括惯性、声阻、顺从性和共振中的任一种或更多种。
在考虑到以下的具体实施方式和下述附图的情况下，对于本领域的普通技术人员而言，本公开的各种方面、特征和优点将变得更加充分清楚。
附图说明
下面结合附图更详细地描述本公开，并且其中类似的附图标记表示类似的部件：
图1是麦克风组件的剖视图，该麦克风组件具有形成在麦克风组件的底座中的亥姆霍兹共振器；
图2是图1的麦克风组件的底座的透明视图；
图3是图1的麦克风组件的底座的另一配置的透明视图；
图4是图1的麦克风组件的底座的又一配置的透明视图；
图5是具有第一配置的亥姆霍兹共振器的声音端口适配器的仰视图；
图6是与麦克风组件联接的图5的声音端口适配器的透明视图；
图7是具有第二配置的亥姆霍兹共振器的声音端口适配器的仰视图；
图8是与麦克风组件联接的图7的声音端口适配器的透明视图；
图9是具有第三配置的亥姆霍兹共振器的声音端口适配器的仰视图；
图10是与麦克风组件联接的图9的声音端口适配器的透明视图；
图11是图1的麦克风组件的另一实施方式的剖视图；以及
图12是图11的麦克风组件的底座的透明视图。
具体实施方式
根据本公开的一方面，一种传感器组件包括壳体，该壳体具有外部装置接口和通向壳体的内部的声音端口。换能器设置在壳体内并声耦合到声音端口。电路也设置在壳体内并电联接到换能器以及电联接到外部装置接口上的电接触件。空腔形成在传感器组件的一部分中并经由声音端口声耦合到壳体的内部。空腔具有壁部分，该壁部分被构造成改变传感器组件的声学特性，诸如惯性、声阻、顺从性和共振中的任一种或更多种。在一个示例中，传感器组件是麦克风。在其他示例中，传感器组件包括诸如压力传感器、加速度计、气体传感器、质量流量传感器等这样的其他传感器类型。
在各种实施方式中，空腔和壁部分形成改变通过声音端口传播的声音的共振频率和幅度中的任一个或更多个的亥姆霍兹共振器。亥姆霍兹共振器配置有连接到一个或更多个腔室的颈部，其中，声音端口经由颈部声耦合到一个或更多个腔室。
在一些实施方式中，形成亥姆霍兹共振器的空腔和壁部分设置在传感器组件的底座中。底座是壳体的组成部分并包括外部装置接口和声音端口。在一个实现方式中，颈部和一个或更多个腔室形成在底座的同一层中或同一层上。在另一实现方式中，颈部和一个或更多个腔室形成在底座的不同层中或不同层上，其中，颈部形成在第一层中或第一层上并且一个或更多个腔室形成在不同的第二层中或不同的第二层上。在其他实施方式中，可料想到其他合适的颈部和腔室实现方式。
在某些实施方式中，形成亥姆霍兹共振器的空腔和壁部分设置在可装配到传感器组件的声音端口适配器中。声音端口适配器包括声耦合到空腔的声道。声音端口适配器包括设置在安装表面上的声音出口和声音入口。当安装表面联接到传感器组件的表面(例如，底座)时，声音出口声耦合到声音端口。
根据本公开的另一方面，一种用于麦克风组件的声音端口适配器包括具有安装表面的主体构件和被设置为穿过主体构件的声道。声道包括声音入口和声音出口。主体构件被配置为安装在麦克风组件的其上设置有声音端口的表面(例如，顶表面或底表面)上。包括颈部和一个或更多个腔室的亥姆霍兹共振器设置在主体构件中。声道通过颈部声耦合到一个或更多个腔室。
在一些实施方式中，主体构件包括壁部分，该壁部分被配置为在声道中形成非笔直声路，以改变声道的惯性和声阻中的任一个或更多个。在其他实施方式中，主体构件包括被配置为阻止碎屑进入声道以实现进入保护的壁部分。
