DE1910156C3 - Geber zur Umwandlung von Druckwellen in digitale elektrische Signale - Google Patents
Geber zur Umwandlung von Druckwellen in digitale elektrische SignaleInfo
- Publication number
- DE1910156C3 DE1910156C3 DE1910156A DE1910156A DE1910156C3 DE 1910156 C3 DE1910156 C3 DE 1910156C3 DE 1910156 A DE1910156 A DE 1910156A DE 1910156 A DE1910156 A DE 1910156A DE 1910156 C3 DE1910156 C3 DE 1910156C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- membrane
- electrical
- digital
- encoder
- switching elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/005—Details of transducers, loudspeakers or microphones using digitally weighted transducing elements
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
- H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
- H03M1/26—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with weighted coding, i.e. the weight given to a digit depends on the position of the digit within the block or code word, e.g. there is a given radix and the weights are powers of this radix
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Description
erhöht
Durch einen Fachaufsatz mit dem Titel »A Resonant-Gate Silicon Surface Transistor with High-Q Band Pass
Properties«, Verfasser: H.CNathanson und R.A.
Wickstrom, erschienen in AppL Phys. Letters, 1965,
VoL 7, No. 4; Seiten 84-86, ist die Venwendung eines Feldeffekttransistors bekanntgeworden, dessen Stromfluß
von einem mechanisch schwingenden, elektrisch vorgespannten Stab, welcher als Steuerelektrode dient,
gesteuert wird. Dieser als Steuerelement dienender Stab ist Ober der Trennfläche der beiden Stromflußelektroden
(Source und Drain) angeordnet Durch den schwingenden Stab wird bei einer konstant gehaltenen
elektrischen Vorspannung des Stabes eine Feldeffektmodulation des durch den FE-Transistor fließenden
Stromes erreicht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten, auf einem ähnlichen Prinzip des Kondensatormikrophons
basierenden Geber zur Umwandlung von Drücken, beispielsweise von Schall, in digitale
elektrische Signale zu schaffen. Dieser neue Geber soll
klein und einfach im Aufbau sein. Außerdem soll seine Membran unbelastet sein und mit keinen die Auslenkbewegungen
der Membran Obertragenden Mitteln starr verbunden sein, wie dies bei den bekannten Gebersystemen
der Fall ist Eine weitere Konstruktionsforderung besteht darin, daß die Abfühlung der Membranauslenkung
im Gegensatz zu einem bekannten Geber möglichst großflächig erfolgt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, in
daß in der Gegenelektrode berührungslos und vorzugsweise elektrisch mit der Membran gekoppelt eine
Anzahl Fühl-Schaltelemente enthalten sind, deren
Fühlflächen zur Membran hin einen Luftspalt aufweisen und deren Leitzustand von der Auslenkung der
Membran abhängig ist, daß die Fühi-Schaitelemente so
angeordnet sind, daß sich die Zahl der aktivierten Fühl-Schaltelemente in einem bestimmten Verhältnis
zur Gesamtzahl der Fühl-Schaltelemente in Abhängigkeit von der Membranauslenkung ändert, und daß jedes
der Fühl-Schaltelemente ausgangsseitig jeweils mit einem zugeordneten taktgesteuerten Abtastschalter
verbunden ist, der bei vorbestimmten Schwellenwerten des Ausgangssignals vom Fühl-Schaltelement in den
»Ein«- oder »Aus«-Schaltzustand schaltet
Es ist ein Vorzug dieses erfindungsgemäßen Gebers im Vergleich zu einem bekannten Geber, daß bei ihm die
doppelte Umwandlung der analogen Drucksignale in analoge elektrische Signale und deren anschließende
Umwandlung in digitale elektrische Signale nicht erforderlich ist Durch die Eliminierung dieser Wandler-Zwischenstufe
reduziert sich bei dem erfindungsgemäßen Geber der schaltungstechnische Aufwand beträchtlich.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Verwendung von Feldeffekttransistoren, die als Fühl-Schaltelemente
berührungslos an die Membran gekoppelt sind und sich leicht zu einer Miniaturschaltung integrieren lassen und
dadurch einen billigen und zuverlässigen Aufbau ermöglichen. Ein anderer Vorteil liegt in der Möglich- bo
keit, nachgeordnete Codierschaltungen mit in die
integrierte Schaltung einzubeziehen und die gesamte Wandler- und Codieranordnung in gemeinsamen
Fabrikationsschritten auf einem einzigen Halbleitergrundplättchen (Chip) herzustellen. Für den Benutzer
liegt der Vorteil in den kleinen Abmessungen und damit in der Handlichkeit dieser Geberanordnung.
