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物联网传感器–声音噪音传感器

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November 18, 2022

概述

声音噪音传感器(sound sensor或acoustic sensor)也属于众多物联网传感器的一类,我们在前面谈了温度传感、湿度传感、光传感等我们所处的物理环境的传感器,声音及噪音也是这样一类,除我们可以根据噪音感受外面环境的舒适度之外,我们可以监听某些机器的声噪以此来判断机器的工作状态,是否需要开始检修或维护。

seeedstudio.com/
声波通过空气分子传播:(seeedstudio.com)

声音传感器包括一个内置电容式麦克风、一个高度检测器和一个对声音非常敏感的放大器。麦克分可以将声音信号转换为可以读取的数字信号。它们通常有一个小的磁体隔膜产品,由缠绕的钢丝环绕。声波使膜片振动,从而使磁铁振动并在线圈内部产生电流。我们生活中最常用的麦克风是动圈式、铝带式或电容式麦克风。

声音传感器市场已分为低频检测 (20,000 Hz);高频检测声音传感器可以检测超过20 kHz频率的声波。这些通常被称为超声波或超声波传感器。这些传感器多用于多个领域,例如汽车、健身护理、商业、购买电子产品以及保护和监控。这些可用于包括机器人传感、罐度尺寸、物品检测、循环管理和停车帮助系统、 ADAS 系统、自动驾驶汽车系统、商业自动化或工业4.0 等应用领域

传感器分类

电容式麦克风

电容麦克风也称为静电式麦克风;它由靠近固体金属板的薄膜(最常见的材料是镀金聚酯薄膜;以前老的产品是使用的很薄很薄的金属箔),当声波撞击薄膜时,它会相对于固体背板来回移动。换句话说,两个电容器极板之间的距离发生了变化。结果,电容会随着声波的节奏而变化,因此将声音转换为电信号。电容式麦克风可提供卓越的音质,通常比动圈式麦克风提供更高的灵敏度(即输出)和更低的噪音。

电容式麦克风

驻极体麦克风

驻极体是一种永久带电或极化的铁电材料,也是电容式麦克风的一种,驻极体麦克风适合廉价的大规模生产,而昂贵的非驻极体电容式麦克风则具有更高的品质。

与其他电容式麦克风不同,驻极体类型不需要极化电压,但它们通常包含一个集成前置放大器。由于其良好的性能和易于制造,因此成本低廉,当今制造的绝大多数麦克风都是驻极体麦克风。

驻极体麦克风
驻极体麦克风

动圈麦克风

动圈麦克风是通过电磁将声音转换为电信号的麦克风,它们基本上像扬声器一样构建:一个线圈粘在薄膜的后部,这个线圈周围有一个强磁铁。当声波击中麦克风时,薄膜会随着声波的节奏移动,其背面的线圈也会随之移动。线圈在其(固定)磁隙内的相对运动会在该线圈中感应出一个小的信号电压。

动圈麦克风通常更适合在舞台上使用,因为它们非常坚固且不需要外部电源。

动圈麦克风

带状麦克风

带状麦克风使用悬浮在磁场中的薄的、通常为波纹状的金属带。金属带与麦克风的输出电连接,其在磁场中的振动会产生电信号。带状麦克风在某种意义上类似于动圈麦克风,它们都是通过磁感应产生声音的.带式麦克风的声音输出非常诚实和准确。

带状麦克风以精致和易碎著称,这部分是由于悬浮在磁隙中的极薄带状材料所致;一根典型的人类头发大约有 100 微米,但是一个带状麦克风的带状材料的厚度仅仅有0.6微米。

带状麦克风

碳麦克风

它由两块由碳颗粒隔开的金属板组成。一个板很薄,面向说话的人,起到隔膜的作用。 撞击隔膜的声波使其振动,对颗粒施加不同的压力,从而改变电阻板之间。当颗粒被推得更近时,较高的压力会降低阻力。稳定的直流电流通过颗粒在板之间通过。变化的电阻导致电流调制,产生变化的电流,再现声波的变化.

碳麦克风是当今麦克风的直接原型,对电话、广播和录音行业的发展至关重要。后来,在碳纽扣之间使用了碳颗粒。从 1890 年到 1980 年代,碳麦克风被广泛用于电话中。

碳麦克风
碳麦克风

激光麦克风

亚马逊上销售的激光麦克风

激光麦克风经常在电影中被描绘成间谍小工具,因为它们可以用来在远离麦克风设备的地方拾取声音。激光束瞄准受声音影响的窗户或其他平面表面。该表面的振动会改变光束反射的角度,并且检测来自返回光束的激光点的运动并将其转换为音频信号。

可能的操作范围在开放空间可达 450 米,在城市条件下可达 200 米。我们不知不觉中就可以被监听了。

微机电系统

硅麦克风

微电机The MEMS (microelectromechanical systems)也称为硅麦克风,压敏膜片通过 MEMS 加工技术直接蚀刻到硅晶片上,通常配有集成前置放大器。大多数 MEMS 麦克风是电容式麦克风设计的变体。数字 MEMS 麦克风在同一 CMOS 芯片上内置了模数转换器(ADC) 电路,使该芯片成为数字麦克风,因此更容易与现代数字产品集成

我公司已经代理KNOWLES的硅麦克风超过10年的历史,MEMS的麦克风适合终端产品的大批量生产,价格已经越来越便宜。

传感器厂家

麦克风的生产厂家很多,这里只将硅麦克风的一些企业做一些罗列

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