在各种应用中，可使用诸如亥姆霍兹共振器这样的声音衰减装置来减小或减弱麦克风或其他传感器的输入端处的特定频率(例如，高频)下的声信号。图1至图10示出了用于这种传感器组件的亥姆霍兹共振器的不同配置。在图1至图4中，亥姆霍兹共振器被配置在麦克风组件的底座中。在图5至图10中，亥姆霍兹共振器被配置在可被装配到麦克风组件的声音端口的声音端口适配器中。如有需要，可针对其他声学调谐(例如，惯性、声阻、顺从性)和/或进入保护(例如，防止碎屑进入声音端口)配置声音端口适配器。
传感器组件通常包括封闭在壳体中的各种部件。图1示出了麦克风组件100的剖视图。麦克风组件包括设置在壳体105中的换能器102和电路104(例如，集成电路)，壳体105具有安装在具有声音端口110的底座108上的封盖或覆盖件106。换能器、电路和声音端口都设置在壳体的内部中。换能器声耦合到声音端口，而电路电联接到换能器以及外部装置接口上的电接触件112(参见图2)。在一个实现方式中，外部装置接口是表面安装接口，其适于例如通过回流焊或波峰焊或某种其他已知或未来的表面安装技术将麦克风组件集成到主机装置。尽管图1示出了具有一个或更多个振膜103的微机电系统(MEMS)电容式换能器，但在其他实施方式中可料想到其他类型的换能器(例如，电容式、压电式、光学式、电声式等)。另外，换能器不一定限于声换能器。
转换器被配置为将声音转换成电信号。一旦被转换后，电路调节电信号，之后在外部装置接口处提供经调节的信号。这样的调节可包括缓冲、放大、滤波、用于数字装置的模数(A/D)转换以及信号协议格式化，还有其他处理。图1的麦克风组件示出了底部端口装置，该底部端口装置具有安装在底座上且与声音端口声学连通的换能器。在其他实施方式中，麦克风组件可以是具有安装在封盖上的声音端口上方的换能器的顶部端口装置。
为了改变麦克风组件的声学特性，可在麦克风组件的一部分中形成调谐结构。在图1至图2中，调谐结构是具有形成在麦克风组件的底座中的壁部分116的空腔114。空腔经由或通过声音端口声耦合到壳体的内部。空腔部分地由侧壁118、120限定。壁部分包括壁段122、124并限定连接到声音端口的开口126。该开口允许声音进入空腔并移动到声音端口。可通过使用激光钻孔、手动钻孔或其他合适的技术来制成空腔和壁部分。
如图1至图2中所示，空腔和壁部分被构造成形成亥姆霍兹共振器，该亥姆霍兹共振器进行操作以改变通过声音端口传播的声音的共振频率和/或共振幅度(例如，减弱共振幅度、改变共振频率等)。亥姆霍兹共振器包括连接到腔室131的狭窄开口或颈部130。在该示例中，腔室包括两个腔室132、134。颈部形成在壁段之间，而这两个腔室的每个形成在相应的壁段和侧壁之间。
颈部将声音端口声耦合到这两个腔室。如图2中所示，在壁段的端部206、208与空腔的周边210之间存在间隙202、204。壁段的相应表面212、214也与声音端口的表面216相接。以这种方式，从开口到来的声音移动穿过颈部并经由间隙进入腔室，之后回头穿过颈部行进进入声音端口。尽管图2中的腔室被示出为具有倒圆形顶端的两个手指形腔室，但可料想到任何数量的其他合适形状的腔室。实际上，正是由腔室限定的封闭容积构成了亥姆霍兹共振器设计的一部分。因此，在其他实施方式中，可料想到用于亥姆霍兹共振器的其他合适的颈部和腔室配置。
尽管在图1至图2中示出了麦克风，但亥姆霍兹共振器可应用于任何类型的传感器(例如，压力传感器、气体传感器等)。更常见地，任何装置都可装配有亥姆霍兹共振器益进行共振调谐。如有需要，可添加附加结构来实现诸如惯性、声阻和/或顺从性调谐这样的其他声学调谐特征。
可采用不同的技术将亥姆霍兹共振器嵌入麦克风组件的底座中。底座可包括各种材料层(例如，FR-4、环氧树脂、塑料、陶瓷、玻璃纤维等)。在图2中，亥姆霍兹共振器的颈部和腔室形成在底座的同一层中或同一层上。在图3中，亥姆霍兹共振器的颈部和腔室形成在底座的不同层中或不同层上。例如，颈部形成在第一层302中或第一层302上，而腔室形成在不同的第二层304中或第二层304上。可使用多个柱306支撑第二层中的腔室。第一层和第二层可由相同或不同的材料制成。如图3中所示，空腔被分为第一层和第二层，其中，第一层比第二层薄。然而，在其他实施方式中，可料想到不同层中的空腔的其他配置。