berührungslosen Abfühlung der Membranauslenkung andere Fühl-Schaltelemente verwendbar, beispielsweise
Hallsonden, andere steuerbare Halbleiterschalter oder induktive Wandler, die ebenfalls iti der als Träger
dienenden fester Gegenelektrode anzuordnen sind. Jedoch sind derartige Fühl-Schaltelemente nicht so
vorteilhaft wie die bereits erwähnten Feldeffekttransistoren.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gebers anhand von
Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 die schematische Darstellung eines Kondensatormikrophons für die Abgabe digitaler Ausgangssignale,
Fig..? den Schnitt durch einen der Feldeffekttransistoren
10 bis 15 aus F i g. 1 und
F i g. 3 die Angabe einiger Größer für die Berechnung der Anordnung gemäß F i g. 1.
In der F i g. 1 sind als Grundelemente eines Kondensatormikrophons
eine Membran 1, eine feste Gegenelektrode 2 und eine Einspannvorrichtung 3 für die
elastische Aufhängung der Membran 1 dargestellt Die Membran 1 besteht wegen der geforderten elektrischen
Leitfähigkeit entweder aus einer Metallfolie oder aus einem anderen metallisierten Werkstoff. Die Membran
1 ist in der F i g. 1 nicht in ihrer Ruhestellung gezeichnet, sondern in einer Arbeitsstellung zur Verdeutlichung des
Auslenkeffektes, der sich bei einer Druckbelastung der Membran 1 einstellt
Innerhalb der Gegenelektrode 2 sind mehrere Feldeffekttransistoren FET 10 bis 15 angeordnet Diese
enthalten, wie in dem sehr stark vergrößerten Schnitt durch einen Feldeffekttransistor F i g. 2 angedeutet ist,
eine Quellen- und eine Absaugeelektrode 4 bzw. 5. Von Fachleuten wird die Quellenelektrode 4 auch als
»Source« und die Absaugeelektrode 5 als »Drain« bezeichnet Die Steuerelektrode 6 — auch unter der
Bezeichnung »Gate« bekannt — wird durch die gegenüber der Gegenelektrode 2 elektrisch vorgespannte
Membran 1 gebildet. Auf die geometrischen Abmessungen dieser Geberanordnung wird an späterer
Stelle der Beschreibung eingegangen. Es sie jedoch betont, daß sich anstelle der Feldeffekttransistoren 10
bis 15 auch beliebige andere mit der Membran 1 elektrisch koppelbare Schaltelemente verwenden lassen,
wie eingangs bereits erwähnt wurde.
Das Prinzip dieses Wandlerteiles im Geber besteht nun darin, die Feldeffekttransistoren 10 bis 15 entlang
einer solchen Strecke anzuordnen, daß bei konstanter elektrischer Vorspannung der Membran 1 verschieden
starke Auslenkungen der Membran 1 das Verhältnis der Anzahl von elektrisch durch die Membran 1 beeinflußten
(z. B. gesperrten) FET-Transistoren zu der Anzahl von nicht beeinflußten (z. B. leitenden) FET-Transistoren
ändern. Bei einer parabolisch deformierenden Membran 1 ist eine in radialer Richtung zu ruhenden
Membran verlaufende Anordnung der Feldeffekttransistoren 10 bis 15 günstig. Dadurch werden bei einer
geringen Auslenkung der Membran 1 zunächst die zentral gelegenen Feldeffekttransistoren durch den als
Steuerelektrode — GATE — wirkenden mittleren Teil der Membran 1 beeinflußt. Bei einer sehr starken
Auslenkung der Membran werden dann auch die äußeren Feldeffekttransistoren 10 bis 15 durrh die sich
in ihre Nähe bewegende Membran 1 beeinflußt. Wird nun eine genügend große Anzahl solcher Feldeffekttransistoren
10 bis 15 entlang der soeben definierten Strecke in radialer Richtung angeordnet, dann läßt sich
beispielsweise durch statistisches Ermitteln der Anzahl leitender zur Anzahl gesperrter FET-Transistoren 10 bis
15 die Stärke der Membranauslenkung angeben. Je mehr Feldeffekttransistoren 10 bis 15 längs dieser
Strecke vorgesehen sind, desto dichter liegen die Quantisierungswerte beieinander, und desto genauer
läßt sicii die Stärke der Membranauslenkung angeben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anzahl der
vorgesehenen Feldeffekttransistoren 10 bis 15 mit der Zahl der gewünschten Quantisierungsstufen für das ι ο
theoretisch angenommene Signal übereinstimmt.
