TW202308402A - 振動感測器 - Google Patents

Abstract

本揭示內容的實施例揭示了一種振動感測器，其包括：聲學轉換器；與所述聲學轉換器連接的振動組件，所述振動組件被配置以將外部振動信號傳遞至所述聲學轉換器以產生電信號，所述振動組件包括一組或多組振膜和質量塊，所述質量塊物理連接於所述振膜；所述振動組件被配置成在一個或多個目標頻段內使所述振動感測器的靈敏度大於所述聲學轉換器的靈敏度。

Description

振動感測器

本說明書涉及感測器領域，特別涉及一種包括振動組件的振動感測器。 相關申請案之交叉參考

本申請主張於2021年8月11日提交之申請號為202110919047.8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。

振動感測器是一種將振動信號轉換為電信號的能量轉換裝置，其用途包括作為麥克風（如氣導麥克風、骨導麥克風等）或監控裝置等。振動感測器可以通過獲取振動的振幅和方向等資料，並將其轉化為電信號或其他所需要的形式，以供進一步分析和處理。

靈敏度為振動感測器的重要性能指標，如何提高振動感測器的靈敏度成為需要解決的問題。

本揭示內容的一些實施例提供一種振動感測器，包括：聲學轉換器以及與所述聲學轉換器連接的振動組件。所述振動組件被配置以將外部振動信號傳遞至所述聲學轉換器以產生聲音信號，所述振動組件包括一組或多組振膜和質量塊，所述質量塊物理連接於所述振膜；所述振動組件被配置成在一個或多個目標頻段內使所述振動感測器的靈敏度大於所述聲學轉換器的靈敏度。

在一些實施例中，所述一組或多組振膜和質量塊沿所述振膜的振動方向上依次設置；所述振動組件中相鄰振膜之間的距離不小於所述相鄰振膜的最大振幅。

在一些實施例中，所述振膜的振動方向上，所述質量塊的投影區域位於所述振膜的投影區域內。

在一些實施例中，所述一組或多組振膜和質量塊中的每組振膜和質量塊對應於所述一個或多個目標頻段中的一個目標頻段，使得在對應的所述目標頻段內所述振動感測器的靈敏度大於所述聲學轉換器的靈敏度。

在一些實施例中，所述一組或多組振膜和質量塊的共振頻率小於所述聲學轉換器的共振頻率，使得在所述一個或多個目標頻段內所述振動感測器的靈敏度大於所述聲學轉換器的靈敏度。

在一些實施例中，所述一組或多組振膜和質量塊的所述共振頻率與所述聲學轉換器的所述共振頻率之間的差值在1 kHz至10 kHz之內。

在一些實施例中，所述多組振膜和質量塊中複數組振膜和質量塊的共振頻率不同。

在一些實施例中，所述多組振膜和質量塊的共振頻率中相鄰兩個共振頻率相差小於2 kHz。

在一些實施例中，所述多組振膜和質量塊的共振頻率中相鄰兩個共振頻率相差不大於1 kHz。

在一些實施例中，所述一組或多組振膜和質量塊的共振頻率在1 kHz至10 kHz之內。

在一些實施例中，所述一組或多組振膜和質量塊的共振頻率在1 kHz至5 kHz之內。

在一些實施例中，所述一組或多組振膜和質量塊的共振頻率與所述振膜及/或所述質量塊的參數有關，所述參數包括所述振膜的模量、所述聲學轉換器與所述振膜之間形成的腔體的體積、所述質量塊的半徑、所述質量塊的高度和所述質量塊的密度中之至少一者。

在一些實施例中，所述振膜的模量在1 GPa至10 GPa之內。

在一些實施例中，所述質量塊的半徑為500μm至3mm之內。

在一些實施例中，所述振動感測器在所述一組或多組振膜和質量塊作用下的頻率響應曲線具有多個諧振峰。

在一些實施例中，所述振動組件進一步包括支撐結構，用於支撐所述一組或多組振膜和質量塊，所述支撐結構物理連接於所述聲學轉換器，所述一組或多組振膜和質量塊連接於所述支撐結構。

在一些實施例中，所述支撐結構由不透氣的材料製成。

在一些實施例中，在與所述振膜和所述質量塊連接的表面垂直方向上，所述質量塊的投影區域與所述支撐結構的投影區域不重疊。

在一些實施例中，所述質量塊與所述振膜同心設置。

在一些實施例中，所述振膜被構造成能夠使空氣通過。

在一些實施例中，多個所述振膜中，距離所述聲學轉換器最遠的振膜被構造成不能夠使空氣通過。在一些實施例中，所述振膜上設置貫穿孔。

在一些實施例中，所述振膜包括透氣膜。

在一些實施例中，所述振膜包括聚四氟乙烯、膨體聚四氟乙烯、聚醚碸、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、尼龍、硝酸纖維素或混合纖維素中的至少一種。

