TW202242354A - Vibration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本申請案涉及聲學領域,特別涉及一種振動感測器。This application relates to the field of acoustics, in particular to a vibration sensor.
本申請案主張於2021年4月23日提交之申請號為202110445739.3的中國專利申請案的優先權,於2021年8月11日提交之申請號為202110917789.7的中國專利申請案的優先權以及於2021年8月11日提交之申請號為202121875653.6的中國專利申請案的優先權,其全部內容通過引用的方式併入本文。This application claims the priority of the Chinese patent application with application number 202110445739.3 filed on April 23, 2021, the priority of the Chinese patent application with application number 202110917789.7 filed on August 11, 2021, and The priority of the Chinese patent application with application number 202121875653.6 filed on August 11, 2021, the entire content of which is incorporated herein by reference.
振動感測器是一種將振動信號轉換為電信號的能量轉換器件。振動感測器的靈敏度會影響到其傳遞聲音的品質,而目前的振動感測器受限於加工難度,普遍器件性能不理想,靈敏度不高。因此希望提供一種具有更高的靈敏度的振動感測器。A vibration sensor is an energy conversion device that converts vibration signals into electrical signals. The sensitivity of the vibration sensor will affect the quality of the sound it transmits. However, the current vibration sensor is limited by the difficulty of processing, and the performance of the general device is not ideal, and the sensitivity is not high. It is therefore desirable to provide a vibration sensor with higher sensitivity.
本發明實施例提供一種振動感測器,所述振動感測器包括:振動單元、殼體和聲學換能器,所述聲學換能器與所述殼體實體連接,所述振動單元設於所述殼體內;所述振動單元包括質量塊、彈性膜和支撐架,所述質量塊與所述支撐架分別與所述彈性膜的兩側實體連接,所述支撐架與所述聲學換能器實體連接;所述支撐架、所述彈性膜和所述聲學換能器形成聲學腔,所述聲學腔與所述聲學換能器聲學連通。An embodiment of the present invention provides a vibration sensor, the vibration sensor includes: a vibration unit, a casing and an acoustic transducer, the acoustic transducer is physically connected to the casing, and the vibration unit is arranged on In the housing; the vibration unit includes a mass block, an elastic membrane and a support frame, the mass block and the support frame are respectively physically connected to both sides of the elastic film, and the support frame is connected to the acoustic transducer The device is physically connected; the support frame, the elastic membrane and the acoustic transducer form an acoustic cavity, and the acoustic cavity is in acoustic communication with the acoustic transducer.
在一些實施例中,所述質量塊沿垂直於所述質量塊的厚度方向的截面面積大於所述聲學腔沿垂直於所述聲學腔的高度方向的截面面積,所述彈性膜沿垂直於所述彈性膜的厚度方向的截面面積大於所述聲學腔沿垂直於所述聲學腔的高度方向的截面面積;所述殼體被配置為基於外部振動信號產生振動;所述質量塊被配置為回應於所述殼體的振動而使得所述彈性膜與所述支撐架相接觸的區域發生壓縮形變,且所述彈性膜能夠振動而使得所述聲學腔的體積發生改變;所述聲學換能器基於所述聲學腔的體積的改變產生電信號。In some embodiments, the cross-sectional area of the proof mass along the direction perpendicular to the thickness of the proof mass is greater than the cross-sectional area of the acoustic cavity along the direction perpendicular to the height of the acoustic cavity, and the elastic membrane is perpendicular to the cross-sectional area of the acoustic cavity The cross-sectional area of the thickness direction of the elastic film is larger than the cross-sectional area of the acoustic cavity along the height direction perpendicular to the acoustic cavity; the housing is configured to vibrate based on an external vibration signal; the mass block is configured to respond Due to the vibration of the housing, the area where the elastic membrane contacts the support frame undergoes compression deformation, and the elastic membrane can vibrate to change the volume of the acoustic cavity; the acoustic transducer An electrical signal is generated based on a change in volume of the acoustic cavity.
在一些實施例中,所述支撐架包括環形結構。In some embodiments, the support frame includes a ring structure.
在一些實施例中,所述質量塊沿垂直於所述質量塊的厚度方向的截面面積大於或等於所述環形結構的外環沿垂直於所述聲學腔的高度方向的截面面積,所述彈性膜沿垂直於所述彈性膜的厚度方向的截面面積大於或等於所述環形結構的外環沿垂直於所述聲學腔的高度方向的截面面積。In some embodiments, the cross-sectional area of the proof mass in the direction perpendicular to the thickness of the proof mass is greater than or equal to the cross-sectional area of the outer ring of the ring structure in the direction perpendicular to the height of the acoustic cavity, and the elasticity A cross-sectional area of the membrane in a direction perpendicular to the thickness of the elastic membrane is greater than or equal to a cross-sectional area of the outer ring of the ring structure in a direction perpendicular to the height of the acoustic cavity.
在一些實施例中,所述質量塊沿垂直於所述質量塊的厚度方向的截面面積等於所述彈性膜沿垂直於所述彈性膜的厚度方向的截面面積。In some embodiments, the cross-sectional area of the mass block along the direction perpendicular to the thickness of the mass block is equal to the cross-sectional area of the elastic membrane along the direction perpendicular to the thickness of the elastic film.
在一些實施例中,所述支撐架為剛性材料。In some embodiments, the support frame is a rigid material.
在一些實施例中,所述支撐架為金屬材料或塑膠材料。In some embodiments, the support frame is made of metal material or plastic material.
在一些實施例中,所述支撐架還包括底板,所述環形結構位於所述底板上,所述環形結構與所述底板一體成型,所述底板上具有通孔;所述聲學換能器上設有進聲孔,所述通孔與所述進聲孔相連通。In some embodiments, the support frame further includes a base plate, the ring structure is located on the base plate, the ring structure is integrally formed with the base plate, and a through hole is formed on the base plate; A sound inlet hole is provided, and the through hole communicates with the sound inlet hole.
在一些實施例中,所述支撐架的厚度為1um至1000um;和/或,所述環形結構的內徑和外徑的差值為1um至300um。In some embodiments, the thickness of the support frame is 1 um to 1000 um; and/or, the difference between the inner diameter and the outer diameter of the annular structure is 1 um to 300 um.
在一些實施例中,所述支撐架的厚度為10um至200um;和/或,所述環形結構的內徑和外徑的差值為10um至100um。In some embodiments, the thickness of the support frame is 10um to 200um; and/or, the difference between the inner diameter and the outer diameter of the annular structure is 10um to 100um.
在一些實施例中,所述彈性膜的厚度為10um至1000um。In some embodiments, the elastic film has a thickness of 10 um to 1000 um.
在一些實施例中,所述彈性膜的厚度為100um至300um。In some embodiments, the thickness of the elastic film is 100um to 300um.
在一些實施例中,所述彈性膜包括泡棉、矽膠和矽橡膠中的至少一種。In some embodiments, the elastic film includes at least one of foam, silicon rubber and silicon rubber.
在一些實施例中,所述質量塊的厚度為10um至1000um。In some embodiments, the mass has a thickness of 10 um to 1000 um.
在一些實施例中,所述質量塊的厚度為100um至300um。In some embodiments, the mass has a thickness of 100um to 300um.
在一些實施例中,所述振動單元還包括另一彈性膜和另一支撐架,所述另一彈性膜與所述質量塊的背離所述彈性膜的一側實體連接,所述另一支撐架與所述另一彈性膜的背離所述質量塊的一側實體連接,所述另一支撐架與所述殼體實體連接。In some embodiments, the vibration unit further includes another elastic membrane and another support frame, the other elastic membrane is physically connected to the side of the mass block away from the elastic membrane, and the other support The frame is physically connected to a side of the other elastic membrane that is away from the mass block, and the other supporting frame is physically connected to the housing.
在一些實施例中,所述另一彈性膜和所述彈性膜相對於所述質量塊呈對稱設置。In some embodiments, the other elastic membrane and the elastic membrane are arranged symmetrically with respect to the proof mass.
