CN218679379U - 振动传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种振动传感器，其包括电路板、内壳、外壳、MEMS麦克风及振膜组件；电路板具有板腔且设有第一通孔；内壳盖设固定于电路板并覆盖第一通孔，内壳与电路板共同围成谐振腔，内壳设有第二通孔；外壳盖设固定于电路板并将内壳收容，外壳、内壳及电路板共同围成收容腔；MEMS麦克风收容于谐振腔内并与电路板电性连接；第一振膜与背极板间隔形成电容结构；振膜组件收容于收容腔内并将收容腔分隔成第一腔和第二腔，第一腔通过第二通孔与谐振腔连通。与相关技术相比，本实用新型的振动传感器灵敏度更高，可靠性更好。

Description

振动传感器

【技术领域】

本实用新型涉及声电转换领域，尤其涉及一种用于骨传导电子产品的振动传感器。

【背景技术】

振动传感器，用于将振动信号转化为电信号。目前现有的MEMS振动传感器包括作为振动感应装置的振膜组件以及将振动信号转化为电信号的作为振动检测装置的MEMS麦克风，由于振动感应装置和振动检测装置均集成于一起，结构较复杂，所能拾取的信号带宽较小。

因此，实有必要提供一种新的振动传感器解决上述技术问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种灵敏度高、可靠性好的振动传感器。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种振动传感器，其包括：

电路板，所述电路板围成板腔，所述电路板的其中一侧设有贯穿其上的第一通孔；

内壳，所述内壳盖设固定于所述电路板并覆盖所述第一通孔，所述内壳与所述电路板共同围成谐振腔，所述内壳设有贯穿其上的第二通孔；

外壳，所述外壳盖设固定于所述电路板并将所述内壳收容于其内，所述外壳、所述内壳以及所述电路板共同围成收容腔；

MEMS麦克风，所述MEMS麦克风收容于所述谐振腔内并与所述电路板电性连接；以及，

振膜组件，所述振膜组件收容于所述收容腔内并将所述收容腔分隔成第一腔和第二腔，所述第一腔通过所述第二通孔与所述谐振腔连通；

所述电路板背离所述板腔的一侧和/或所述外壳远离所述收容腔的一侧输入振动信号或压力信号时，所述振膜组件振动带动所述收容腔内的气压产生变化。

优选的，所述振动传感器还包括ASIC芯片，所述ASIC芯片收容于所述谐振腔内并与所述MEMS麦克风电性连接。

优选的，所述MEMS麦克风包括固定于所述电路板且具有背腔的基座、支撑于所述基座远离所述电路板一端的第一振膜和背极板；所述基座与所述电路板连接的部分环绕所述第一通孔，所述背腔通过所述第一通孔与所述板腔连通；所述第一振膜与所述背极板间隔形成电容结构。

优选的，所述外壳设有贯穿其上的第一泄压孔。

优选的，所述振膜组件设有贯穿其上的第二泄压孔，所述第二泄压孔将所述第一腔和所述第二腔连通。

优选的，所述内壳包括与所述电路板间隔相对的内壳板和由所述内壳板的周缘向所述电路板方向弯折延伸并固定于所述电路板的内侧板，所述第二通孔贯穿所述内壳板设置，所述振膜组件固定于所述内侧板；所述外壳包括与所述电路板间隔相对的外壳板和由所述外壳板的周缘向所述电路板方向弯折延伸并固定于所述电路板的外侧板，所述第一泄压孔贯穿所述外壳板设置，所述外侧板环绕所述内侧板，所述外壳板与所述内壳板相对设置。

优选的，所述振膜组件包括固定于所述内侧板并环绕所述第二通孔设置的垫片以及固定于所述垫片远离所述第二通孔一侧的第二振膜，所述垫片、所述第二振膜及所述内侧板共同围成所述第一腔，所述第二泄压孔贯穿所述第二振膜设置。