图4示出了麦克风组件的底座中的亥姆霍兹共振器的另一配置。在该示例中，腔室是连接到颈部的单个腔室。单个腔室覆盖了几乎整个空腔，其中，空腔覆盖了几乎整个底座。可通过在底座里面和颈部、声音端口和电接触件周围进行蚀刻来形成单个腔室。在图4中，底座由铜材料制成，尽管在其他实施方式中可料想到其他合适的材料。
在某些实施方式中，作为在传感器组件的底座中具有调谐结构的替代，声音端口适配器可配置有用于改变传感器组件的各种声学特性(例如，惯性、声阻、顺从性和/或共振)调谐结构。图5至图10示出了可装配到麦克风组件的一件式声音端口适配器的不同配置。可使用诸如蚀刻、激光烧蚀、模制、3D打印等这样的任何合适技术用任何合适的材料(例如，金属、塑料、陶瓷、玻璃等)来制成声音端口适配器。尽管图5至图10示出了声音端口适配器的形状为正方形，但在其他实施方式中可料想到其他合适的形状(例如，矩形、梯形、椭圆形等)。
图5示出了声音端口适配器500，声音端口适配器500包括具有安装表面506的主体构件502。安装表面包括由侧壁508、509限定的声道507。声道被设置为穿过主体构件，以创建声音入口510和声音出口512。
主体构件包括由空腔和壁部分形成的亥姆霍兹共振器。这里，壁部分包括壁段514、516，壁段514、516水平地(例如，相对于声音入口平行地)延伸到空腔中，以限定亥姆霍兹共振器的颈部。亥姆霍兹共振器的腔室由这两个壁段和第三侧壁518限定。以这种方式，声道通过颈部声耦合到腔室。示出腔室具有倒圆拐角520、522，尽管可考虑其他形状。尽管在图5中示出了一个矩形形状的腔室，但在其他实施方式中可料想到任何数量的其他合适形状的腔室。
图6示出了安装到麦克风组件的声音端口适配器，该麦克风组件可与麦克风组件100相同，不同之处在于底座不包括亥姆霍兹共振器。当被安装到底座时，声音出口声耦合到声音端口并且声音入口限定侧端口位置。换句话说，声音端口适配器将麦克风组件从底部端口麦克风组件转换成侧端口麦克风组件。
为了促成声音端口适配器的安装，壳体的其上设置有声音端口的表面602可包括地平面604。地平面的形状可对应于声音端口适配器的侧壁，使得侧壁可被附接到地平面(例如，通过使用焊料或胶合剂)。该表面还可包括用于外部装置接口的多个接触焊盘606-610(例如，电源电压、时钟、数据等)。
在图7至图8中，除了形成亥姆霍兹共振器之外，壁部分还包括跨声道水平(例如，相对于声音入口平行)布置的多个分立的壁部分702-712。分立的壁部分用于改变声道的声阻。在该示例中，分立的壁部分被实施为六个相等大小的圆柱形支柱。然而，在其他实施方式中，可料想到重复图案的任何数量的合适大小的形状。
分立的壁部分以彼此间隔开的关系布置，可按需要调节各分立的壁部分之间的距离。各分立的壁部分之间的空间形成声音入口，以使声音能够行进到声音出口。该布置也如同网或筛一样动作，以防止碎屑进入声道。
在图9至图10中，除了形成亥姆霍兹共振器之外，壁部分还包括在弯曲声道中的分立的壁部分。在该示例中，壁部分包括圆柱形支柱702-712和壁段902-910。壁段902-908水平地(例如，平行地)设置，而壁段910相对于声音入口竖直地(例如，垂直地)设置。在该配置中，亥姆霍兹共振器的颈部被限定在壁段906和910之间。亥姆霍兹共振器的腔室由壁段904、906、910和侧壁509、518限定。