Selbstverständlich sind auch andere Membranformen als die in F i g. 1 dargestellte denkbar. In jedem Fall
müssen die Feldeffekttransistoren 10 bis 15 geometrisch so angeordnet werden, daß sich die Anzahl der von der
Membran i beeinflußten FET-Transistoren 10 bis 15 oder anderer Fühl-Schaltelemente in Abhängigkeit von
der Stärke der Membranauslenkung ändert Die Feldeffekttransistoren 10 bis 15 sind jeweils gemäß
F i g. 1 mit Abtastschaltungen 20 bis 25 verbunden, welche von einem gemeinsamen Abtastgenerator 30
gesteuert werden. Die Ausgänge der Abtastschaltungen 20 bis 25 sind an die Eingänge einer Kodiermatrix 40
angeschlossen. Der Abtastgenerator 30 ist im wesentlichen ein Taktgeber, der die Abtastschaltungen 20 bis 25
so steuert, daß diese zu definierten Zeitpunkten ihr Ausgangssignal an die Codiermatrix'40 weitergeben. Bei
Annahme von 2" Quantisierungsstufen sind in dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel auch 2" Feldeffekttransistoren
10 bis 15 und 2" Abtastschaltungen 20 bis 25 vorgesehen.
Die obenerwähnte statistische Ermittlung des Verhältnisses der Anzahl gesperrter zur Anzahl leitender
Feldeffekttransistoren 10 bis 15 läßt sich durch die in F i g. 1 gezeigte Geberanordnung etwas vereinfachen.
Bei einer bestimmten Membranauslenkung ist nur ein Teil der Feldeffekttransistoren 10 bis 15 leitend und der
andere restliche Teil ist gesperrt Die zwischen den ein- und ausgeschalteten FET-Transistoren 10 bis 15
verlaufende Trennungslinie verschiebt sich in Abhängigkeit von der Membranauslenkung entlang der
radialen Strecke, auf der die FET-Transistoren 10 bis 15 angeordnet sind. Es genügt daher für die Auswertung
der von den FET-Transistoren 10 bis 15 abgegebenen Signale, die Lage dieser Trennungslinie zu ermitteln.
Diese Aufgabe kann von den Abtastschaltungen 20 bis 25 in F i g. 1 übernommen werden. Beispielsweise wäre
die Ausführung dieser Abtastschaltungen 20 bis 25 als Antivalenzschaltungen (exklusives ODER) denkbar. Es
könnten damit die Ausgangssignale von je zwei benachbarten FET-Transistoren 10 bis 15 miteinander
verglichen werden, was dazu führen würde, daß nur diejenige Abtastschaltung 20 bis 25 ein Ausgangssignal
an die Codiermatrix 40 liefert die an benachbarte FET-Transistoren 10 bis 15 mit verschiedenen Schaltzuständen
angeschlossen ist
Die mit den Ausgängen der Abtastschaltungen 20 bis 25 verbundene Codiermatrix 40 dient in diesem
Ausführungsbeispiel zur Umformung der soeben erwähnten elektrischen Abtastsignale in binär codierte
elektrische Ausgangssignale, die dann zur Weiterverarbeitung beispielsweise direkt in eine Datenverarbeitungsanlage
eingegeben werden können. In diesem Fall könnte die Codiermatrix 40 beispielsweise aus einer
Diodenmatrix mit 2" χ π Elementen bestehen. Anstelle
einer Diode Matrix 40 ist auch eine andere Codiermatrix verwendbar, welche andere Bauelemente enthält, sofern
eine Codierung Oberhaupt erwünscht ist Im folgenden wird auf nähere Einzelheiten des in F i g. 1 schematisch