优选的，所述振膜组件还包括与所述第二振膜固定连接的质量块；所述质量块贴设于所述第二振膜靠近所述第一腔的一侧和/或所述第二振膜靠近所述第二腔的一侧。

优选的，位于所述第二振膜同一侧的所述质量块包括多个相互间隔设置质量块单元。

优选的，所述质量块由所述第二振膜包裹以形成固定。

优选的，所述第二振膜包括固定于所述垫片并相互叠设的两个第二子振膜，所述质量块夹设包裹于两个所述第二子振膜之间。

优选的，所述第一振膜沿其振动方向向所述电路板上的正投影面积小于所述第二振膜沿其振动方向向所述电路板上的正投影面积。

与相关技术相比，本实用新型的振动传感器中，通过电路板上分别盖设内壳和外壳，外壳、内壳以及电路板共同围成收容腔，在收容腔内设置振膜组件以将收容腔分隔呈第一腔和第二腔；通过设置内壳与电路板共同围成谐振腔，第一腔通过第二通孔与谐振腔连通；并在谐振腔内设置MEMS麦克风；通过上述结构设计，振膜组件收容于电路板的收容腔内，且MEMS麦克风和振膜组件相互间隔设置，避免了相关技术振动感应装置和振动检测装置集成与一体，MEMS麦克风和振膜组件的结构简单，便于生产，并且能够拾取的信号宽带较大；而MEMS麦克风可更好的感应由收容腔内产生的气压变化而产生的振动，并将感应的振动信号转化为电信号，从而实现对收容腔传递的高频振动和低频振动均具有更好的振动响应，有效提高了灵敏度。另外，电路板设有板腔和贯穿其上的第一通孔，基座环绕第一通孔，背腔通过第一通孔与板腔连通，使得背腔、第一通孔及板腔共同形成后腔，该后腔相当于将背腔的腔体体积增大，从而使得MEMS麦克风可更好的感应振动信号，从而有效提升信噪比。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图，其中：

图1为本实用新型振动传感器的立体结构示意图；

图2为本实用新型振动传感器的部分立体结构分解示意图；

图3为沿图1中A-A线的剖示图；

图4为本实用新型振动传感器的结构示意图；

图5为图4中振动传感器的质量块与第二振膜固定方式的第二实施方式结构示意图；

图6为图4中振动传感器的质量块与第二振膜固定方式的第三实施方式结构示意图；

图7为图6中质量块结构变化后的另一实施方式结构示意图；

图8为本实用新型振动传感器中质量块与振膜固定方式的第四实施方式结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，各实施例之间的技术方案可相互组合，但必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础。

请同时参阅图1-4所示，本实用新型提供了一种振动传感器100，其包括电路板1、内壳2、外壳3、MEMS麦克风4以及振膜组件5。

电路板1，所述电路板1围成板腔10，所述电路板1的其中一侧设有贯穿其上的第一通孔11。比如，将所述电路板1设计为中空的立体结构，其内部则形成所述板腔10。

所述内壳2盖设固定于所述电路板1并覆盖所述第一通孔11，所述内壳2与所述电路板1共同围成谐振腔20，即所述第一通孔11与所述谐振腔20连通。所述内壳2设有贯穿其上的第二通孔23。

本实施方式中，所述内壳2包括与所述电路板1间隔相对的内壳板21和由所述内壳板21的周缘向所述电路板1方向弯折延伸并固定于所述电路板1的内侧板22。所述第二通孔23贯穿所述内壳板21设置。

所述外壳3盖设固定于所述电路板1并将所述内壳2收容于其内，所述外壳3、所述内壳2以及所述电路板1共同围成收容腔30。

本实施方式中，所述外壳3包括与所述电路板1间隔相对的外壳板31和由所述外壳板31的周缘向所述电路板1方向弯折延伸并固定于所述电路板1的外侧板32。所述外侧板32环绕所述内侧板22，所述外壳板31与所述内壳板21相对设置。

所述MEMS(Microelectro Mechanical Systems)麦克风4，即微机电系统麦克风，所述MEMS麦克风4收容于所述谐振腔20内并与所述电路板1电性连接。

本实施方式中，所述MEMS麦克风4包括固定于所述电路板1且具有背腔40的基座41、支撑于所述基座41远离所述电路板1一端的第一振膜42和背极板43。

所述基座41与所述电路板1共同围成所述背腔40。其中，所述基座41与所述电路板1连接的部分环绕所述第一通孔11。所述背腔40通过所述第一通孔11与所述板腔10连通。所述背腔40、所述第一通孔11及所述板腔10共同围成后腔7，该后腔7相当于将所述背腔40的腔体体积增大，从而使得MEMS麦克风4可更好的感应振动信号，从而有效提升信噪比。