在一些實施例中，振動組件還包括限位結構；所述限位結構被配置成用於使所述振動組件中相鄰振膜之間的距離不小於所述相鄰振膜的最大振幅。

在一些實施例中，所述聲學轉換器為氣導麥克風；所述一個或多個目標頻段的共振頻率被配置成低於所述氣導麥克風的共振頻率1 kHz至10 kHz。

在一些實施例中，所述氣導麥克風包括拾音孔，所述一組或多組振膜和質量塊平行於所述拾音孔的徑向截面設於所述拾音孔內；或，設於所述拾音孔的外側。

在一些實施例中，所述質量塊不與所述拾音孔的內壁接觸。

本揭示內容的實施例之一提供一種聲音輸入裝置，其包括上述任一種振動感測器。

為了更清楚地說明本說明書的實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的圖式作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的圖式僅僅是本說明書的一些示例或實施例，對於本領域具有通常知識者來講，在不付出進步性努力的前提下，還可以根據這些圖式將本說明書應用於其他類似情景。應當理解，給出這些示例性實施例僅僅是為了使相關領域的技術人員能夠更佳地理解進而實現本申請，而並非以任何方式限制本申請的範圍。除非從語言環境中顯而易見或另做說明，圖中相同標號代表相同結構或操作。

如本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」及/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，方法或者裝置也可能包含其他的步驟或元素。術語「基於」是「至少部分地基於」。術語「一個實施例」表示「至少一個實施例」；術語「另一實施例」表示「至少一個另外的實施例」。其他術語的相關定義將在下文描述中給出。

在一些實施例中，振動感測器作為麥克風（如氣導麥克風、骨導麥克風等）時，其中用於將振動轉換為電信號的裝置包括聲學轉換器。通常單一聲學轉換器僅存在一個諧振峰，該聲學轉換器僅在諧振峰的頻率附近存在較高靈敏度。在一些實施例中，為了提高振動感測器的靈敏度，通過設置多個具有不同諧振峰的聲學轉換器，以增加接收頻率範圍以及靈敏度，但增加聲學轉換器的數量會導致振動感測器的體積和製造成本的增加。

有鑒於此，本說明書涉及一種振動感測器，其通過與聲學轉換器連接的振動組件，使得振動感測器在目標頻段內的靈敏度大於聲學轉換器的靈敏度。該振動感測器可以用於接收外界的振動信號，並將該振動信號轉換為能夠反映聲音資訊的電信號，其中，外部信號可以包括機械振動信號或聲學信號等。振動組件可以包括一組或多組振膜和質量塊，質量塊物理連接於振膜。振動組件被配置成在一個或多個目標頻段內使所述振動感測器的靈敏度大於所述聲學轉換器的靈敏度。

如圖1所示，振動感測器100可以包括聲學轉換器120和振動組件130。在一些實施例中，聲學轉換器120與振動組件130連接，振動組件130被配置為將外部振動信號傳遞至聲學轉換器以產生電信號。當外部環境中出現振動時，振動組件130回應於外界環境的振動並將振動信號傳遞給聲學轉換器120，再由聲學轉換器120將振動信號轉化為電信號。振動感測器100可以應用於行動裝置、可穿戴裝置、虛擬實境裝置、擴增實境裝置等或其任意組合。在一些實施例中，行動裝置可以包括智慧行動電話、平板電腦、個人數位助理（Personal Digital Assistant, PDA）、遊戲裝置、導航裝置等，或其任何組合。在一些實施例中，可穿戴裝置可以包括智慧手環、耳機、助聽器、智慧頭盔、智慧手錶、智慧服裝、智慧背包、智慧配件等或其任意組合。在一些實施例中，虛擬實境裝置及/或擴增實境裝置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，虛擬實境裝置及/或擴增實境裝置可以包括Google Glass、Oculus Rift、Hololens、Gear VR等。

如圖1所示，振動組件130包括振膜131和質量塊132，其中，質量塊132物理連接於振膜131。振動組件130被配置成在一個或多個目標頻段內使振動感測器100的靈敏度大於聲學轉換器120的靈敏度。

在一些實施例中，一組或多組振膜131和質量塊132沿所述振膜131的振動方向上依次設置；振動組件130中相鄰振膜131之間的距離不小於所述相鄰振膜131的最大振幅。在一些實施例中，所述振膜131被構造成能夠使空氣通過。

在一些實施例中，一組或多組振膜131和質量塊312中的每組振膜131和質量塊132對應於一個或多個不同目標頻段中的一個目標頻段，使得在對應的目標頻段內所述振動感測器100的靈敏度可以大於聲學轉換器120的靈敏度。在一些實施例中，附加一組或多組質量塊132和振膜131後的振動感測器100在目標頻段內較聲學轉換器120的靈敏度可提升3 dB至30 dB。需要說明的是，在一些實施例中，附加一組或多組質量塊132和振膜131後的振動感測器100較聲學轉換器120的靈敏度還可以可提升30 dB以上，如多組質量塊132和振膜131具有相同諧振峰。

在一些實施例中，測量振動感測器100和聲學轉換器120靈敏度的方法可以是：在給定加速度（如1g，g為重力加速度）激勵下，採集裝置電學信號（如-30 dBV），則靈敏度為-30 dBV/g。在一些實施例中，如聲學轉換器120為氣導麥克風時，在測量靈敏度時，可以把前述激勵源換成聲壓即可，即輸入指定頻段內的聲壓作為激勵，測量採集裝置的電學信號。