dargestellten Gebers zur Umwandlung von Druckwellen in digitale elektrische Signale eingegangen. Die in
Ruhestellung befindliche Membran 1 habe, wie in F i g. 3 angedeutet, den Durchmesser 2 R und befinde sich im
Abstand Da von der Oberfläche der in einer Ebene
angfcordneten Feldeffekttransistoren 10 bis 15. Die maximale Auslenkung der Membran gegenüber der
Ruhestellung betrage a. Unter der Annahme, daß die in Fig.3 im Schnitt angedeutete Membran bei Auslenkung
parabelförmige Gestalt annimmt, gilt für den ortsabhängigen Abstand D der Membran vor. den
Feldeffekttransistoren, wenn χ die von der Symmetrieachse der Membran aus gemessene Ortsvariable
darstellt,
D(x) = D0~a +
Aus der Poisson-Gleichung
Aus der Poisson-Gleichung
11 =
folgt für die Feldstärke F(N, L) an der Oberfläche des Halbleiters, wenn sich eine Sperrschicht der Stärke L
bei einer Störstellenkonzentration /Vbilden soll,
wobei q die Elektronenladung und ε die Dielektrizitätskonstante
des verwendeten Halbleiters bedeuten. Der zwischen Quellen- und Absaugelektrode liegende Kanal
sei beispielsweise n-dotiert.
Der pro Längeneinheit innerhalb eines Feldeffekttransistors auftretende Strom bei einer angelegten
Spannung Us
wobei μ die Trägerbeweglichkeit σ die Leitfähigkeit A
die Höhe des Feldeffekttransistors und B die Kanallänge (F i g. 2) bedeuten.
Die Bedingungen für das Auftreten des Abklemmeffektes (pinch-off) ist:
Aa
Beispielsweise würde mit den Werten A=IO-4Cm,
σ=1 ω-'cm-1, e=10-J2Asec/Vcm und μ=3000αη2/
Vsec eine Feldstärke von F=3 · 10* V/cm zur Erzielung
des Abklemmeffektes erforderlich sein. Solche Werte lassen sich mit üblichen Kondensatormikrophonen gut
erreichen, bei denen Ai=10-3cm beträgt und eine
Vorspannung von IÄ=30V gewählt wird. Dabei
müßten bei einer oben angenommenen η-Dotierung des Kanals die Spannung LA0 an der Membran negativ
gegenüber der mit den Transistoren auf gleichem Potential liegenden Gegenelektrode gewählt werden,
damit sich eine Sperrsicht im Kanal bildet
Durch Differentiation der Gleichungen (1) und (2) folgt:
Andererseits gilt bei einer zwischen der Membran und der Gegenelektrode herrschenden Vorspannung LO
für die Feldstärke F zwischen der Gegenelektrode und einem sich im Abstand D befindlichen Punkt auf der
Membran:
AD | I It "ΊΓ |
2 a |
dx | Wx | |
al Jf ~ |
- Usi.· | |
d_F
dÖ
dÖ
i7«
D2
D2
Die Kombination der letzten drei Gleichungen ergibt:
d/ _ 2UtIiU0Us0 χ
~dx ~ BRD2(x) ~R ' -'"'
Diese Gleichung gibt die Änderung des Stromes an, in Abhängigkeit von der gemäß F i g. 3 definierten
Entfernung Af des Feldeffekttransistors von der Symme- jo
trieachse.
Zur Verdeutlichung mögen folgende, als Beispiel gewählte Werte dienen: L(sd=5V, fl=4-10-<cm,
/?=l,5cm. Mit den oben gewählten Zahienbeispielen ergibt sich unter der Annahme, daß für gebräuchliche j>
Kondensatormikrophone D(x) durch D0 ersetzt werden
kann, bei einem relativen Abstand
■^ = 0,1 Λ^ = 15mA/cm2.