所述第一振膜42与所述背极板43间隔形成电容结构，通过改变所述第一振膜42与所述背极板43的间距以改变所述MEMS麦克风4产生的电容大小，从而实现电信号的变化。从而使得所述MEMS麦克风4将外部的输入振动信号或压力信号转化为电信号，实现振动信号转化为电信号。

所述振膜组件5收容于所述收容腔30内并将所述收容腔30分隔成第一腔301和第二腔302，所述第一腔301通过所述第二通孔23与所述谐振腔20连通。

因MEMS麦克风4在不同温度情况下的性能均较稳定，其灵敏度基本不会受温度、振动、温度和时间等因素影响，可靠性好，稳定性高。因MEMS麦克风4可受260℃的高温回流焊且性能不受影响，因此，组装后省去音频调试工序仍可实现准确度高的基本性能。

更优的，为了进一步改善所述振动传感器100的灵敏度，本实施方式中，所述振动传感器还包括ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯片6，所述ASIC芯片6收容于所述谐振腔20内并与所述MEMS麦克风4电性连接。所述ASIC芯片6为所述MEMS麦克风4提供外部偏置，有效的偏置将使所述MEMS麦克风4在整个工作温度范围内都可保持稳定的声学灵敏度和电气参数，还可支持不同敏感性的麦克风结构设计，设计更灵活可靠。

本实施方式中，所述外壳3设有贯穿其上的第一泄压孔33。具体的，所述第一泄压孔33为一个且贯穿所述外壳板31设置。整机SMT装配时，该第一泄压孔23的设置起到平衡气压的作用。具体为，所述外壳板31通过表面组装技术贴设固定于移动设备的内部，并堵住所述第一泄压孔33实现所述第二腔302的密封，有效避免了外界气导声信号干扰，进而提高了振动传感器100骨导灵敏度和频率特性。当然，所述第一泄压孔33的位置和数量不限于此，其原理都一样。当然，所述第一泄压孔33的位置和数量不限于此，其原理都一样。

同理，所述振膜组件5设有贯穿其上的第二泄压孔50，所述第二泄压孔50将所述第一腔301和所述第二腔302连通，用以平衡所述第二腔302与所述第一腔301的气压平衡，也即平衡所述第二腔302与谐振腔20的气压平衡。

具体的，所述振膜组件5包括固定于所述内侧板22并环绕所述第二通孔23设置的垫片51以及固定于所述垫片51远离所述第二通孔23一侧的第二振膜52。所述垫片51、所述第二振膜52及所述内侧板22共同围成所述第一腔301。即所述垫片51用于将第二振膜52与所述电路板1间隔以提供振动空间。当然，垫片51也可与第二振膜52为一体结构。所述第二泄压孔50贯穿所述第二振膜52设置，当然，所述第二泄压孔50的位置不限于此，其原理都一样。

本实施方式中，所述振膜组件5还包括与所述第二振膜52固定连接的质量块53。所述质量块53贴设于所述第二振膜52靠近所述第一腔301的一侧和/或所述第二振膜52靠近所述第二腔302的一侧。

上述结构的振动传感器100中，所述电路板1背离所述板腔10的一侧和/或所述外壳3远离所述收容腔30的一侧输入振动信号或压力信号时，所述振膜组件5产生振动，具体的为所述质量块53振动带动振膜组件振动，使得所述收容腔30和所述谐振腔20内的气压产生变化，从而使得收容于所述谐振腔20内的MEMS麦克风4的第一振膜42振动，改变了所述第一振膜42与所述背极板43的间距，即改变了所述MEMS麦克风4产生的电容大小，从而实现将振动信号转变为电信号，即产生同步变化的电信号传递至电路板1，从而使得所述MEMS麦克风4将外部的输入振动信号或压力信号转化为电信号，实现振动信号转化为电信号。比如，振动传感器100的电路板1侧贴合于颈部，人说话时，实现骨导传递振动信号，以实现上述转化过程。该过程中，MEMS麦克风4直接感受检测外部的输入振动信号，从而使得MEMS麦克风4最大程度的保证准确检测至气压的变化，特别是对大于1KHz的高频振动同样具有准确响应，有效提高了所述振动传感器100的灵敏度和可靠性。