在一些實施例中，所述振動感測器100在一組或多組振膜131和質量塊132作用下的頻率響應曲線可以具有多個諧振峰。

在一些實施例中，一組或多組質量塊132和振膜131的共振頻率在1 kHz至10 kHz之內。在一些實施例中，一組或多組質量塊132和振膜131的共振頻率在1 kHz至5 kHz之內。在一些實施例中，多組質量塊132和振膜131中複數組質量塊132和振膜131的共振頻率不同。在一些實施例中，多組質量塊132和振膜131的共振頻率中相鄰兩個共振頻率相差小於2 kHz。其中，相鄰的兩個共振頻率指共振頻率的大小上數值相鄰的兩個共振頻率。由於振動感測器100在共振頻率外的頻率所對應的靈敏度會快速下降，通過控制共振頻率差，使得振動感測器100在較寬的頻段上具有較高靈敏度的同時，靈敏度不會出現較大的波動。在一些實施例中，多組質量塊132和振膜131的共振頻率中相鄰兩個共振頻率相差不大於1.5 kHz。在一些實施例中，多組質量塊132和振膜131的共振頻率中相鄰兩個共振頻率相差不大於1 kHz，如500 Hz、700 Hz或800 Hz等。在一些實施例中，多組質量塊132和振膜131的共振頻率中相鄰兩個共振頻率相差不大於500 Hz。

在一些實施例中，振膜131可以包括透氣膜。關於振動組件的更多描述可以參考圖2至圖6中的詳細描述。

圖2係根據本揭示內容的一些實施例所示的振動感測器的結構示意圖。

圖2中所述的振動感測器200可以是圖1中的振動感測器100的一種實施方式。在一些實施例中，振動感測器200包括聲學轉換器220以及振動組件230。聲學轉換器220可以包括氣導麥克風，氣導麥克風又稱空氣傳導麥克風，可以獲取拾音區域（如拾音孔211處）的聲壓變化，並轉換為電信號。為了便於描述，在後文中，均通過氣導麥克風進行說明，需要說明的是，在一些其他實施例中，聲學轉換器還可以是其他形式，如液體傳聲器和雷射傳聲器。

參考圖2，在一些實施例中，氣導麥克風包括殼體210和拾音裝置221，在一些實施例中，拾音裝置221根據換能原理可以包括電容式、壓電式等形式的轉換器，本說明書不做限制。

在一些實施例中，殼體結構210的形狀可以為長方體、近似長方體、圓柱體、球體或其他任意形狀。殼體結構210圍成容納空間，拾音裝置221設於容納空間內。在一些實施例中，拾音裝置221與殼體結構210通過物理方式連接，具體的，物理連接方式可以包括焊接、卡接、黏接或者一體成型等連接方式，此處不對其連接方式加以限定。在一些實施例中，殼體結構210可以為具有一定硬度的材料製成，從而使殼體結構210可以對拾音裝置221和內部組件進行保護。在一些實施例中，殼體結構210的材質可以包括但不限於金屬、合金材料（如鋁合金、鉻鉬鋼、鈧合金、鎂合金、鈦合金、鎂鋰合金、鎳合金等）、玻璃纖維或碳纖維、高分子材料（例如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯等）等中的一種或多種。

在一些實施例中，殼體結構210開設有用於拾音的拾音孔211。在一些實施例中，振動組件230靠近殼體結構210的拾音孔211處設置。在一些實施例中，所述一組或多組振膜和質量塊設於所述拾音孔的外側。在一些實施例中，振動組件230與殼體結構通過物理方式連接，具體的，物理連接方式可以包括焊接、卡接、黏接或者一體成型等連接方式，此處不對其連接方式加以限定。需要說明的是，在一些實施例中，二代一組或多組振膜和質量塊還可以平行於所述拾音孔的徑向截面設於所述拾音孔內，具體可以參見後文中圖5相關描述。

在一些實施例中，振動感測器200用於進行氣導拾音時，當外界環境產生振動（例如，聲波）時，一組或多組振膜及振膜上的質量塊回應外界環境的振動而產生振動，由於振膜能夠使空氣通過，振膜和質量塊產生的振動連同外界的振動信號（例如，聲波），可以導致拾音孔211內聲壓變化（或空氣振動）使振動信號通過拾音孔211傳遞至拾音裝置221轉化為電信號，從而實現振動信號在一個或多個目標頻段內加強後被轉化為電信號的流程。其中，目標頻段可以是一組振膜和質量塊所對應的共振頻率（或諧振頻率）所在的頻率範圍。示例性的，當振動感測器200用於作為麥克風時，目標頻段的範圍可以是200 Hz至2 kHz，具體的，在一些實施例中，若聲學轉換器的共振頻率為2 kHz，振動組件230的共振頻率可以配置成1 kHz。

在一些實施例中，振動感測器200用於進行骨導拾音時，可以在拾音孔211外側設置傳導殼體，聲學轉換器220和傳導殼體可以圍成容納空間，一組或多組振膜和質量塊設置於容納空間內。在一些實施例中，振動組件（例如，振動件）可以與殼體進行物理連接，當外界環境產生振動時，通過傳導殼體接收振動並導致振動組件產生振動，振動組件的振動可以導致容納空間內空氣振動，振膜和質量塊產生的振動連同容納空間內的振動信號，通過拾音孔211傳遞至拾音裝置221轉化為電信號。