Bei einer Länge des einzelnen Transistors von 250 μΐη ergibt sich:
^ * 400 uA/cm dx
Angenommen, es sei eine Digitalisierung in 250 Quantisierungsstufen erwünscht, dann ergibt sich mit
den oben angenommenen Abmessungen eine für einen Transistor zur Verfügung stehende Länge von 1,5 cm/
250=6 · 10-3cm. Die zwischen den einzelnen Transistoren
sich ergebenden Unterschiede in den Stromwer- -, ten betragen 2,4 μΑ. Solche Werte können durch die
nachfolgenden Abtastschaltungen 20 bis 25 noch gut verarbeitet werden. Die Mikrophonempfincllichkeit
nimmt zur Peripherie hin um etwa den Faktor 10 zu, wodurch sich an diesen Stellen Unterschiede in den
κι Stromwerten von 24 μΑ ergeben.
Wegen der geringen Abmessungen der Feldeffekttransistoren ist es möglich, die Abtastschaitungen und
die Codiermatrix zusammen mit den Transistoren in gemeinsamen Fabrikationsschritten in Form einer
ι -, integrierten Schaltung herzustellen. Beispielsweise wäre
die Ausführung der Schaltung in Mesa-Technik möglich. Für das gezeigte Ausführungsbeispiel wäre es zweckmäßig,
die Feldeffekttransistoren an der Oberfläche der Gegenelektrode 2 gemäß F i g. 1 anzuordnen, damit ein
gutes Zusammenwirken mit der als Steuerelektrode dienenden Membran erreicht wird. In diesem Beispiel ist
es zweckmäßig, die Abtastschaltungen und die Codiermatrix in einem gewissen Abstand von der Membran
anzuordnen, um störende Einflüsse des von der Membran ausgehenden elektrischen Feldes auf diese
Schaltungen zu eliminieren.
Aus den oben skizzierten Berechnungen ist ersichtlich, daß die Anordnung relativ empfindlich ist
gegenüber Änderungen in der Vorspannung U0.
Gegegenenfalls müssen Mittel zum Konstanthalten dieser Spannung vorgesehen sein, die dafür sorgen, daß
bei Normaldruck die Membran sich immer in genau der gleichen Lage befindet Zur Unterstützung dieser
Regelung könnten die Feldeffekttransistoren selbst herangezogen werden. Und zwar müßten die beiden
Transistoren, die der obenerwähnten Trennungslinie zwischen leitenden und gesperrten Transistoren bei
Normaldruck benachbart sind (also der letzte gesperrte und der erste leitende, von der Symmetrieachse in
Fig. 1 her gesehen), eine Minimum-Maximum-Regelung für die Vorspannung U0 steuern.
Anschließend sei darauf hingewiesen, daß sich die beschriebene Anordnung gut zur Messung kleiner
relativer Druck- oder Längenänderungen abwandeln läßt, wenn nämlich an die Membran ein mechamischer
Druckgeber angeschlossen wird oder wenn anstelle der elastischen Membran der mechanische Druckgeber
direkt die Steuerfunktion für die Feldeffekttransistoren übernimmt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Geber zur Umwandlung von Druckwellen in digitale elektrische Signale, enthaltend einen nach
dem Prinzip des Kondensator-Mikrophons aufge- s bauten mechanisch-elektrischen Wandler mit einer
der Druckeinwirkung ausgesetzten Membran und einer festen Gegenelektrode, die mit einer die
digitalen elektrischen Signale liefernden Schaltungseinrichtung verbunden ist, dadurch gekenn-
zeichnet, daß in der Gegenelektrode (2) berührungslos
und vorzugsweise elektrisch mit der Membran (1) gekoppelt eine Anzahl Fühl-Schaltelemente
(10 bis 15) enthalten sind, deren Fühlflächen zur Membran (1) hin einen Luftspalt (£>J aufweisen
und deren Leitzustand von der Auslenkung der Membran (1) abhängig ist,
daß die Fühl-Schaltelemente (10 bis 15) so
angeordnet sind, daß sich die Zahl der aktivierten Fühl-Schaltelemente (10 bis 15) in einem bestimmten
Verhältnis zur Gesamtzahl der Fühl-Schaltelemente (10 bis 15) in Abhängigkeit von der Membranauslenkung
(abändert, und
daß jedes der Fühl-Schaltelemente (10 bis 15) ausgangsseitig jeweils mit einem zugeordneten
taktgesteuerten Abtastschalter (20 bis 25) verbunden ist, der bei vorbestimmten Schwellenwerten des
Ausgangssignals vom Fühl-Schaltelement (10 bis 15)
in den »Ein«- oder »Aus«-Schaltzustand schaltet
2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühl-Schaltelemente (10 bis 15)
Feldeffekttransistoren sind, deren Steuerelektrode (6) die Membran (1) bildet und daß zwischen der
Membran (1) und den Quellen- und den Absaugelektroden (4,5) der Feldeffekttransistoren ein Luftspalt
(D) besteht.