上述结构的振动传感器100中，所述MEMS麦克风4收容于所述谐振腔20内，并同时所述振膜组件5收容于所述收容腔30内，从而使得所述MEMS麦克风3和所述振动组件4相互间隔设置，避免了相关技术振动感应装置和振动检测装置集成一体，所述MEMS麦克风4和所述振膜组件5的结构简单，便于生产，并且能够拾取的信号宽带较大。

如图4所示，所述质量块53贴设于所述第二振膜52靠近所述第二腔302的一侧。质量块53、第二振膜52以及垫片51均位于所述内壳2与所述外壳3之间的所述收容腔30内，节省空间，便于生产。

更优的，所述第一振膜42沿其振动方向向所述电路板1上的正投影面积小于所述第二振膜52沿其振动方向向所述电路板1上的正投影面积。该结构设计第二振膜52与收容腔30内气体接触面积更大，使其更好的振动气体，第一振膜42面积相对较小，使得MEMS麦克风4会对由安装在同一PCB上的扬声器引起的PCB噪声产生更低的振动耦合，声学性能更好，方便使用。

请结合图5所示，为图4中实施方式的振动传感器的质量块与第二振膜固定方式的第二实施方式结构示意图。该实施方式的振动传感器200其区别点在于：所述质量块253贴设于所述第二振膜252靠近所述第一腔301的一侧。该实施方式的改变减少质量块253对第二腔302体积的占用，增大了第二腔302的体积，进一步提高了振动传感器200的灵敏度。除此之外，其与上述图4所示实施方式基础相同，在此不再赘述。

请结合图6所示，为图4中振动传感器的质量块与第二振膜固定方式的第三实施方式结构示意图。该实施方式的振动传感器300其区别点在于：所述质量块353贴设于所述第二振膜352靠近所述第一腔3301的一侧和所述第二振膜352靠近所述第二腔3302的一侧。即质量块353包括两组，分别贴设于第二振膜352的相对两侧。该结构设计进一步增加了振动组件35的惯性量，从而进一步提高灵敏度。除此之外，其与上述图4所示实施方式基础相同，在此不再赘述。

请结合图7，为图6中质量块结构变化后的另一实施方式结构示意图。该实施方式的振动传感器400中，位于所述第二振膜452同一侧的所述质量块453包括多个相互间隔设置质量块单元4531。该结构设计同样为增加振动组件45的惯性量以进一步提高灵敏度。除此之外，其与上述图6所示实施方式基础相同，在此不再赘述。

请结合图8，为本实用新型振动传感器中质量块与振膜固定方式的第四实施方式结构示意图。其与本实用新型的其它实施方式相比，主要区别在于，所述质量块553由所述第二振膜552包裹以形成固定。

具体的，所述第二振膜552包括固定于所述垫片551并相互叠设的两个第二子振膜5521，所述质量块553夹设包裹于两个所述第二子振膜5521之间。该结构设计增加了质量块553的固定强度，进一步提高了可靠性。

与相关技术相比，本实用新型的振动传感器中，通过电路板上分别盖设内壳和外壳，外壳、内壳以及电路板共同围成收容腔，在收容腔内设置振膜组件以将收容腔分隔呈第一腔和第二腔；通过设置内壳与电路板共同围成谐振腔，第一腔通过第二通孔与谐振腔连通；并在谐振腔内设置MEMS麦克风；通过上述结构设计，振膜组件收容于电路板的收容腔内，且MEMS麦克风和振膜组件相互间隔设置，避免了相关技术振动感应装置和振动检测装置集成一体，MEMS麦克风和振膜组件的结构简单，便于生产，并且能够拾取的信号宽带较大；而MEMS麦克风可更好的感应由收容腔内产生的气压变化而产生的振动，并将感应的振动信号转化为电信号，从而实现对收容腔传递的高频振动和低频振动均具有更好的振动响应，有效提高了灵敏度。另外，电路板设有板腔和贯穿其上的第一通孔，基座环绕第一通孔，背腔通过第一通孔与板腔连通，使得背腔、第一通孔及板腔共同形成后腔，该后腔相当于将背腔的腔体体积增大，从而使得MEMS麦克风可更好的感应振动信号，从而有效提升信噪比。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种振动传感器，其特征在于，所述振动传感器包括：