声音入口因壁段908相对于侧壁509的放置而变窄。该布置还限定了具有三个转弯的非笔直路径912，以供声音从声音入口到声音出口跟随。通常，壁部分可配置有各种壁段，以形成任何类型的非笔直路径(例如，螺旋路径、扭曲路径、S形路径、正弦路径、Z字形路径、蛇形路径等)来改变声道的惯性并阻止碎屑进入声道。
圆柱形支柱位于声音出口附近并竖直地设置在壁段902和906之间。在其他示例中，圆柱形支柱可位于声音入口附近。在其他实施方式中，可料想到具有一个或更多个分立壁部分的弯曲声道的其他配置。
图11和图12例示了麦克风组件100的另一实施方式，其中，图11示出了麦克风组件的沿着线A-A(参见图12)的横截面。在该示例中，空腔114部分地由侧壁118、120和壁部分116限定。壁部分是高度小于底座的高度的单段。这使壁部分能够形成亥姆霍兹共振器的颈部。如图11和图12中所示，亥姆霍兹共振器的腔室是嵌入底座中的单个圆形形状的腔室。与图4不同，腔室不覆盖整个底座。如所期望的，在其他实施方式中，可料想到其他形状的腔室(例如，矩形、椭圆形等)。
在麦克风或另一传感器的进入端口附近采用亥姆霍兹共振器可用于调谐装置的共振响应，由此提高输出信号的质量，还有其他优点。本领域的普通技术人员将认识到其他益处。
尽管已经以本发明人确立的所有权并使得本领域的普通技术人员能够制成和使用本公开的方式描述了本公开以及当前认为的其最佳模式的内容，但应该理解和了解，本文中公开的示例性实施方式存在许多等同形式，并且在不脱离将不受示例性实施方式而是受随附的权利要求书的本公开的范围和精神的情况下，可对其进行大量修改和变型。

Claims (8)

1.一种传感器组件，其特征在于，该传感器组件包括：
壳体，其具有声音端口和外部装置接口；
换能器，其设置在所述壳体内并声耦合到所述声音端口；
电路，其设置在所述壳体内并电联接到所述换能器以及电联接到所述外部装置接口上的电接触件；以及
亥姆霍兹共振器，其形成在所述传感器组件的一部分中并通过所述声音端口声耦合到所述壳体的内部，
所述亥姆霍兹共振器被构造成改变所述传感器组件的声学特性。
2.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述壳体包括底座和覆盖件，其中，所述声音端口和所述亥姆霍兹共振器位于所述底座中。
3.根据权利要求2所述的传感器组件，其特征在于，所述底座为多层结构，其中，所述亥姆霍兹共振器形成在所述底座的同一层中或同一层上。
4.根据权利要求2所述的传感器组件，其特征在于，所述底座为多层结构，其中，所述亥姆霍兹共振器形成在所述底座的多个层中或多个层上。
5.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述传感器组件还包括具有声道的声音端口适配器，所述声道具有声音入口和声音出口，所述声音出口在所述声音端口适配器的安装表面上，所述声音端口适配器被安装在所述壳体上，使得所述声音端口适配器的所述声音出口声耦合到所述声音端口，其中，所述亥姆霍兹共振器形成在所述声音端口适配器中。
6.根据权利要求5所述的传感器组件，其特征在于，所述声音端口适配器的所述声道声耦合到所述亥姆霍兹共振器。
7.根据权利要求5所述的传感器组件，其特征在于，所述壳体包括底座和覆盖件，其中，所述声音端口和所述亥姆霍兹共振器位于所述底座中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述传感器组件的声学特性包括惯性、声阻、顺从性和共振中的任一种或更多种。
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