3. Geber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) im wesentlichen
kreisförmig ist und daß die Fühl-Schaltelemente (10 bis 15) radial zur Symmetrieachse der no
Membran (1) angeordnet sind.
4. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtast-Generator (30) zeitlich gemeinsam
die Abtastschalter (20 bis 25) steuert und daß die Ausgangssignale der Abtastschalter (20 bis 25) zu
einer Codiermatrix (40) gelangen, die an ihren Ausgängen digitale Signale in einer bestimmten
Codierung liefert.
5. Geber nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschalter (20 >o
bis 25) aus Antivalenz-Schaltungen bestehen.
6. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeffekttransistoren
(10 bis 15), die Abtastschalter (20 bis 25) und die Codiermatrix (40) zu einer integrierten Schaltung
zusammengefaßt sind.
7. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhestellung der Membran (1) bei
Normaldruck durch eine Trennungslinie definiert ist, die durch die verschiedenen Leitzustände von Oo
wenigstens zwei in radialer Richtung eng benachbarter und im Zentrumsbereich der Membran (1)
angeordneter Fühl-Schaltelemente (10,11) bestimmt ist und daß diese Fühl-Schaltelemente (10, 11) mit
einer Schaltungseinrichtung zur Regelung der Vorspannung zwischen der Membran (1) und der
Gegenelektrode (2) verbunden sind.
Diese Erfindung betrifft einen Geber zur Umwandlung von Druckwellen in digitale elektrische Signale,
enthaltend einen nach dem Prinzip des Kondensator-Mikrophons aufgebauten mechanisch-elektrischen
Wandler mit einer der Druckeinwirkung ausgesetzten Membran und einer festen Gegenelektrode, die mit
einer die digitalen elektrischen Signale liefernden Schaltungseinrichtung verbunden ist
Der Zweck dieser Erfindung ist eine Weiterentwicklung derartiger Geber, um mit einer einfacheren, billig
herstellbaren Ausführung der Membranauslenkung entsprechende digitale elektrische Ausgangssignale in
einer bestimmten Codierung zu erhalten.
Solche Geber sind besonders zur Aufnahme und Umwandlung von Schallwellen in elektrische digitale
Signale geeignet Von dieser Umwandlung wird bei der Fernübertragung von Sprache in zunehmendem Maße
Gebrauch gemacht Derartige akustische Geber sind auch zur direkten Eingabe von Informationen, oder
Befehlen in Datenverarbeitungsanlagen, in Steuerungseinrichtungen, für Meßanlagen oder Analysiergeräte
geeignet, bei denen die Eingabeinformation oder der Steuerungsbefchl beispielsweise aus einer Sprache oder
sonstigen Schallwellen besteht Diese Geber sind auch in der Meßtechnik als empfindliche und genaue Wandler
gebräuchlich, welche Druckeinwirkungen oder sehr kleine Membranauslenkungen in entsprechende digitale
elektrische Signale umformen, die dann in Einrichtungen, die dem Geber nachgeschaltet sind, ausgewertet
oder weiter verarbeitet werden.
Akustische Signale werden üblicherweise durch einen analogen elektroakustischen Wandler, z. B. ein Mikrophon,
zunächst in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt. Danach erfolgt häufig, insbesondere bei
kommerzieller Sprachübertragung, eine Digitalisierung dieses elektrischen analogen Signals, also eine Umsetzung
in ein impulscodiertes Signal. Diese Umwandlung und Codierung kann auf die verschiedenste Art
erfolgen. Als ein Beispiel sei die häufig verwendete Puls-Code-Modulation genannt.