在一些實施例中,所述振動感測器還包括密封結構,所述密封結構用於封堵所述彈性膜與所述支撐架之間的縫隙,和/或用於封堵所述支撐架與所述聲學換能器之間的縫隙。In some embodiments, the vibration sensor further includes a sealing structure for sealing the gap between the elastic membrane and the support frame, and/or for sealing the support frame and the gap between the acoustic transducer.
在一些實施例中,所述密封結構包括矽凝膠材料、矽橡膠材料和矽酮膠材料中的至少一種。In some embodiments, the sealing structure includes at least one of silicone gel material, silicone rubber material and silicone glue material.
在一些實施例中,所述密封結構的邵氏硬度小於或等於40HA;和/或,所述密封結構的楊氏模量小於或等於10MPa。In some embodiments, the Shore hardness of the sealing structure is less than or equal to 40HA; and/or, the Young's modulus of the sealing structure is less than or equal to 10 MPa.
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些示例或實施例,對於所屬技術領域中具有通常知識者來講,在不付出進步性努力的前提下,還可以根據這些附圖將本發明應用於其它類似情景。除非從語言環境中顯而易見或另做說明,圖中相同元件符號代表相同結構或操作。In order to more clearly illustrate the technical solutions of the embodiments of the present invention, the following briefly introduces the drawings that need to be used in the description of the embodiments. Apparently, the accompanying drawings in the following description are only some examples or embodiments of the present invention, and for those skilled in the art, the present invention can also be translated according to these drawings without making progressive efforts. The invention applies to other similar scenarios. Unless apparent from context or otherwise stated, like reference symbols in the drawings represent like structures or operations.
應當理解,本文使用的“系統”、“裝置”、“單元”和/或“模組”是用於區分不同級別的不同元件、組件、部件、部分或裝配的一種方法。然而,如果其他詞語可實現相同的目的,則可通過其他表達來替換所述詞語。It should be understood that "system", "device", "unit" and/or "module" as used herein is a method for distinguishing different elements, components, parts, parts or assemblies of different levels. However, the words may be replaced by other expressions if other words can achieve the same purpose.
如說明書和申請專利範圍中所示,除非上下文明確提示例外情形,“一”、“一個”、“一種”和/或“該”等詞並非特指單數,也可包括複數。一般說來,術語“包括”與“包含”僅提示包括已明確標識的步驟和元素,而這些步驟和元素不構成一個排它性的羅列,方法或者設備也可能包含其它的步驟或元素。As indicated in the specification and claims, words such as "a", "an", "an" and/or "the" do not refer to the singular, and may also include the plural, unless the context clearly indicates an exception. Generally speaking, the terms "comprising" and "comprising" only suggest the inclusion of clearly identified steps and elements, and these steps and elements do not constitute an exclusive list, and the method or device may also contain other steps or elements.
本發明中使用了流程圖用來說明根據本發明的實施例的系統所執行的操作。應當理解的是,前面或後面操作不一定按照順序來精確地執行。相反地,可以按照倒序或同時處理各個步驟。同時,也可以將其他操作添加到這些流程中,或從這些過程移除某一步驟或數個步驟的操作。The flow chart is used in the present invention to illustrate the operations performed by the system according to the embodiment of the present invention. It should be understood that the preceding or following operations are not necessarily performed in the exact order. Instead, various steps may be processed in reverse order or simultaneously. At the same time, other operations can also be added to these processes, or operations of a certain step or several steps can be removed from these processes.
本發明實施例中提供了一種振動感測器。該振動感測器的振動單元可以包括質量塊、彈性膜和支撐架,質量塊與支撐架可以分別與彈性膜的兩側實體連接,支撐架可以與聲學換能器實體連接,支撐架、彈性膜和聲學換能器形成聲學腔。質量塊沿垂直於質量塊的厚度方向的截面面積以及彈性膜沿垂直於彈性膜的厚度方向的截面面積可以均大於聲學腔沿垂直於聲學腔的高度方向的截面面積,可以大於聲學腔沿垂直於聲學腔的高度方向的截面面積。通過這樣的設置,質量塊回應於殼體的振動會使得彈性膜與支撐架相接觸的區域發生壓縮形變,從而進行振動的拾取和傳遞,這樣的振動拾取和傳遞方式可以提升振動感測器的靈敏度。另外,支撐架採用剛性材料,便於加工,能夠獲得更精確地限制聲學腔的高度,也有效提高了振動感測器的靈敏度,還能夠使得振動單元的加工製程得到簡化,加工效率提高。An embodiment of the present invention provides a vibration sensor. The vibration unit of the vibration sensor can include a mass block, an elastic film and a support frame, the mass block and the support frame can be physically connected to both sides of the elastic film respectively, the support frame can be physically connected with the acoustic transducer, the support frame, the elastic The membrane and the acoustic transducer form an acoustic cavity. The cross-sectional area of the mass block along the thickness direction perpendicular to the mass block and the cross-sectional area of the elastic film along the thickness direction perpendicular to the elastic film can be larger than the cross-sectional area of the acoustic cavity along the height direction perpendicular to the acoustic cavity, and can be larger than the acoustic cavity along the vertical The cross-sectional area in the height direction of the acoustic cavity. With such an arrangement, the mass block responds to the vibration of the housing, causing compression deformation in the contact area between the elastic membrane and the support frame, thereby carrying out vibration pickup and transmission. This vibration pickup and transmission method can improve the performance of the vibration sensor. sensitivity. In addition, the support frame is made of rigid material, which is easy to process, can more accurately limit the height of the acoustic cavity, effectively improves the sensitivity of the vibration sensor, and simplifies the processing process of the vibration unit and improves the processing efficiency.
圖1是根據本發明一些實施例所示的振動感測器的示意圖。如圖1所示,振動感測器100可以包括振動單元110、聲學換能器120和殼體130。在一些實施例中,振動單元110、聲學換能器120和殼體130之間可以通過實體連接方式來連接,例如,焊接、卡接、膠接或一體成型等或其任意組合。FIG. 1 is a schematic diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention. As shown in FIG. 1 , the
在一些實施例中,振動感測器100可以應用於麥克風(例如,氣傳導麥克風或骨傳導麥克風)。當作為麥克風使用時,振動感測器100可以接收使用者說話時產生的骨骼、皮膚等組織的振動信號或空氣的振動信號,並將該振動信號轉換為包含聲音資訊的電信號。在一些實施例中,振動感測器100可以應用於耳機(例如,空氣傳導耳機和骨傳導耳機)、助聽器、輔聽器、眼鏡、頭盔、擴增實境(AR)設備、虛擬實境(VR)設備等或其任意組合。In some embodiments, the
殼體130可以是內部中空的結構,振動單元110可以位於殼體內,殼體130可以與聲學換能器120實體連接。在一些實施例中,殼體130被配置為基於外部振動信號產生振動,並能夠將該振動傳遞給振動單元110。在一些實施例中,殼體130的形狀可以為長方體、圓柱體、圓臺等規則或不規則形狀的立體結構。在一些實施例中,殼體130的材料可以包括金屬(例如,銅、不銹鋼等)、合金、塑膠等或其任意組合。在一些實施例中,殼體130可以具有一定的厚度以保證足夠的強度,從而更好的保護設置在殼體內的振動感測器100的部件(例如,振動單元110)。The
振動單元110可以被配置為接收、傳遞和轉換振動信號。在一些實施例中,至少部分振動單元110與聲學換能器120可以形成聲學腔。聲學腔可以與聲學換能器120聲學連通。聲學連通可以是能夠傳遞聲壓、聲波或振動信號的連通方式。振動感測器100工作時,振動單元110可以回應於殼體130的振動而振動,並將該振動通過聲學腔傳遞給聲學換能器120。The
聲學換能器120被配置為接收振動信號並將接收的振動信號轉換為電信號。在一些實施例中,聲學換能器120可以基於聲學腔體積的變化產生電信號。The
關於振動感測器100的詳細描述可以參考圖2至圖12的詳細描述。For a detailed description of the
應當注意的是,上述有關振動感測器100及其部件的描述僅僅是為了示例和說明,而不限定本說明書的適用範圍。對於所屬領域中具有通常知識者來說,在本說明書的指導下可以對振動感測器100進行各種修正和改變。在一些實施例中,振動感測器100還可以包括其他部件,例如,電源、引線等,以為聲學換能器120提供電能、輸出電信號等。這些修正和改變仍在本發明的範圍之內。It should be noted that the above description about the
圖2是根據本發明一些實施例所示的振動感測器200的結構示意圖。如圖2所示,振動感測器200可以包括殼體210、振動單元220和聲學換能器260。在一些實施例中,殼體210可以與聲學換能器260連接以合圍成中空結構。殼體210和聲學換能器260之間的連接方式可以是實體連接。在一些實施例中,振動單元220可以位於該合圍的中空結構內。殼體210被配置為基於外部振動信號產生振動,振動單元220能夠拾取、轉化並傳遞振動(例如,將振動轉換為聲學腔內空氣的壓縮),以使得聲學換能器260產生電信號。FIG. 2 is a schematic structural diagram of a
在一些實施例中,振動單元220可以包括質量塊221、彈性膜222和支撐架223。質量塊221與支撐架223分別與彈性膜222的兩側實體連接。例如,質量塊221和支撐架223可以分別與彈性膜222的上表面和下表面連接。支撐架223與聲學換能器260實體連接,例如,支撐架223可以是上端與彈性膜222的下表面相連,而其下端與聲學換能器260相連。支撐架223、彈性膜222和聲學換能器260可以形成聲學腔224。例如,如圖2所示,聲學腔224可以由彈性膜222、聲學換能器260以及包括環形結構的支撐架223形成。再例如,如圖5所示,聲學腔224可以由彈性膜222、聲學換能器260以及包括環形結構和底板的支撐架223形成。聲學腔224與聲學換能器260聲學連通。例如,聲學換能器260上可以設有進聲孔261,進聲孔261可以是指聲學換能器260上用於接收聲學腔體積變化信號的孔,聲學腔224可以與聲學換能器260上設置的進聲孔261相連通。聲學腔224與聲學換能器260的聲學連通可以使得聲學換能器260感應聲學腔224的體積的改變,並基於聲學腔224的體積的改變產生電信號。通過這樣的設置,殼體210基於外部振動信號產生振動,質量塊221被配置為回應於殼體210的振動而致使彈性膜222改變聲學腔224的體積,聲學換能器260基於聲學腔224的體積的改變產生電信號。質量塊221、彈性膜222和支撐架共同構成質量-彈簧-阻尼系統,這樣的振動單元220可以有效提高振動感測器的靈敏度。In some embodiments, the
在一些實施例中,質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向(如圖2中箭頭的方向)的截面面積大於聲學腔224沿垂直於聲學腔224的高度方向(如圖2中箭頭的方向)的截面面積。在一些實施例中,彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向的截面面積大於聲學腔224沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積。質量塊221被配置為回應於殼體210的振動而使得彈性膜222與支撐架223相接觸的區域發生壓縮形變,且彈性膜222能夠振動而使得聲學腔224的體積發生改變。聲學換能器260基於聲學腔224的體積的改變產生電信號。In some embodiments, the cross-sectional area of the
需要說明的是,當聲學腔224沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積隨著高度不同而出現變化時,本說明書中所述的聲學腔224沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積可以是指,聲學腔224的靠近彈性膜222的一側的沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面的面積。It should be noted that when the cross-sectional area of the
在另一些實施例中,質量塊沿垂直於質量塊的厚度方向的截面面積小於聲學腔沿垂直於聲學腔的高度方向的截面面積,具體請參見圖11及其相關說明。In some other embodiments, the cross-sectional area of the proof mass along the direction perpendicular to the thickness of the proof mass is smaller than the cross-sectional area of the acoustic cavity along the direction perpendicular to the height of the acoustic cavity. Please refer to FIG. 11 and related descriptions for details.
圖3是根據本發明一些實施例所示的彈性膜和支撐架的連接示意圖。如圖2和圖3所示,當質量塊221振動時,只有彈性膜222與支撐架223接觸的區域250發生壓縮形變,彈性膜222與支撐架223的接觸部分等效於彈簧,這樣的結構能夠增加振動感測器200的靈敏度(具體請參見圖10、圖11和圖12的相關說明)。Fig. 3 is a schematic diagram of the connection between the elastic membrane and the support frame according to some embodiments of the present invention. As shown in Figures 2 and 3, when the
振動感測器200可以將振動信號轉換為電信號。僅作為示例,外部振動信號可以包括人說話時的振動信號、皮膚隨人體運動或隨靠近皮膚的其他設備(例如揚聲器)工作等原因產生的振動信號、與振動感測器200接觸的物體產生的振動信號等,或其任意組合。振動感測器200工作時,外部振動信號可以通過殼體210傳遞到振動單元220,回應於殼體210的振動,振動單元220的質量塊221在彈性膜222的帶動下發生振動。質量塊221和彈性膜222的振動可以引起聲學腔224的體積變化,聲學換能器260可以基於聲學腔240的體積變化將振動信號轉換為電信號。進一步地,聲學換能器260產生的電信號可以傳遞到外部電子設備。例如,聲學換能器260可以與外部電子設備的內部元件(例如,處理器)有線連接(例如,電連接)或無線連接。聲學換能器260產生的電信號可以通過有線或無線的方式傳遞到外部電子設備。在一些實施例中,外部電子設備可以包括行動設備、可穿戴設備、虛擬實境設備、擴增實境設備等,或其任意組合。在一些實施例中,行動設備可以包括智慧手機、平板電腦、個人數位助理(PDA)、遊戲裝置、導航設備等,或其任何組合。在一些實施例中,可穿戴設備可以包括智慧手環、耳機、助聽器、智慧頭盔、智能手錶、智能服裝、智慧背包、智慧配件等,或其任意組合。在一些實施例中,虛擬實境設備和/或擴增實境設備可以包括虛擬實境頭盔、虛擬實境眼鏡、虛擬實境眼罩、擴增實境頭盔、擴增實境眼鏡、擴增實境眼罩等或其任何組合。例如,虛擬實境設備和/或擴增實境設備可以包括Google Glass、Oculus Rift、Hololens、Gear VR等。The
在一些實施例中,如圖2所示,聲學腔224可以與聲學換能器260的進聲孔261直接連通,以形成聲學腔和聲學換能器的聲學連接。在另一些實施例中,如圖5和圖6所示,可以通過在支撐架223上設置的通孔使得聲學腔224與聲學換能器260的進聲孔261連通,以形成聲學腔224和聲學換能器260的聲學連接。In some embodiments, as shown in FIG. 2 , the
在一些實施例中,支撐架223上的通孔的截面積可以與聲學換能器260的進聲孔261的截面積不同。在一些實施例中,支撐架223上的通孔的截面形狀可以與聲學換能器260的進聲孔261的截面形狀不同。在一些實施例中,支撐架223上的通孔可以與聲學換能器260的進聲孔261的截面積不同而截面形狀相同。例如通孔的截面積可以小於進聲孔261的截面積,通孔的截面形狀和進聲孔的截面形狀都是圓形。在一些實施例中,支撐架223上的通孔與聲學換能器260的進聲孔261可以對齊設置。例如,通孔的中心軸線與進聲孔261的中心軸線可以完全重合。在一些實施例中,支撐架223上的通孔與聲學換能器260的進聲孔261可以不對齊設置。例如,通孔的中心軸線與進聲孔261的中心軸線之間可以間隔一定的距離。應當注意,如圖2所示的單個進聲孔261的描述僅用於說明,並不意在限制本發明的範圍。應當理解,振動感測器200可以包括一個以上的進聲孔261。例如,振動感測器200可以包括佈置成陣列的多個進聲孔261。In some embodiments, the cross-sectional area of the through hole on the
在一些實施例中,質量塊221與彈性膜222的實體連接方式、支撐架223與彈性膜222的實體連接方式以及支撐架223與聲學換能器260的實體連接方式可以包括焊接、膠接等或其任意組合。In some embodiments, the physical connection between the
在一些實施例中,彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向的截面形狀可以為矩形、圓形、六邊形或不規則形狀等,在一些實施例中,質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面形狀可以為矩形、圓形、六邊形或不規則形狀等。在一些實施例中,彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向的截面形狀與質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面形狀可以相同。在另一些實施例中,在一些實施例中,彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向的截面形狀與質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面形狀可以不同。In some embodiments, the cross-sectional shape of the
在一些實施例中,彈性膜222可以為具有一定黏性的材料,分別粘接質量塊221和支撐架223。在一些實施例中,彈性膜222可以為具有良好彈性(即易發生彈性形變)的材料,使得振動單元220可以回應於殼體210的振動而振動。僅作為示例,彈性膜222的材料可以包括泡棉、聚二甲基矽氧烷、矽橡膠、矽膠等或其任意組合。In some embodiments, the
在一些實施例中,彈性膜222的厚度a可以是彈性膜222的下表面與其上表面之間的距離。在一些實施例中,彈性膜222的厚度a可以大於第一厚度閾值(例如,10um)。在一些實施例中,彈性膜222的厚度a可以小於第二厚度閾值(例如,1000um)。例如,彈性膜222的厚度a可以為10um~1000um。又例如,彈性膜222的厚度a可以為20um~900um。又例如,彈性膜222的厚度a可以為30um~800um。又例如,彈性膜222的厚度a可以為40um~700um。又例如,彈性膜222的厚度a可以為50um~600um。又例如,彈性膜222的厚度a可以為60um~500um。又例如,彈性膜222的厚度a可以為70um~400um。又例如。又例如,彈性膜222的厚度a可以為100um~300um。In some embodiments, the thickness a of the
在一些實施例中,質量塊221的材料可以為密度大於一定密度閾值(例如,8g/cm3)的材料。例如,質量塊221的材料可以為金屬、合金等。僅作為示例,質量塊221的材料可以包括鉛、銅、銀、錫、不銹鋼等或其任意組合。由於質量塊221的材料的密度越高,尺寸則越小,因此用密度大於一定密度閾值的材料製作質量塊221,可以在一定程度上降低振動感測器200的尺寸。在一些實施例中,質量塊221的材料密度為8g/cm3~100g/cm3。較佳地,質量塊221的材料密度為8g/cm3~70g/cm3。更佳地,質量塊221的材料密度為8g/cm3~50g/cm3。更佳地,質量塊221的材料密度為8g/cm3~30g/cm3。在一些實施例中,質量塊221和彈性膜222可以是由不同種材料所組成,再通過實體連接(例如,膠接)等方式連接在一起。在一些實施例中,質量塊221和彈性膜222也可以是由同種材料組成,通過一體成型方式製成。In some embodiments, the material of the
質量塊221的厚度b可以是質量塊221的下表面與其上表面之間的距離。在一些實施例中,質量塊221的厚度b可以大於第三厚度b閾值(例如,10um)。在一些實施例中,質量塊221的厚度b可以小於第四厚度b閾值(例如,1000um)。例如,質量塊221的厚度b可以為10um-1000um。又例如,質量塊221的厚度b可以為20um-900um。又例如,質量塊221的厚度b可以為30um-800um。又例如,質量塊221的厚度b可以為40um-700um。又例如,質量塊221的厚度b可以為50um-600um。又例如,質量塊221的厚度b可以為60um-500um。又例如,質量塊221的厚度b可以為70um-400um。又例如,質量塊221的厚度b可以為100um-300um。The thickness b of the
在一些實施例中,支撐架223可以為剛性材料(例如,金屬、塑膠等),以支撐彈性膜222和質量塊221。通過將支撐架223設置為剛性材料,剛性的支撐架223與彈性膜222和質量塊221配合而改變聲學腔的體積,剛性的支撐架223便於加工,可以加工出厚度更小的的支撐架223,從而更加便於精確地限制聲學腔224的高度(如可以使得聲學腔224的高度更小),從而提高振動感測器220的靈敏度。僅作為示例,支撐架223的材料可以包括銅、不銹鋼、合金、塑膠等或其任意組合。In some embodiments, the
支撐架223的厚度c可以是支撐架223的下表面與其上表面之間的距離。在一些實施例中,支撐架223的厚度c可以大於第五厚度c閾值(例如,1um)。在一些實施例中,支撐架223的厚度c可以小於第六厚度c閾值(例如,1000um)。例如,支撐架223的厚度c可以為1um~1000um。再例如,支撐架223的厚度c可以為2um~900um。再例如,支撐架223的厚度c可以為3um~800um。再例如,支撐架223的厚度c可以為4um~700um。再例如,支撐架223的厚度c可以為5um~600um。再例如,支撐架223的厚度c可以為6um~500um。再例如,支撐架223的厚度c可以為7um~400um。再例如,支撐架223的厚度c可以為8um~300um。再例如,支撐架223的厚度c可以為10um~200um。The thickness c of the
在一些實施例中,聲學腔224的高度可以等於支撐架223的厚度。在另一些實施例中,聲學腔224的高度可以小於支撐架223的厚度。In some embodiments, the height of the
在一些實施例中,支撐架223可以包括環形結構。支撐架223包括環形結構可以是支撐架223本身為環形結構(如圖2所示),也可以是支撐架223包括環形結構和底板(具體請參見圖5和圖6及其相關說明),還可以是支撐架223包括環狀結構和其他結構。當支撐架223包括環狀結構時,聲學腔224可以位於環形結構的中空部分,彈性膜222可以設於環形結構的上方,並封閉環形結構的中空部分,以形成聲學腔224。In some embodiments, the
可以理解地,環形結構可以包括圓環形結構、三角環形結構、矩形環形結構、六邊形環形結構以及不規則環形結構等。在本發明中,環形結構可以包括內邊緣以及環繞在內邊緣外的外邊緣。環形的內邊緣和外邊緣的形狀可以一樣。例如,環形結構的內邊緣和外邊緣可以均為圓形,此時的環形結構即為圓環形結構;又例如,環形結構的內邊緣和外邊緣可以均為六邊形,此時的環形結構即為六邊形環形。環形結構的內邊緣和外邊沿的形狀可以不同。例如,環形結構的內邊緣可以為圓形,環形結構的外邊緣可以為矩形。It can be understood that the ring structure may include a circular ring structure, a triangular ring structure, a rectangular ring structure, a hexagonal ring structure, an irregular ring structure and the like. In the present invention, the annular structure may include an inner edge and an outer edge surrounding the inner edge. The shape of the inner and outer edges of the ring can be the same. For example, the inner edge and the outer edge of the ring structure can be both circular, and the ring structure at this time is a circular ring structure; The structure is a hexagonal ring. The shape of the inner and outer edges of the annular structure can be different. For example, the inner edge of the annular structure may be circular, and the outer edge of the annular structure may be rectangular.
質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面面積大於聲學腔224沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積,可以理解為質量塊221可以將聲學腔224的上端開口(如圖2所示出)完全覆蓋。彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向的截面面積可以大於聲學腔224沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積,可以理解為質量塊221與彈性膜222可以將聲學腔224的上端開口(如圖2所示出)完全覆蓋。通過質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面面積、質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面面積以及彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向的截面面積的設計,可以使得振動單元220發生變形的區域為彈性膜222與支撐架223相接觸的區域。The cross-sectional area of the
在一些實施例中,質量塊221的外邊緣以及彈性膜222的外邊緣可以均位於支撐架223上。僅作為示例,當支撐架223包括環形結構時,質量塊221的外邊緣以及彈性膜222的外邊緣可以均位於環形結構的上表面,或質量塊221的外邊緣以及彈性膜222的外邊緣可以與環形結構的外環齊平。在一些實施例中,質量塊221的外邊緣以及彈性膜222的外邊緣可以均位於支撐架223的外側。例如,當支撐架223包括環形結構時,質量塊221的外邊緣以及彈性膜222的外邊緣可以均位於環形結構的外環的外側。In some embodiments, the outer edge of the
在一些實施例中,當支撐架223為環形結構時,質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面面積可以大於環形結構的外環沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積,彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向的截面面積可以大於環形結構的外環沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積。在一些實施例中,質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面面積可以等於環形結構的外環沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積,彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向的截面面積可以等於環形結構的外環沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積。In some embodiments, when the
在一些實施例中,環形結構的內徑和外徑的差值可以大於第一差值閾值(例如,1um)。在一些實施例中,環形結構的內徑和外徑的差值可以小於第二差值閾值(例如,300um)。例如,環形結構的內徑和外徑的差值可以為1um~300um。又例如,環形結構的內徑和外徑的差值可以為5um~200um。又例如,環形結構的內徑和外徑的差值可以為10um~100um。通過限定環形結構的內徑和外徑的差值,可以限定彈性膜222與支撐架223相接觸的區域的面積,因此,通過將環形結構的內徑和外徑的差值設置在上述範圍內,可以提高振動感測器的靈敏度。In some embodiments, the difference between the inner and outer diameters of the annular structure may be greater than a first difference threshold (eg, 1 um). In some embodiments, the difference between the inner and outer diameters of the annular structure may be less than a second difference threshold (eg, 300um). For example, the difference between the inner diameter and the outer diameter of the annular structure may be 1 um~300 um. For another example, the difference between the inner diameter and the outer diameter of the annular structure may be 5 um-200 um. For another example, the difference between the inner diameter and the outer diameter of the annular structure may be 10 um-100 um. By limiting the difference between the inner diameter and the outer diameter of the annular structure, the area of the contact area between the
質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面面積與環形結構的外環沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積的大小關係,以及彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向的截面面積與環形結構的外環沿垂直於聲學腔224的高度方向的截面面積的大小關係,可以改變彈性膜222與支撐架223相接觸的區域的大小,從而改變發生壓縮形變的區域的面積。該區域的面積大小可以影響振動單元220的等效剛度,從而影響振動單元220的諧振頻率。通過調節發生壓縮形變的區域的面積大小,可以調節振動單元220的等效剛度,從而調節振動單元220的諧振頻率,以改善振動感測器200的靈敏度。The size relationship between the cross-sectional area of the
在一些實施例中,為了便於加工,質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面面積可以基本等於彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向的截面面積。通過這樣的設置,質量塊221和彈性膜222可以在加工過程中共同進行切割,從而提高生產效率。In some embodiments, to facilitate processing, the cross-sectional area of the
圖4是根據本發明一些實施例所示的振動感測器的頻率響應曲線圖。如圖4所示,其示出了圖2所示的振動感測器的頻率響應曲線,其橫坐標為振動頻率(單位Hz),縱坐標為振動感測器的靈敏度(單位dB)。如圖4所示,在振動頻率為400Hz-1000Hz的範圍內,所述振動感測器200的靈敏度約在-16dB至-13dB。振動感測器200與其他結構的振動感測器相比,振動感測器200在相同的頻率範圍內的靈敏度較高。FIG. 4 is a frequency response graph of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention. As shown in FIG. 4 , it shows the frequency response curve of the vibration sensor shown in FIG. 2 , where the abscissa is the vibration frequency (in Hz), and the ordinate is the sensitivity of the vibration sensor (in dB). As shown in FIG. 4 , within the vibration frequency range of 400Hz-1000Hz, the sensitivity of the
圖5是根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖,圖6是根據圖5所示的支撐架的結構示意圖。如圖5所示,振動感測器500可以包括殼體510、振動單元520和聲學換能器560。振動單元520可以包括質量塊521、彈性膜522和支撐架523。彈性膜522、支撐架523和聲學換能器560可以形成聲學腔524。圖5中上述各部件的設置方式、尺寸、形狀等可以與圖2所示的振動感測器200的對應部件類似。如圖5和圖6所示,振動感測器500支撐架523包括環形結構523-1和底板523-2,環形結構523-1位於底板523-2上。底板上523-2具有通孔523-3,通孔523-3用於與進聲孔相連通,以使得聲學腔524能夠與聲學換能器560聲學連通。在一些實施例中,環形結構523-1與底板523-2可以是一體成型結構,環形結構523-1和底板523-2可以通過衝壓成型的方式進行製造。Fig. 5 is a schematic structural diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention, and Fig. 6 is a schematic structural diagram of a support frame shown in Fig. 5 . As shown in FIG. 5 , the
圖7是根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖,如圖7所示,振動感測器700可以包括殼體710、振動單元720和聲學換能器760。振動單元720可以包括質量塊721、彈性膜722、支撐架723和聲學腔724。圖7中上述各部件的設置方式、尺寸、形狀等可以與圖5所示的振動感測器500的對應部件類似。如圖7所示,振動感測器700還包括密封結構730。密封結構730可以用於封堵彈性膜722與支撐架723之間的縫隙,密封結構730也可以用於封堵支撐架723與聲學換能器760之間的縫隙。密封結構730可以有效防止聲學腔724漏氣,從而有效提高振動感測器的靈敏度。在一些實施例中,密封結構730可以環繞設置在支撐架723外。在圖7所示的實施例中,振動感測器700的振動單元720包括底板723-2和環形結構723-1的支撐架723,密封結構730可以環繞設置在環形結構723-1外。可以理解地,密封結構也可以應用在圖2中所示的本身為環狀結構的支撐架上。FIG. 7 is a schematic structural diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention. As shown in FIG. 7 , the
在一些實施例中,密封結構730包括矽凝膠材料、矽橡膠材料和矽酮膠材料中的一種或其任意組合。在一些實施例中,密封結構730的邵氏硬度小於或等於預設硬度閾值。例如,密封結構730的邵氏硬度小於或等於40HA。再例如,密封結構730的邵氏硬度小於或等於25HA。在一些實施例中,密封結構730的楊氏模量可以小於或等於預設模量值。例如,密封結構730的楊氏模量可以小於或等於10MPa。再例如,密封結構730的楊氏模量可以小於或等於1MPa。通過對密封結構730的邵氏硬度和/或楊氏模量進行設置,可以保證密封結構730的密封效果。In some embodiments, the sealing
圖8是根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖,如圖8所示,振動感測器800可以包括殼體810、振動單元820和聲學換能器860。振動單元820可以包括質量塊821、彈性膜822和支撐架823。彈性膜822、支撐架823和聲學換能器860能夠形成聲學腔824。圖8中上述各部件的設置方式、尺寸、形狀等可以與圖2所示的振動感測器200的對應部件類似。振動單元820還可以包括另一彈性膜825和另一支撐架826,另一彈性膜825與質量塊821的背離彈性膜822的一側實體連接,另一支撐架826與另一彈性膜825的背離質量塊821的一側實體連接。也就是說,另一支撐架826和質量塊821可以分別實體連接於另一彈性膜825的兩側。另一支撐架826與殼體810實體連接。通過另一支撐架826和另一彈性膜825的設置,可以降低振動感測器800的橫向靈敏度,提高振動感測器800的縱向靈敏度,從而提高靈敏度的方向選擇性。另一彈性膜825與圖2中所示的彈性膜222的材料和設置方式類似,另一支撐架826與圖2所示的支撐架223的材料類似。支撐架823和另一支撐架826的結構可以相同,也可以不同。例如,支撐架823和另一支撐架826均可以本身為環形結構。又例如,支撐架823可以包括底板和環形結構,而另一支撐架826可以本身為環形結構。FIG. 8 is a schematic structural diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention. As shown in FIG. 8 , the
在一些實施例中,另一彈性膜825沿垂直於另一彈性膜825厚度方向的截面面積與彈性膜822沿垂直於彈性膜822厚度方向的截面面積可以完全相同。在一些實施例中,另一彈性膜825沿垂直於另一彈性膜825厚度方向的截面形狀與彈性膜822沿垂直於彈性膜822厚度方向的截面形狀可以相同,而上述截面面積可以略有不同。In some embodiments, the cross-sectional area of the other
在一些實施例中,另一彈性膜825和彈性膜822相對於質量塊821呈對稱設置。對稱設置可以理解為彈性膜822和另一彈性膜825的位置分別位於質量塊821的兩側,且彈性膜822的厚度和另一彈性膜825的厚度相同,且彈性膜822的沿垂直於彈性膜822厚度方向的截面面積與另一彈性膜825的沿垂直於另一彈性膜825厚度方向的截面的面積相同。如圖8所示,另一彈性膜825和彈性膜822可以分別固定於質量塊的上下表面。In some embodiments, the other
圖9是根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖。如圖9所示,振動感測器900可以包括振動單元920、殼體910和聲學換能器960,聲學換能器960與殼體910實體連接,振動單元920可以設於殼體910內;振動單元可以包括質量塊921、彈性支撐件922和聲學腔923,彈性支撐件922兩端分別與質量塊921和聲學換能器960實體連接。在一些實施例中,彈性支撐件922可以為具有一定彈性的材料。例如,包括聚四氟乙烯、聚二甲基矽氧烷等高分子彈性材料。聲學腔923可以由質量塊921、彈性支撐件922和聲學換能器960形成。聲學腔923與聲學換能器960聲學連通,例如,聲學腔923與聲學換能器960的進聲孔相連通。殼體910被配置為基於外部振動信號產生振動。質量塊921被配置為回應於殼體910的振動而使得彈性支撐件922與質量塊921接觸的區域發生壓縮形變,且質量塊921能夠振動而使得聲學腔923的體積發生改變,聲學換能器960基於聲學腔923的體積的改變產生電信號。由於彈性支撐件922為彈性材料製成,其加工難度可能較大。Fig. 9 is a schematic structural diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention. As shown in Figure 9, the
與圖9所示的振動感測器900相比,圖2所示的振動感測器200將圖9所示的振動感測器900的彈性支撐件922替換為支撐架223加彈性膜222的結構。支撐架223可以由剛性材料製成,支撐架223和彈性膜222的加工難度低於彈性支撐件922的加工難度,從而使得支撐架223的尺寸加工精度更高。在一些實施例中,支撐架223的厚度可以比彈性支撐件922的厚度更小,從而使得振動感測器200的聲學腔224的尺寸更小,從而使得振動感測器200的靈敏度更高。以環狀的支撐架223和環狀的彈性支撐件922為例,由於支撐架223的加工難度較低,支撐架223的沿垂直於其的厚度方向的截面面積可以比彈性支撐件922沿垂直於其厚度方向的截面面積製造得更小,這使得產生壓縮形變的面積更小,以使得振動感測器200的振動元件220的等效剛度更小,更小的等效剛度意味著更小的諧振頻率,從而使得振動感測器200的靈敏度更高。壓縮形變的面積與等效剛度之間的關係的具體說明,請見下文:Compared with the
彈性區域的總體等效剛度k為k=(𝐸×𝑆)/ℎ,其中E表示楊氏模量,S表示形變區域面積,h表示彈性膜222的厚度。因此,形變區域面積的減小可以使得等效剛度減小,從而使得諧振頻率減小,以達到提高靈敏度的效果。The overall equivalent stiffness k of the elastic region is k=(𝐸×𝑆)/ℎ, where E represents Young's modulus, S represents the area of the deformed region, and h represents the thickness of the
以圖2中所示的振動感測器200的靈敏度計算方法為例,振動感測器200的靈敏度可以正比於聲學腔224的氣壓變化與聲學腔224的初始氣壓的比值,或者正比於聲學腔224的體積變化與聲學腔224的初始體積的比值。例如,振動感測器200的靈敏度s可以表示為:
s∝∆p/p0=∆V/V0 (1),
Taking the sensitivity calculation method of the
其中,∆p為聲學腔224的氣壓變化,p0為聲學腔224的初始氣壓,∆V為聲學腔224體積變化,V0為聲學腔224的初始體積。在一些實施例中,聲學換能器260可以包括至少一個進聲孔,聲學腔224的初始體積V0包括至少一個進聲孔的體積。Wherein, Δp is the air pressure change of the
圖10是本發明一些實施例所示的振動感測器200的振動示意圖,如圖10所示,質量塊221的厚度方向、彈性膜222的厚度方向、支撐架223的厚度方向以及聲學腔224的高度方向可以與振動方向基本平行。由於質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向(平行於質量塊221的振動方向)的截面面積和彈性膜222沿垂直於彈性膜222的厚度方向(平行於質量塊的振動方向)的截面面積均大於聲學腔224沿垂直於聲學腔224的高度方向(平行於質量塊的振動方向)的截面面積,質量塊221沿其振動方向上下振動引起聲學腔224的體積發生變化。由於質量塊221引起的聲學腔224的體積變化的形狀可以近似為筒形(或長方體形),則聲學腔224的體積變化∆V可以表示為:
∆V≈∆hA0 (2),
FIG. 10 is a schematic diagram of the vibration of the
其中,∆h為質量塊的振動幅度,A0為聲學腔224在垂直於質量塊的振動方向的截面面積。Wherein, ∆h is the vibration amplitude of the mass block, and A0 is the cross-sectional area of the
進一步,根據公式(1)和(2),振動感測器200的靈敏度s可以表示為:
s∝∆p/p0=∆hA0/V0 (3),
Further, according to formulas (1) and (2), the sensitivity s of the
其中,∆p為聲學腔224的氣壓變化,p0為聲學腔224的初始氣壓,V0為聲學腔224的初始體積。在一些實施例中,聲學換能器260可以包括至少一個進聲孔261,聲學腔224的初始體積V0包括至少一個進聲孔261的體積。Wherein, Δp is the air pressure change of the
從公式(3)可以看出,振動感測器200的靈敏度可以正比於質量塊221的振動幅度∆h和聲學腔224在垂直於質量塊221的振動方向的截面面積A0的乘積與聲學腔224的初始體積V0的比值。在諧振頻率一定的情況下,由於振動感測器221的靈敏度反比於聲學腔224的初始體積,減小聲學腔224的高度可以提高振動感測器200的靈敏度。It can be seen from formula (3) that the sensitivity of the
在一些實施例中,可以通過對振動感測器200的結構參數的設計使振動感測器200的靈敏度s大於預設靈敏度閾值。例如,可以通過設計振動感測器200的結構參數設計振動感測器200的諧振頻率,從而影響質量塊221的振動幅度∆h,以使振動感測器200的靈敏度達到需求。在一些實施例中,可以通過設置聲學腔224的初始體積V0和/或聲學腔224在垂直於質量塊221的振動方向的截面面積A0使振動感測器200的靈敏度s大於預設靈敏度閾值。該預設靈敏度閾值可以由設計人員根據實際需要調整。In some embodiments, the sensitivity s of the
圖11是根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖。如圖11所示,振動感測器1100可以包括殼體1110、振動單元1120和聲學換能器1160。振動單元1120可以設於殼體1110內。振動單元1120可以包括質量塊1121、彈性膜1122和彈性支撐件1123。質量塊1121與彈性支撐件1123分別與彈性膜1122的兩側實體連接,例如,質量塊1121和彈性支撐件1123可以分別與彈性膜1122的上表面和下表面連接。彈性支撐件1123與聲學換能器1160實體連接。聲學腔1124由彈性支撐件、彈性膜和聲學換能器形成。聲學腔1124與聲學換能器1160聲學連通,例如,聲學腔1124與聲學換能器1160的進聲孔1161相連通,以使得聲學換能器1160感應聲學腔1124的體積的改變,並基於聲學腔1124的體積的改變產生電信號。Fig. 11 is a schematic structural diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention. As shown in FIG. 11 , the
如圖11所示,質量塊通過彈性膜1122設置在聲學腔1124上方,且質量塊1121沿垂直於質量塊的厚度方向的截面面積小於聲學腔1124沿垂直於聲學腔的高度方向的截面面積。僅作為示例,質量塊1121沿垂直於質量塊1121的厚度方向的截面面積小於或等於聲學腔1124沿垂直於聲學腔1124的高度方向的截面面積的2/3。又例如,質量塊1121沿垂直於質量塊1121的厚度方向的截面面積小於或等於聲學腔1124沿垂直於聲學腔1124的高度方向的截面面積的1/3。As shown in FIG. 11 , the mass is disposed above the
圖11所示的振動感測器1100和圖2所示的振動感測器200的區別之一在於振動感測器1100的質量塊1121沿垂直於質量塊1121的厚度方向的截面面積與振動感測器200的質量塊221沿垂直於質量塊221的厚度方向的截面面積不同,以及振動感測器1100的彈性支撐件1123和振動感測器200的支撐架223與的材質不同。則在質量塊振動時,彈性膜的變形情況不同(請參見圖10和圖11進行對比)。One of the differences between the
如圖11所示,由於質量塊1121在垂直於其振動方向的截面面積小於聲學腔1124在垂直於質量塊1121的振動方向的截面面積,質量塊1121沿其振動方向上下振動會帶動彈性薄膜1122形變,從而引起聲學腔1124體積發生變化。由於彈性薄膜1122形變引起的聲學腔1124體積的變化的形狀可以近似為棱臺,則聲學腔1124體積變化∆V可以表示為:
∆V≈1/3 ∆h(A1+A0+√A1A0) (4),
As shown in Figure 11, since the cross-sectional area of the
其中,∆h為質量塊1121的振動幅度,A1為質量塊1121在垂直於其振動方向的截面面積,A0為聲學腔1124在垂直於質量塊1121的振動方向的截面面積。Wherein, Δh is the vibration amplitude of the
進一步,根據公式(1)和(2),振動感測器1100的靈敏度s可以表示為:
s∝∆p/p0=(∆h(A1+A0+√A1A0))/3V0 (5)。
Further, according to formulas (1) and (2), the sensitivity s of the
從公式(3)和(5)可以看出,在聲學腔(例如,聲學腔224、聲學腔1124)的初始體積V0、垂直於質量塊(例如,質量塊221、質量塊1121)的振動方向的截面面積A0以及該質量塊的振動幅度∆h一定的前提下,當該質量塊在垂直於其振動方向的截面面積A1小於聲學腔在垂直於該質量塊的振動方向的截面面積A0時,在相同諧振頻率下(即∆h相同),
>
,即圖2所示振動感測器200的靈敏度大於圖11所示振動感測器1100的靈敏度。
From formulas (3) and (5), it can be seen that in the initial volume V0 of the acoustic cavity (for example, the
綜上,由於在質量塊(例如,質量塊221、質量塊1121)同等振幅下,聲學腔(例如,聲學腔224、聲學腔1124)的體積變化比∆V/V0更大,因此可以通過設置質量塊在垂直於其振動方向的截面面積大於或等於聲學腔在垂直於該質量塊的振動方向的截面面積,從而提高振動感測器的靈敏度。To sum up, since the volume change of the acoustic cavity (for example, the
圖12是根據本發明一些實施例所示的振動感測器的頻率響應曲線圖。如圖12所示,實線為本發明一些實施例所示的振動感測器200的頻率響應曲線,虛線為振動感測器1100的頻率響應曲線圖。在諧振頻率相等時,本發明振動感測器200的靈敏度高於振動感測器1100的靈敏度。FIG. 12 is a frequency response graph of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention. As shown in FIG. 12 , the solid line is the frequency response curve of the
在一些實施例中,在頻率小於1000Hz的範圍內,本發明的振動感測器200靈敏度大於或等於-40dB。較佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-38dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-36dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-34dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-32dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-30dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-28dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-27dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-26dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-24dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-22dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-20dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-18dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-16dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-14dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於12dB。更佳地,在頻率小於1000Hz的範圍內,振動感測器200靈敏度大於或等於-10dB。In some embodiments, the sensitivity of the
上文已對基本概念做了描述,顯然,對於所屬領域中具有通常知識者來說,上述詳細揭露內容僅僅作為示例,而並不構成對本發明的限定。雖然此處並沒有明確說明,所屬領域中具有通常知識者可能會對本發明進行各種修改、改進和修正。該類修改、改進和修正在本發明中被建議,所以該類修改、改進、修正仍屬於本發明示範實施例的精神和範圍。The basic concept has been described above, obviously, for those with ordinary knowledge in the field, the above detailed disclosure is only an example, and does not constitute a limitation to the present invention. Although not explicitly stated herein, various modifications, improvements and amendments to the present invention may be made by those having ordinary skill in the art. Such modifications, improvements and corrections are suggested in the present invention, so such modifications, improvements and corrections still belong to the spirit and scope of the exemplary embodiments of the present invention.
同時,本發明使用了特定詞語來描述本發明的實施例。如“一個實施例”、“一實施例”、和/或“一些實施例”意指與本發明至少一個實施例相關的某一特徵、結構或特點。因此,應強調並注意的是,本說明書中在不同位置兩次或多次提及的“一實施例”或“一個實施例”或“一個替代性實施例”並不一定是指同一實施例。此外,本發明的一個或多個實施例中的某些特徵、結構或特點可以進行適當的組合。Meanwhile, the present invention uses specific words to describe the embodiments of the present invention. For example, "one embodiment", "an embodiment", and/or "some embodiments" means a certain feature, structure or characteristic related to at least one embodiment of the present invention. Therefore, it should be emphasized and noted that two or more references to "an embodiment" or "an embodiment" or "an alternative embodiment" in different places in this specification do not necessarily refer to the same embodiment . In addition, certain features, structures or characteristics of one or more embodiments of the present invention may be properly combined.
此外,所屬領域中具有通常知識者可以理解,本發明的各方面可以通過若干具有可專利性的種類或情況進行說明和描述,包括任何新的和有用的工序、機器、產品或物質的組合,或對他們的任何新的和有用的改進。相應地,本發明的各個方面可以完全由硬體執行、可以完全由軟體(包括韌體、常駐軟體、微碼等)執行、也可以由硬體和軟體組合執行。以上硬體或軟體均可被稱為“資料塊”、“模組”、“引擎”、“單元”、“元件”或“系統”。此外,本發明的各方面可以表現為位於一個或多個電腦可讀取媒體中的電腦產品,該產品包括電腦可讀取程式碼。Furthermore, it will be understood by those skilled in the art that various aspects of the present invention may be illustrated and described in several patentable categories or situations, including any new and useful process, machine, product or combination of substances, Or any new and useful improvements to them. Correspondingly, various aspects of the present invention may be entirely executed by hardware, may be entirely executed by software (including firmware, resident software, microcode, etc.), or may be executed by a combination of hardware and software. The above hardware or software may be referred to as "data block", "module", "engine", "unit", "component" or "system". Additionally, aspects of the present invention can be embodied as a computer product comprising computer readable program code on one or more computer readable media.
此外,除非申請專利範圍中明確說明,本發明中處理元素和序列的順序、數字字母的使用、或其他名稱的使用,並非用於限定本發明流程和方法的順序。儘管上述揭露內容中通過各種示例討論了一些目前認為有用的發明實施例,但應當理解的是,該類細節僅作為說明的目的,附加的申請專利範圍並不僅限於揭露的實施例,相反地,申請專利範圍旨在覆蓋所有符合本發明實施例實質和範圍的修正和等價組合。例如,雖然以上所描述的系統元件可以通過硬體設備實現,但是也可以只通過軟體的解決方案得以實現,如在現有的伺服器或行動設備上安裝所描述的系統。In addition, unless clearly stated in the scope of the patent application, the order of processing elements and sequences, the use of numbers and letters, or the use of other names in the present invention are not used to limit the order of the flow and methods of the present invention. While the above disclosure discusses by way of example some embodiments of the invention that are presently believed to be useful, it should be understood that such details are for illustrative purposes only and that the appended claims are not limited to the disclosed embodiments, but rather, The scope of the patent application is intended to cover all modifications and equivalent combinations that conform to the spirit and scope of the embodiments of the present invention. For example, although the above-described system components can be implemented by hardware devices, they can also be implemented by only software solutions, such as installing the described system on an existing server or mobile device.
同理,應當注意的是,為了簡化本發明揭露內容的表述,從而幫助對一個或多個發明實施例的理解,前文對本發明實施例的描述中,有時會將多種特徵歸併至一個實施例、附圖或對其的描述中。但是,這種揭露方式並不意味著本發明物件所需要的特徵比申請專利範圍中提及的特徵多。實際上,實施例的特徵要少於上述揭露的單個實施例的全部特徵。In the same way, it should be noted that in order to simplify the expression of the disclosure of the present invention and help the understanding of one or more embodiments of the invention, in the foregoing description of the embodiments of the present invention, sometimes multiple features are combined into one embodiment , drawings or descriptions thereof. However, this disclosure does not imply that the object of the invention requires more features than those mentioned in the claims. Indeed, embodiment features are less than all features of a single foregoing disclosed embodiment.
一些實施例中使用了描述成分、屬性數量的數字,應當理解的是,此類用於實施例描述的數字,在一些示例中使用了修飾詞“大約”、“近似”或“大體上”來修飾。除非另外說明,“大約”、“近似”或“大體上”表明所述數字允許有±20%的變化。相應地,在一些實施例中,說明書和申請專利範圍中使用的數值參數均為近似值,該近似值根據個別實施例所需特點可以發生改變。在一些實施例中,數值參數應考慮規定的有效位數並採用一般位數保留的方法。儘管本發明一些實施例中用於確認其範圍廣度的數值域和參數為近似值,在具體實施例中,此類數值的設定在可行範圍內盡可能精確。In some embodiments, numbers describing the quantity of components and attributes are used. It should be understood that such numbers used in the description of the embodiments use the modifiers "about", "approximately" or "substantially" in some examples. grooming. Unless otherwise stated, "about", "approximately" or "substantially" indicates that the stated figure allows for a variation of ±20%. Accordingly, in some embodiments, the numerical parameters used in the specification and claims are approximations that may vary depending upon the desired characteristics of individual embodiments. In some embodiments, numerical parameters should take into account the specified number of significant digits and adopt the general digit reservation method. Although the numerical ranges and parameters used to demonstrate the breadth of scope in some embodiments of the invention are approximations, in specific embodiments such numerical values are set as precisely as practicable.
針對本申請案引用的每個專利、專利申請案、公開的專利申請案和其他材料,如文章、書籍、說明書、出版物、文件等,特此將其全部內容併入本申請案作為參考。與本申請案內容不一致或產生衝突的申請歷史文件除外,對本申請案申請專利範圍最廣範圍有限制的文件(當前或之後附加於本申請案中的)也除外。需要說明的是,如果本申請案附屬材料中的描述、定義、和/或術語的使用與本申請案所述內容有不一致或衝突的地方,以本申請案的描述、定義和/或術語的使用為準。The entire contents of each patent, patent application, published patent application, and other material, such as articles, books, specifications, publications, documents, etc., cited in this application are hereby incorporated by reference into this application. Application history documents that are inconsistent with or conflict with the content of this application, as well as documents (currently or hereafter appended to this application) that limit the broadest scope of this application's claimed patent scope, are excluded. It should be noted that if there is any inconsistency or conflict between the descriptions, definitions, and/or terms used in the attached materials of the application and the contents of the application, the descriptions, definitions and/or terms of the application shall be Use shall prevail.
最後,應當理解的是,本發明中所述的實施例僅用以說明本發明實施例的原則。其他的變形也可能屬於本發明的範圍。因此,作為示例而非限制,本發明實施例的替代配置可視為與本發明的教導一致。相應地,本發明的實施例不僅限於本發明明確介紹和描述的實施例。Finally, it should be understood that the embodiments described in the present invention are only intended to illustrate the principles of the embodiments of the present invention. Other modifications are also possible within the scope of the present invention. Accordingly, by way of illustration and not limitation, alternative configurations of the embodiments of the present invention may be considered consistent with the teachings of the present invention. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the embodiments of the present invention explicitly shown and described.
100:振動感測器 110:振動單元 120:聲學換能器 130:殼體 200:振動感測器 210:殼體 220:振動單元 221:質量塊 222:彈性膜 223:支撐架 224:聲學腔 260:聲學換能器 261:進聲孔 500:振動感測器 510:殼體 520:振動單元 521:質量塊 522:彈性膜 523:支撐架 523-1:環形結構 523-2:底板 523-3:通孔 524:聲學腔 560:聲學換能器 700:振動感測器 710:殼體 720:振動單元 721:質量塊 722:彈性膜 723:支撐架 723-1:環形結構 723-2:底板 724:聲學腔 730:密封結構 760:聲學換能器 800:振動感測器 810:殼體 820:振動單元 821:質量塊 822:彈性膜 823:支撐架 824:聲學腔 825:彈性膜 826:支撐架 860:聲學換能器 900:振動感測器 910:殼體 920:振動單元 921:質量塊 922:彈性支撐件 923:聲學腔 960:聲學換能器 1100:振動感測器 1110:殼體 1120:振動單元 1121:質量塊 1122:彈性膜 1124:聲學腔 1123:彈性支撐件 1161:進聲孔 1160:聲學換能器 a:彈性膜的厚度 b:質量塊的厚度 c:支撐架的厚度 100: Vibration sensor 110: vibration unit 120: Acoustic transducer 130: Shell 200: vibration sensor 210: Shell 220: vibration unit 221: mass block 222: elastic film 223: support frame 224: Acoustic cavity 260: Acoustic transducer 261: sound inlet 500: Vibration sensor 510: Shell 520: vibration unit 521: mass block 522: elastic film 523: support frame 523-1: ring structure 523-2: Bottom plate 523-3: through hole 524: Acoustic cavity 560: Acoustic transducer 700: vibration sensor 710: shell 720: vibration unit 721: mass block 722: elastic film 723: support frame 723-1: ring structure 723-2: Bottom plate 724: Acoustic cavity 730: sealed structure 760:Acoustic transducer 800: vibration sensor 810: Shell 820: vibration unit 821: mass block 822: elastic film 823: support frame 824: Acoustic cavity 825: elastic film 826: support frame 860:Acoustic transducer 900: vibration sensor 910: Shell 920: vibration unit 921: mass block 922: elastic support 923: Acoustic cavity 960:Acoustic transducer 1100: vibration sensor 1110: Shell 1120: vibration unit 1121: mass block 1122: elastic film 1124: Acoustic cavity 1123: elastic support 1161: sound inlet 1160: Acoustic transducer a: The thickness of the elastic membrane b: Thickness of mass block c: Thickness of the support frame
本發明將以示例性實施例的方式進一步說明,這些示例性實施例將通過圖式進行詳細描述。這些實施例並非限制性的,在這些實施例中,相同的元件符號表示相同的結構,其中:The invention will be further illustrated by way of exemplary embodiments which will be described in detail by means of the drawings. These embodiments are not limiting, and in these embodiments, the same reference numerals represent the same structure, wherein:
[圖1]係根據本發明一些實施例所示的振動感測器的示意圖;[FIG. 1] is a schematic diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention;
[圖2]係根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖;[Fig. 2] is a schematic structural diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention;
[圖3]係根據本發明一些實施例所示的彈性薄膜和支撐架的連接示意圖;[Figure 3] is a schematic diagram of the connection between the elastic film and the support frame according to some embodiments of the present invention;
[圖4]係根據本發明一些實施例所示的振動感測器的頻率響應曲線圖;[ FIG. 4 ] is a frequency response graph of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention;
[圖5]係根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖;[Fig. 5] is a schematic structural diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention;
[圖6]係根據本發明圖5所示的振動感測器的支撐架的結構示意圖;[Fig. 6] is a schematic structural view of the support frame of the vibration sensor shown in Fig. 5 according to the present invention;
[圖7]係根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖;[Fig. 7] is a schematic structural diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention;
[圖8]係根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖;[Fig. 8] is a schematic structural diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention;
[圖9]係根據本發明一些實施例所示的振動感測器的振動示意圖;[ FIG. 9 ] is a schematic diagram of vibration of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention;
[圖10]係根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖;[Fig. 10] is a schematic structural diagram of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention;
[圖11]係根據本發明一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖;以及[FIG. 11] is a schematic structural view of a vibration sensor according to some embodiments of the present invention; and
[圖12]係根據本發明一些實施例所示的不同振動感測器的頻率響應曲線圖對比圖。[ FIG. 12 ] is a comparison diagram of frequency response curves of different vibration sensors according to some embodiments of the present invention.
200:振動感測器 200: vibration sensor
210:殼體 210: shell
220:振動單元 220: vibration unit
221:質量塊 221: mass block
222:彈性膜 222: elastic film
223:支撐架 223: support frame
224:聲學腔 224: Acoustic cavity
260:聲學換能器 260: Acoustic transducer
261:進聲孔 261: sound inlet
a:彈性膜的厚度 a: The thickness of the elastic membrane
b:質量塊的厚度 b: Thickness of mass block
c:支撐架的厚度 c: Thickness of the support frame
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