电路板，所述电路板围成板腔，所述电路板的其中一侧设有贯穿其上的第一通孔；

内壳，所述内壳盖设固定于所述电路板并覆盖所述第一通孔，所述内壳与所述电路板共同围成谐振腔，所述内壳设有贯穿其上的第二通孔；

外壳，所述外壳盖设固定于所述电路板并将所述内壳收容于其内，所述外壳、所述内壳以及所述电路板共同围成收容腔；

MEMS麦克风，所述MEMS麦克风收容于所述谐振腔内并与所述电路板电性连接；以及，

振膜组件，所述振膜组件收容于所述收容腔内并将所述收容腔分隔成第一腔和第二腔，所述第一腔通过所述第二通孔与所述谐振腔连通；

所述电路板背离所述板腔的一侧和/或所述外壳远离所述收容腔的一侧输入振动信号或压力信号时，所述振膜组件振动带动所述收容腔内的气压产生变化。

2.根据权利要求1所述的振动传感器，其特征在于，所述振动传感器还包括ASIC芯片，所述ASIC芯片收容于所述谐振腔内并与所述MEMS麦克风电性连接。

3.根据权利要求1所述的振动传感器，其特征在于，所述MEMS麦克风包括固定于所述电路板且具有背腔的基座、支撑于所述基座远离所述电路板一端的第一振膜和背极板；所述基座与所述电路板连接的部分环绕所述第一通孔，所述背腔通过所述第一通孔与所述板腔连通；所述第一振膜与所述背极板间隔形成电容结构。

4.根据权利要求3所述的振动传感器，其特征在于，所述外壳设有贯穿其上的第一泄压孔。

5.根据权利要求4所述的振动传感器，其特征在于，所述振膜组件设有贯穿其上的第二泄压孔，所述第二泄压孔将所述第一腔和所述第二腔连通。

6.根据权利要求5所述的振动传感器，其特征在于，所述内壳包括与所述电路板间隔相对的内壳板和由所述内壳板的周缘向所述电路板方向弯折延伸并固定于所述电路板的内侧板，所述第二通孔贯穿所述内壳板设置，所述振膜组件固定于所述内侧板；所述外壳包括与所述电路板间隔相对的外壳板和由所述外壳板的周缘向所述电路板方向弯折延伸并固定于所述电路板的外侧板，所述第一泄压孔贯穿所述外壳板设置，所述外侧板环绕所述内侧板，所述外壳板与所述内壳板相对设置。

7.根据权利要求6所述的振动传感器，其特征在于，所述振膜组件包括固定于所述内侧板并环绕所述第二通孔设置的垫片以及固定于所述垫片远离所述第二通孔一侧的第二振膜，所述垫片、所述第二振膜及所述内侧板共同围成所述第一腔，所述第二泄压孔贯穿所述第二振膜设置。

8.根据权利要求7所述的振动传感器，其特征在于，所述振膜组件还包括与所述第二振膜固定连接的质量块；所述质量块贴设于所述第二振膜靠近所述第一腔的一侧和/或所述第二振膜靠近所述第二腔的一侧。

9.根据权利要求8所述的振动传感器，其特征在于，位于所述第二振膜同一侧的所述质量块包括多个相互间隔设置质量块单元。

10.根据权利要求9所述的振动传感器，其特征在于，所述质量块由所述第二振膜包裹以形成固定。

11.根据权利要求10所述的振动传感器，其特征在于，所述第二振膜包括固定于所述垫片并相互叠设的两个第二子振膜，所述质量块夹设包裹于两个所述第二子振膜之间。

12.根据权利要求7所述的振动传感器，其特征在于，所述第一振膜沿其振动方向向所述电路板上的正投影面积小于所述第二振膜沿其振动方向向所述电路板上的正投影面积。

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