Das vorstehend kurz erwähnte Umwandlungs- und Codierverfahren ist jedoch recht umständlich und
gerätemäßig aufwendig. Es wurden deshalb von verschiedenen Entwicklungsstellen Versuche durchgeführt,
die Digitalisierung des zu übertragenden elektrischen Signals bereits früher, nämlich bei der Umsetzung
des akustischen1 in das elektrische Signal vorzunehmen.
Damit ist die Zwischenstufe in der ein vom mechanischelektrischen Wandler erzeugtes analoges Signal vorhanden
ist und dieses in ein digitales elektrisches Signal gewandelt wird, nicht mehr erforderlich. Durch die
Eliminierung dieser Zwischenstufe wird der technische Aufwand für den Geber verringert.
Durch die Schweizer Patentschrift 4 31622 ist ein
Geber zur Umwandlung von akustischen Wellen in elektrische digitale Signale bekannt. Dieser bekannte
Geber besteht aus der Kombination eines Mikrophons mit einem Analog/Digital-Wandler. Bei diesem Geber
wird die Auslenkbewegung von einem eng begrenzten Punkt der Mikrophonmembran in ein analoges elektrisches
Signal transformiert, das zu einem Analog/Digital-Umformer
gelangt und in diesem zu einem digitalen Signal gewandelt wird. Bei diesem bekannten Geber
wird einerseits die Bewegung nur eines Punktes oder nur einer kleinen Teilfläche der Membran ausgenutzt,
andererseits wird die schwingende Masse der Membran durch zusätzliche Hilfsmittel, die mechanisch mit der
Membran verbunden sind, in unerwünschter Weise
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH312968A CH466376A (de) | 1968-03-01 | 1968-03-01 | Anordnung zur Umwandlung von Drücken in digitale elektrische Signale |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1910156A1 DE1910156A1 (de) | 1969-10-23 |
DE1910156B2 DE1910156B2 (de) | 1978-11-30 |
DE1910156C3 true DE1910156C3 (de) | 1979-07-26 |
Family
ID=4249234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1910156A Expired DE1910156C3 (de) | 1968-03-01 | 1969-02-28 | Geber zur Umwandlung von Druckwellen in digitale elektrische Signale |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3626096A (de) |
CH (1) | CH466376A (de) |
DE (1) | DE1910156C3 (de) |
FR (1) | FR1603889A (de) |
GB (1) | GB1248088A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3020247A1 (de) * | 1980-05-28 | 1981-12-03 | Franz Vertriebsgesellschaft mbH, 7634 Kippenheim | Verfahren und anordnung zur umwandlung von schallwellen in digitale elektrische signale mit hilfe von elektroakustischen wandlern |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2175611A1 (de) * | 1972-03-16 | 1973-10-26 | Rybak Boris | |
CH539845A (de) * | 1972-06-30 | 1973-07-31 | Ibm | Elektroakustischer Wandler |
US3958237A (en) * | 1975-03-31 | 1976-05-18 | Gte Laboratories Incorporated | Acoustic to pulse code transducer |
US4395593A (en) * | 1979-11-27 | 1983-07-26 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Acoustic differential digital coder |
US4515997A (en) * | 1982-09-23 | 1985-05-07 | Stinger Jr Walter E | Direct digital loudspeaker |
US4704556A (en) * | 1983-12-05 | 1987-11-03 | Leslie Kay | Transducers |
DE3642055A1 (de) * | 1986-12-09 | 1988-07-07 | Wolfgang Dr Littmann | Einrichtung zur direkten umwandlung von schall in digitale information - digitales mikrofon |
US5490220A (en) * | 1992-03-18 | 1996-02-06 | Knowles Electronics, Inc. | Solid state condenser and microphone devices |
DE69325732T2 (de) * | 1992-03-18 | 2000-04-27 | Knowles Electronics Inc | Festkörper-Kondensatormikrofon |
US5949892A (en) * | 1995-12-07 | 1999-09-07 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of and apparatus for dynamically controlling operating characteristics of a microphone |