如圖2所示，在一些實施例中，振動感測器200包括三組振膜和質量塊，具體的，三組振膜和質量塊可以具備不同的共振頻率，每組振膜和質量塊可以在外界振動信號中不同頻率振動作用下產生共振，使得振動感測器200所獲取的聲音信號中，相對於聲學轉換器220在三個目標頻段內靈敏度大於聲學轉換器220的靈敏度。需要說明的是，在一些實施例中，多組振膜和質量塊可以具有相同的共振頻率，使得目標頻段內的靈敏度獲得較大提升。示例性的，當該振動感測器200被用於主要偵測5 kHz至5.5 kHz的機械振動時，可以將多組振膜和質量塊的共振頻率配置成上述偵測範圍內的值（如5.3 kHz），使得振動感測器200在偵測範圍內相對於僅設置一組振膜和質量塊的情況下具有更高靈敏度。需要說明的是，圖2中所示振膜和質量塊的組數只是為了解釋說明，並不能限制本申請的範圍。例如，振膜和質量塊的組數可以是一組、兩組、四組等。

在一些實施例中，在振動組件230具備多個振膜情況下，距離聲學轉換器220最遠的振膜被構造成不能夠使空氣通過。由圖2所示，圖中第三振膜2313可以被構造成不能夠使空氣通過，通過該設置方式使得第三振膜2313和聲學轉換器220之間形成密閉空間，能夠更佳的反應振動資訊。需要說明的是，在一些實施例中，距離聲學轉換器220最遠的振膜可以被構造成能夠使空氣通過，示例性的，如在拾音孔211外側設置傳導殼體時，傳導殼體與聲學轉換器220圍成容納空間，該容納空間中的空氣可以良好的反應振動資訊。

圖3係根據本揭示內容的一些實施例所示的振動感測器結構示意圖。

如圖3所示，在一些實施例中，振動感測器300中的振動組件330可以包括一組振膜331和質量塊332，通過支撐結構333與聲學轉換器320連接。具體的，質量塊332物理連接於振膜331，質量塊332設置為振膜331的外側。在一些實施例中，質量塊332回應外界環境的振動而同時產生共振，振膜331和質量塊332產生的共振連通外界的振動信號傳遞至聲學轉換器320，從而加強該振動組件330的共振頻率附近靈敏度，實現振動信號在該目標頻段內加強後被轉化為電信號的流程。

在一些實施例中，由於振動感測器300中僅包括一組振膜331和質量塊332，為了使其具備更佳的拾音效果，在一些實施例中，振膜331可以是不透氣的。

在一些實施例中，每組振膜和質量塊的共振頻率與振膜及/或質量塊的參數有關，參數包括振膜的模量、聲學轉換器與振膜之間形成腔體的體積、質量塊的半徑、質量塊的高度、質量塊的密度中等或其組合。具體的，共振頻率與參數之間的數學關係可以參見說明書中的公式1相關描述。

請繼續參考圖2，實施例中，振動組件230可以包括在振動方向上依次設置的第一振膜2311、第二振膜2312和第三振膜2313；質量塊可以包括在振動方向上依次設置的第一質量塊2321、第二質量塊2322和第三質量塊2323，第一振膜2311與第一質量塊2321連接，第二振膜2312與第二質量塊2322連接，第三振膜2313與第三質量塊2323連接。在一些實施例中，第一振膜2311、第二振膜2312和第三振膜2313中任意兩個相鄰振膜之間的距離不小於與該兩個相鄰的振膜的最大振幅，此設置用於確保振膜在振動時不會與相鄰的振膜產生干擾，從而影響振動信號的傳遞效果。在一些實施例中，振動組件230包括多組振膜和質量塊時，振膜沿垂直於振膜的振動方向依次設置，在一些實施例中，相鄰振膜之間的距離可以相同也可以不同。在一些實施例中，振膜可以與其相鄰的振膜之間的間隙形成多個腔體，振膜與其相鄰振膜之間的多個腔體可以容納空氣並且讓振膜在其中振動。

在一些實施例中，振動組件230還可以包括限位結構（圖中未示出），其被配置成用於使振動組件中相鄰振膜之間的距離不小於所述相鄰振膜的最大振幅。在一些實施例中，限位結構可以與振膜邊緣連接，並通過控制該限位結構的阻尼使其不會對振膜的振動產生干擾。

在一些實施例中，多組振動組件230中的質量塊可以包括多個，多個質量塊可以分別設於振膜兩側。示例性的，假設一組振動組件包括兩個質量塊，兩個質量塊對稱設置與振膜的兩側。在一些實施例中，多組振動組件230中的質量塊可以位於振膜同一側，其中，質量塊可以設置於振膜的外側或者內側，其中，振膜靠近聲學轉換器220的一側為內側，遠離聲學轉換器220的一側為外側。需要說明的是，在一些實施例中，多組振動組件中的質量塊可以位於振膜不同側，如第一質量塊1321和第二質量塊2322位於對應振膜的外側，第三質量塊2323位於對應振膜的內側。

在一些實施例中，振膜被構造成能夠使空氣通過的薄膜狀結構，在一些實施例中，振膜可以為透氣膜。將振膜構造成能夠使空氣通過，使得振動信號能夠使振動組件230產生振動的同時，進一步穿透透氣膜，被聲學轉換器所接收，從而提高在目標頻段的靈敏度。在一些實施例中，振膜的材料為可在一定範圍內產生彈性形變的材料。具體的，振膜可以至少通過以下材料製成：PTFE（聚四氟乙烯）、ePTFE（膨體聚四氟乙烯）、PES（聚醚碸）、PVDF（聚偏氟乙烯）、PP（聚丙烯）、PETE（聚對苯二甲酸乙二酯）、尼龍、NC（硝酸纖維素）和MCE（混合纖維素）等中的一種或多種製成。在一些實施例中，振膜與質量塊可以通過卡接、黏接或者一體成型等方式實現連接，在本說明書中不對其連接方式加以限定。在一些實施例中，振膜的厚度可以為0.05μm至100μm。具體的，振膜的厚度與振膜的材料相關，如選用選擇ePTFE（膨體聚四氟乙烯）作為振膜材料時，其厚度為0.5μm至100μm，較佳的ePTFE薄膜厚度為1μm至10μm，如2μm、5μm、7μm等。在一些實施例中，較佳的，可以控制ePTFE薄膜最小透氣量不低於10L/hr，以保證良好的透氣性能，同時ePTFE薄膜提供一定程度上防水性能，保護內部元裝置。在一些實施例中，還可以選擇振膜的模量為1 GPa至10 GPa或聲學轉換器220中敏感組件222的模量的十分之一至百分之一的其他透氣材料，在此不一一舉例，敏感組件為聲學轉換器220中用於接受振動信號的裝置。在一些實施例中，振動組件230中的多個振膜的材料以及尺寸可以不同或相同，示例性的，第一振膜2311可以通過尼龍製成，第二振膜2312可以通過ePTFE材料製成；第三振膜2313的半徑可以較第一振膜2311和第二振膜2312更大。

在一些實施例中，當振膜被配置成不透氣時，振膜的材料可以是是高分子薄膜，如聚氨酯類、環氧樹脂類、丙烯酸酯類等，也可以是金屬薄膜，如銅、鋁、錫或其他合金及其複合薄膜等。在一些實施例中，還可以上述透氣膜經過處理（如將透氣孔覆蓋）得到。

在一些實施例中，振膜可以是具有貫穿孔的薄膜材料，具體的，貫穿孔的孔徑為0.01μm至10μm。較佳的，貫穿孔的孔徑可以為0.1μm至5μm，如0.2μm、0.5μm、0.8μm、1μm、2μm等。在一些實施例中，振動組件230中的多個振膜上貫穿孔的直徑可以相同也可以不同，單一振膜上的貫穿孔的直徑可以相同也可以不同。在一些實施例中，貫穿孔的孔徑還可以大於5μm。當貫穿孔的孔徑大於5μm時，可以在不影響透氣的前提下，在振膜上設置其他材料（如矽膠等）對部分貫穿孔或貫穿孔的部分區域進行覆蓋。

在一些實施例中，質量塊的材料可以是銅、錫或其他合金及其複合材料中的一種或多種。在一些實施例中，振動感測器200可以應用於微機電系統（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）裝置設計，在MEMS裝置製程中，振膜沿其厚度方向可以是單層材料，例如Si、SiO2、SiNx、SiC等，可以為雙層或多層複合材料，例如Si/SiO2、SiO2/Si、Si/SiNx、SiNx/Si/SiO2等。配重塊可以是單層材料，如Si、立方的等，也可以是雙層或多層複合材料，如Si/SiO2、SiO2/Si、Si/SiNx、SiNx/Si/SiO2等。

在一些實施例中，在一些實施例中，振動組件230可以進一步包括支撐結構233，支撐結構233用於支撐一組或多組振膜和質量塊。支撐結構233物理連接於聲學轉換器220（例如，殼體結構210），一組或多組振膜和質量塊連接於支撐結構233。具體的，支撐結構233與殼體結構210物理連接，物理連接方式可以包括卡接、黏接或者一體成型等連接方式，在一些實施例中，較佳的，將支撐結構233與殼體結構210通過黏結連接，黏結材料可以包括但不僅限於環氧膠和矽膠等。

在一些實施例中，支撐結構還可以與支撐結構233連接，實現固定支撐以控制相鄰振膜之間的間距，以保證振動信號的傳輸效果。

圖4係根據本揭示內容的一些實施例所示的振動組件的結構示意圖。

同時參考圖2和圖4，在一些實施例中，振動組件中的一組或多組振膜和質量塊位於支撐結構233圍成的空間內且物理連接於支撐結構233上。具體的，此處的物理連接方式可以為黏接、卡接等方式。較佳的，可以通過黏結連接，黏結材料可以包括但不僅限於環氧膠和矽膠等。在一些實施例中，支撐結構233可以具備中空且兩端具有開口的管狀結構，管狀結構的截面可以是矩形、三角形、圓形或其他形狀。在一些實施例中，管狀結構的橫截面積可以處處相同，也可以不完全相同，如靠近聲學轉換器220的一端具有更大橫截面積。在一些實施例中，振動組件230中的一組振膜和質量塊可以安裝於支撐結構233的開口處。

在一些實施例中，振膜可以嵌入設置在支撐結構233的內壁上或嵌入支撐結構233內。在一些實施例中，振膜可在支撐結構233內部的空間內振動同時振膜可完全遮擋支撐結構開口，即振膜的面積可以大於或等於支撐結構的開口面積，此種設置使外界環境中的空氣振動（例如，聲波）可盡可能完全通過振膜進而利用拾音裝置221拾取該振動，能夠有效提高拾音質量。

在一些實施例中，支撐結構233由不透氣的材料製成，不透氣的支撐結構233可使空氣中的振動信號在傳遞流程中，導致支撐結構233內聲壓變化（或空氣振動），使支撐結構233內部振動信號通過拾音孔211傳遞至聲學轉換器220內，在傳遞流程中不會穿過支撐結構233向外逸散，進而保證聲壓強度，提升傳聲效果。在一些實施例中，支撐結構233可以包括但不限於金屬、合金材料（如鋁合金、鉻鉬鋼、鈧合金、鎂合金、鈦合金、鎂鋰合金、鎳合金等）、硬質塑膠、泡棉等中的一種或多種。

參考圖4，在一些實施例中，在振膜的振動方向上，質量塊的投影區域位於振膜的投影區域內，即在與振膜和質量塊連接的表面平行方向上（即垂直於振動方向），質量塊的橫截面面積小於振膜的橫截面面積。結合圖2，例如，第一質量塊2321位於第一振膜2311的投影區域內；第二質量塊2322位於第二振膜2312的投影區域內，第三質量塊2323位於第三振膜2313的投影區域內。通過保證質量塊的橫截面尺寸小於振膜的橫截面，從而使質量塊不會干擾振膜的振動。

在一些實施例中，在與振膜和質量塊連接的表面垂直方向上（即垂直於振動方向），質量塊的投影區域與支撐結構的投影區域不重疊。此種設置為了避免振膜和質量塊的振動受到支撐結構233的限制。

在一些實施例中，振膜的形狀可以包括圓形、矩形、三角形或不規則圖形等，在一些實施例中，振膜的形狀還可以根據支撐結構或導管的形狀進行設置，在本說明書中不做限制。在一些實施例中，質量塊的形狀可以是圓柱體、圓臺、圓錐、立方體、三角體等，其大小和材質將在後文中進行說明，在本說明書中不對齊形狀進行限制。

在一些實施例中，質量塊或振膜具有圓形外輪廓時，質量塊可以與振膜同心設置，同心設置的質量塊在振動時，動能較為均勻的分散於振膜上，從而使振膜可更佳的回應振動。在一些其他實施例中，質量塊還可以設置在振膜的其他位置，如偏心位置，偏心位置是指質量塊不與振膜同心設置，較佳的，可以使質量塊與振膜的偏心距離不超過50μm。在一些實施例中，一組或多組振膜和質量塊的共振頻率小於聲學轉換器的共振頻率，使得在一個或多個目標頻段內振動感測器的靈敏度大於聲學轉換器的靈敏度，在一些實施例中，振膜和質量塊與聲學轉換器共振頻率和靈敏度的關係可以參見圖5中振動感測器的頻率響應曲線圖。

具體的，在一些實施例中，多組質量塊和振膜可以被配置為共振頻率較聲學轉換器的共振頻率低1 kHz至10 kHz，如2 kHz、3 kHz、5 kHz或7.5 kHz等，使得振動感測器整體的靈敏度得到提升。在一些實施例中，當聲學轉換器為前述示例中的氣導麥克風時，多組質量塊和振膜被配置成在一個或多個目標頻段內使振動感測器的靈敏度大於聲學轉換器的靈敏度，其中，一個或多個目標頻段的共振頻率被配置成低於所述氣導麥克風的共振頻率1 kHz至10 kHz。具體的，可以是1.5 kHz、2 kHz、3 kHz或5 kHz等。

圖5為根據本揭示內容的一些實施例所示的振動感測器頻率響應曲線圖。

如圖5所示，在一些實施例中，振動感測器在所述一組或多組振膜和質量塊作用下的頻率響應曲線具有多個諧振峰。圖中，

、

和

分別對應所添加的多組質量塊和振膜的諧振峰，

為聲學轉換器的諧振峰。在一些實施例中，一組或多組振膜和質量塊中的每組振膜和質量塊對應於一個或多個不同目標頻段中的一個目標頻段，使得在對應的目標頻段內所述振動感測器的靈敏度大於所述聲學轉換器的靈敏度。圖中，實線為添加了多組質量塊和振膜後的振動感測器的頻率響應曲線500。在添加一組或多組共振頻率小於聲學轉換器的振膜和質量塊後，振動感測器對應增加了一個或多個諧振峰。

由圖中可以看出，振動感測器的頻率響應曲線500具有4個諧振峰，同時其相對於聲學轉換器，靈敏度至少提高了

。同時，由聲學轉換器的頻率響應曲線（即諧振峰

所在的曲線）可以看出，振動感測器在

至

的頻段內，具有更高的靈敏度，可以看出，振膜和質量塊增加了振動感測器的具有較高靈敏度頻段的寬度，使其可以在更大的頻率範圍內接收振動信號，增加了振動感測器的接收頻率範圍以及靈敏度。相比通過增加多組具有不同諧振峰的聲學轉換器來增加接收頻率範圍的方式，減小了裝置整體的體積、減小了成本，使其在整合性更高的基礎上具有更強的性能。

示例性的，以圖4中3組振膜和質量塊為例，3組振膜的諧振峰

、

和

对应的共振频率可以分别为1.5 kHz、2 kHz和2.5kHz，在一些實施例中，通過該設置方式，使得該振動感測器能夠獲得更佳的拾音能力，特別的，能夠更佳的獲取語音對應頻段內的聲音資訊。

在一些實施例中，一組或多組振膜和質量塊的共振頻率與振膜及/或質量塊的參數有關，參數包括振膜的模量、聲學轉換器與振膜之間形成的腔體的體積、質量塊的半徑、質量塊的高度和質量塊的密度中之至少一者。在一些實施例中，多組振膜和質量塊的共振頻率與靈敏度的關係可以表示為：

（1）

其中， S為設置振動組件後的振動感測器的靈敏度， f為振動組件的共振頻率， K _film 為振膜剛度， K _foam 為支撐結構剛度， V _cavity 為腔體體積， R _m 為質量塊半徑， h _m 為質量塊高度， r _m 為質量塊密度。腔體體積 V _cavity 為拾音裝置221上的敏感組件222與其最接近的振動組件230中的振膜（如圖2中第一振膜2311）之間形成的空間體積。

具體的，在一些實施例中，靈敏度 S隨振膜剛度 K _film 增大而降低、隨支撐結構剛度 K _foam 增大而降低、隨腔體體積 V _cavity 的增大先增大後減小、隨質量塊半徑 R _m 先增大後減小、隨質量塊高度 h _m 增大而增大、隨質量塊密度 r _m 增大而提升。振動組件的共振頻率 f隨振膜剛度 K _film 增大而增大、隨支撐結構剛度 K _foam 增大而增大、隨質量塊半徑 R _m 的增大先減小後增大、隨質量塊高度 h _m 增大而減小、隨質量塊密度 r _m 增大而減小。在一些實施例中，可以通過控制振膜的剛度、腔體體積以及質量塊的材料和大小，調整靈敏度的大小以及共振頻率。

圖6係根據本說明書基於一些實施例所示的振動感測器結構示意圖。

在一些實施例中，振動感測器600中的一組或多組振膜和質量塊可以平行於所述拾音孔的徑向截面（即垂直與振動方向）設於所述拾音孔內。如圖6所示，在一些實施例中，拾音孔處可以設置有導管611，振膜和質量塊包括平行於所述拾音孔的徑向截面設於所述拾音孔內的第一振膜6311、第二振膜6312以及第一質量塊6321和第二質量塊6322。在一些實施例中，導管611可以是不透氣材料製成，其作用與前述振動感測器200中的支撐結構233相似，在計算靈敏度及振動組件的共振頻率時，支撐結構剛度 K _foam 可以取導管611材料的剛度。在一些實施例中，為了保證質量塊的自由振動，質量塊不與拾音孔的內壁或導管611接觸。需要說明的是，設置導管611只是一種具體的實施例，並不能限制本申請的範圍。例如，在一些實施例中，還可以不設置導管611，一組或多組振膜和質量塊直接與拾音孔連接，或將支撐結構設於拾音孔內，並支撐一組或多組振膜和質量塊。

在一些實施例中，第一質量塊6321和第二質量塊6322可以回應外界環境的振動而同時產生共振，第一振膜6311、第二振膜6312以及第一質量塊6321和第二質量塊6322產生的共振連通外界的振動信號通過導管611傳遞至聲學轉換器620並轉化為電信號，從而實現振動信號在一個或多個目標頻段內加強後被轉化為電信號的流程。需要說明的是，圖6中所示振膜和質量塊的組數為兩組只是為了說明，不會限制本申請的保護範圍，例如，振膜和質量塊的組數可以為一組、三組或其他。

在本說明書的一些實施例中，還提供了一種聲音輸入裝置，其包括前述實施例中的振動感測器，通過振動感測器進行拾音並轉化為電信號，以供進一步處理。

上文已對基本概念做了描述，顯然，對於本領域具有通常知識者來說，上述申請揭露僅僅作為示例，而並不構成對本說明書的限定。雖然此處並沒有明確說明，本領域具有通常知識者可以對本說明書進行各種修改、改進和修正。該類修改、改進和修正在本說明書中被建議，所以該類修改、改進、修正仍屬於本說明書示範實施例的精神和範圍。

同時，本說明書使用了特定詞語來描述本說明書的實施例。如「一個實施例」、「一實施例」及/或「一些實施例」意指與本說明書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「一替代性實施例」並不一定是指同一實施例。此外，本說明書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。

此外，本領域具有通常知識者可以理解，本說明書的各態樣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，本說明書的各個態樣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，本說明書的各態樣可能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編碼。

此外，除非申請專利範圍中明確說明，本說明書所述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，並非用於限定本說明書流程和方法的順序。儘管上述揭露中通過各種示例討論了一些目前認為有用的申請實施例，但應當理解的是，該類細節僅達到說明的目的，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揭示內容的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裝置實現，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裝置上安裝所描述的系統。

同理，應當注意的是，為了簡化本說明書揭露的表述，從而幫助對一個或多個申請實施例的理解，前文對本揭示內容的實施例的描述中，有時會將多種特徵歸併至一個實施例、圖式或對其的描述中。但是，這種揭露方法並不意味著本說明書標的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。

一些實施例中使用了描述成分、屬性數量的數位，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」等來修飾。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資料均為近似值，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，數值資料應考慮規定的有效位數並採用一般位數保留的方法。儘管本揭示內容的一些實施例中用於確認其範圍廣度的數值域和資料為近似值，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。

最後，應當理解的是，本說明書中所述實施例僅用以說明本揭示內容的實施例的原則。其他的變形也可能屬於本說明書的範圍。因此，作為示例而非限制，本揭示內容的實施例的替代配置可視為與本說明書的教導一致。相應地，本說明書的實施例不僅限於本說明書明確介紹和描述的實施例。

100:振動感測器 120:聲學轉換器 130:振動組件 131:振膜 132:質量塊 200:振動感測器 210:殼體 211:拾音孔 220:聲學轉換器 221:拾音裝置 222:敏感組件 230:振動組件 233:支撐結構 300:振動感測器 320:聲學轉換器 330:振動組件 331:振膜 332:質量塊 333:支撐結構 500:頻率響應曲線 600:振動感測器 611:導管 620:聲學轉換器 2311:第一振膜 2312:第二振膜 2313:第三振膜 2321:第一質量塊 2322:第二質量塊 2323:第三質量塊 6311:第一振膜 6312:第二振膜 6321:第一質量塊 6322:第二質量塊

本說明書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，相同的編號表示相同的結構，其中：

[圖1]係根據本揭示內容的一些實施例所示的振動感測器的模組化示意圖；

[圖2]係根據本揭示內容的一些實施例所示的振動感測器結構示意圖；

[圖3]係根據本揭示內容的一些實施例所示的振動感測器結構示意圖；

[圖4]係根據本揭示內容的一些實施例所示的振動組件的結構示意圖；

[圖5]為根據本揭示內容的一些實施例所示的振動感測器頻率響應曲線圖；

[圖6]係根據本說明書基於一些實施例所示的振動感測器結構示意圖。

200:振動感測器

210:殼體

211:拾音孔

220:聲學轉換器

221:拾音裝置

222:敏感組件

230:振動組件

233:支撐結構

2311:第一振膜

2312:第二振膜

2313:第三振膜

2321:第一質量塊

2322:第二質量塊

2323:第三質量塊

Claims (11)

1. 一種振動感測器，包括： 聲學轉換器； 與所述聲學轉換器連接的振動組件，所述振動組件被配置以將外部振動信號傳遞至所述聲學轉換器以產生電信號，所述振動組件包括一組或多組振膜和質量塊，所述質量塊物理連接於所述振膜； 其中，所述振動組件被配置成在一個或多個目標頻段內使所述振動感測器的靈敏度大於所述聲學轉換器的靈敏度。
2. 如請求項1之振動感測器，其中，所述一組或多組振膜和質量塊沿所述振膜的振動方向上依次設置；所述振動組件中的相鄰振膜之間的距離不小於所述相鄰振膜的最大振幅。
3. 如請求項1之振動感測器，其中，所述振膜被構造成能夠使空氣通過。
4. 如請求項1之振動感測器，其中，所述一組或多組振膜和質量塊中的每組振膜和質量塊對應於所述一個或多個目標頻段中的一個目標頻段，使得在對應的所述目標頻段內所述振動感測器的靈敏度大於所述聲學轉換器的靈敏度。
5. 如請求項4之振動感測器，其中，所述一組或多組振膜和質量塊的共振頻率小於所述聲學轉換器的共振頻率，使得在所述一個或多個目標頻段內所述振動感測器的靈敏度大於所述聲學轉換器的靈敏度；其中，所述一組或多組振膜和質量塊的所述共振頻率與所述聲學轉換器的所述共振頻率之間的差值在1 kHz至10 kHz之內。
6. 如請求項4之振動感測器，其中，所述一組或多組振膜和質量塊中的複數組振膜和質量塊的共振頻率不同；所述複數組振膜和質量塊的共振頻率中的相鄰兩個共振頻率相差不大於1 kHz。
7. 如請求項4之振動感測器，其中，所述一組或多組振膜和質量塊的共振頻率與所述振膜及/或所述質量塊的參數有關，所述參數包括所述振膜的模量、所述聲學轉換器與所述振膜之間形成的腔體的體積、所述質量塊的半徑、所述質量塊的高度和所述質量塊的密度中之至少一者。
8. 如請求項1之振動感測器，其中，所述振動感測器在所述一組或多組振膜和質量塊作用下的頻率響應曲線具有多個諧振峰。
9. 如請求項1之振動感測器，其中，所述振動組件進一步包括支撐結構，用於支撐所述一組或多組振膜和質量塊，所述支撐結構物理連接於所述聲學轉換器，所述一組或多組振膜和質量塊連接於所述支撐結構；所述支撐結構由不透氣的材料製成。
10. 如請求項1之振動感測器，其中，所述聲學轉換器為氣導麥克風；所述氣導麥克風包括拾音孔，所述一組或多組振膜和質量塊的平行於所述拾音孔的徑向截面設於所述拾音孔內；或，設於所述拾音孔的外側； 所述一個或多個目標頻段的共振頻率被配置成低於所述氣導麥克風的共振頻率1 kHz至10 kHz。
11. 一種聲音輸入裝置，其包括請求項1至10中任一項之振動感測器。

Images