US5870482A (en) * | 1997-02-25 | 1999-02-09 | Knowles Electronics, Inc. | Miniature silicon condenser microphone |
JP3377173B2 (ja) * | 1998-02-16 | 2003-02-17 | 松下電器産業株式会社 | ディジタル式電気音響変換器 |
KR20050075659A (ko) * | 2004-01-17 | 2005-07-21 | 삼성전자주식회사 | 디지털 출력을 갖는 압력센서, 그 제조방법 및 그 센싱방법 |
DE102009035973B4 (de) * | 2009-08-04 | 2011-07-07 | Baumer Innotec Ag | Anordnung und Verfahren zur kapazitiven Druckmessung |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3236947A (en) * | 1961-12-21 | 1966-02-22 | Ibm | Word code generator |
DE1252258C2 (de) * | 1965-04-13 | 1974-06-20 | Nach dem elektrostatischen prinzip arbeitender elektroakustischer wandler und verfahren zu seiner herstellung |
-
1968
- 1968-03-01 CH CH312968A patent/CH466376A/de unknown
- 1968-12-30 FR FR1603889D patent/FR1603889A/fr not_active Expired
-
1969
- 1969-02-24 US US801384A patent/US3626096A/en not_active Expired - Lifetime
- 1969-02-28 GB GB00803/69A patent/GB1248088A/en not_active Expired
- 1969-02-28 DE DE1910156A patent/DE1910156C3/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3020247A1 (de) * | 1980-05-28 | 1981-12-03 | Franz Vertriebsgesellschaft mbH, 7634 Kippenheim | Verfahren und anordnung zur umwandlung von schallwellen in digitale elektrische signale mit hilfe von elektroakustischen wandlern |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH466376A (de) | 1968-12-15 |
DE1910156A1 (de) | 1969-10-23 |
DE1910156B2 (de) | 1978-11-30 |
US3626096A (en) | 1971-12-07 |
GB1248088A (en) | 1971-09-29 |
FR1603889A (de) | 1971-06-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1910156C3 (de) | Geber zur Umwandlung von Druckwellen in digitale elektrische Signale | |
DE3642088C2 (de) | ||
AT400653B (de) | Fernbedienungseinrichtung | |
EP1222471B1 (de) | Gebersystem mit einem beschleunigungsgeber und einem positionsgeber | |
DE2807378A1 (de) | Schreibinstrument | |
DE2820425A1 (de) | Zufallrauschgenerator und einen derartigen generator aufweisende stochastische kodiervorrichtung | |
EP0299204B1 (de) | Manuell zu betätigender Positionsgeber | |
DE1276834B (de) | Elektromechanische Vorrichtung zum AEndern der Amplitude eines akustischen Signals | |
DE3685859T2 (de) | Vibrationsempfindlicher transduktor. | |
DE837732C (de) | Verbesserung an Halbleiter-Verstaerkern und Gleichrichtern | |
DE2710049A1 (de) | Ultraschall-zahnbehandlungsgeraet | |
DE1264819B (de) | Piezoelektrischer Druckwandler | |
DE19844676C1 (de) | Mikromechanischer Sensor auf Basis des Feldeffekts und dessen Verwendung | |
DE9212159U1 (de) | Anordnung zur Geometrieerfassung mit Hall-Elementen | |
WO2003044468A1 (de) | Drehschaltereinheit mit zusätzlicher schaltfunktion | |
DE2048714A1 (de) | Einrichtung zur Umwandlung von auf einen Datenträger angebrachten Markierun gen in elektrische Signale | |
DE3788611T2 (de) | Kodeumsetzer mit komplementären Ausgangsspannungen. | |
DE1462161B2 (de) | Druckempfindliches Halbleiterbauelement | |
DE1448881A1 (de) | Digitaler Verschluessler mit Nonius | |
DE1901425A1 (de) | Magnetoelektrischer Wandler | |
DE2325364A1 (de) | Anordnung zum entdecken eines schwachen nutzsignals in rausch- oder stoersignalen | |
DE102019114185B4 (de) | Taktiles Sensorelement | |
EP1306649A1 (de) | Induktive Sensoranordnung zur Erfassung einer Dreh- oder Translationsposition | |
DE102020121337A1 (de) | Piezoelektrischer Wandler und Verfahren zur Einstellung der elektromechanischen Eigenschaften eines piezoelektrischen Wandlers | |
DE3737059A1 (de) | Messumformer mit einem kapazitiven sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |