压电膜叠层对微型压电传声器性能的影响

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[毕业论文]流体覆盖薄层对无限大弹性板中声表面波波速的影响

流体覆盖薄层对无限大弹性板中声表面波波速的影响摘要压电声表面波器件有频率高、体积小、功能多、稳定性好、易于批量生产等特点，以其独特的性能在移动通信、航空航天、电子对抗等军用和民用领域得到了成功的应用。

新兴的声表面波流体传感器，更是以其灵敏度高和功耗低的特点，广泛应用于生物和化学试样的检测，是传感领域拥有巨大发展潜力的新方向。

本文首先从覆盖理想流体层的各向同性半无限大弹性体中的声表面波分析开始，求得了表面波速度与理想流体层厚度的关系，得到的结果与早期的研究和实验结果一致。

当基体是各向同性无限大弹性板的情况时，发现随着流体层厚度的不断减小，弹性板的振动开始表现为显著的对称和反对称模态，这一结果与没有覆盖流体层的弹性板振动研究结果相吻合。

由于实际的声表面波器件都是由各向异性材料制造的,为了能更精确地分析流体试样对声表面波的影响，我们分析了基体是半无限大ST切石英晶体和无限大ST切石英晶体板的情形。

由于弹性板与流体层的相互作用，实际振动会出现多个声表面波模态和相应的波速。

接着本文对覆盖粘性流体层的各向同性以及各向异性无限大弹性板中的声表面波传播特性进行了分析，求得了覆盖粘性流体层的无限大弹性板中的声表面波波速方程。

数值计算表明，由于弹性板和粘性流体层的驻波共振，板中声表面波的对称和反对称模态随着波速不同而进行着转换。

并且发现当粘性流体层厚度为零时，我们所求得的波速与没有覆盖粘性流体层相对应的无限大弹性板中的声表面波波速相同；当粘性流体层的厚度不断增加时，求得的声表面波波速接近于粘性流体层中的波速。

最后，本文把覆盖层材料扩展到粘弹性材料。

在考虑粘弹性材料的复材料常数的情况下，求得了覆盖粘弹性层的无限大弹性体和弹性板中的声表面波波速方程。

由于我们现行的研究模型更接近实际的声表面波流体传感器，并且充分考虑了覆盖流体层的厚度、密度以及粘性影响，因此本文的研究方法以及得到的结果对于声表面波流体传感器的分析和设计具有重要的实用价值。

（完整版）传声器基础知识简介：

（完整版）传声器基础知识简介：传声器基础知识简介：一，传声器的定义：：传声器是一个声-电转换器件（也可以称为换能器或传感器），是和喇叭正好相反的一个器件（电→声）。

是声音设备的两个终端，传声器是输入，喇叭是输出。

传声器又名麦克风，话筒，咪头，咪胆等.二，传声器的分类：1，从工作原理上分：炭精粒式电磁式电容式驻极体电容式（以下介绍以驻极体式为主）压电晶体式，压电陶瓷式二氧化硅式等2，从尺寸大小分,驻极体式又可分为若干种.Φ9.7系列产品Φ8系列产品Φ6系列产品Φ4.5系列产品Φ4系列产品每个系列中又有不同的高度3，从传声器的方向性，可分为全向，单向，双向（又称为消噪式）4，从极化方式上分，振膜式,背极式,前极式从结构上分又可以分为栅极点焊式,栅极压接式,极环连接式等5，从对外连接方式分普通焊点式：L型带PIN脚式：P型同心圆式：S型三，驻极体传声器的结构以全向MIC,振膜式极环连接式为例1，防尘网：保护传声器，防止灰尘落到振膜上，防止外部物体刺破振膜，还有短时间的防水作用。

2，外壳：整个传声器的支撑件，其它件封装在外壳之中，是传声器的接地点，还可以起到电磁屏蔽的作用。

3，振膜：是一个声-电转换的主要零件，是一个绷紧的特氟窿塑料薄膜粘在一个金属薄圆环上,薄膜与金属环接触的一面镀有一层很薄的金属层,薄膜可以充有电荷，也是组成一个可变电容的一个电极板，而且是可以振动的极板。

4 : 垫片：支撑电容两极板之间的距离，留有间隙，为振膜振动提供一个空间，从而改变电容量。

5: 极板：电容的另一个电极，并且连接到了FET的G极上。

6: 极环：连接极板与FET的G极，并且起到支撑作用。

7: 腔体：固定极板和极环，从而防止极板和极环对外壳短路（FET的S，G 极短路）。

8: PCB组件：装有FET，电容等器件，同时也起到固定其它件的作用。

9: PIN：有的传声器在PCB上带有PIN，可以通过PIN与其他PCB焊接在一起,起连接另外前极式,,背极式在结构上也略有不同.四，、传声器的电原理图：FET(场效应管)MIC的主要器件,起到阻抗变换或放大的作用,C;是一个可以通过膜片震动而改变电容量的电容,声电转换的主要部件.C1,C2是为了防止射频干扰而设置的,可以分别对两个射频频段的干扰起到抑制作用.R L:负载电阻,它的大小决定灵敏度的高低.V S:工作电压,MIC提供工作电压:C O:隔直电容,信号输出端.五，驻极体传声器的工作原理：由静电学可知，对于平行板电容器，有如下的关系式：C=ε·S/L ……①即电容的容量与介质的介电常数成正比，与两个极板的面积成正比，与两个极板之间的距离成反比。

碳精材料在压电传声器中的新发展

碳精材料在压电传声器中的新发展压电传声器是一种能将电能转化为声能的装置，广泛应用于通信、音响、汽车、航空航天等领域。

在过去的几十年中，压电传声器主要使用陶瓷材料制造。

然而，随着碳精材料的发展，压电传声器领域正在出现新的变化和创新。

碳精材料（Carbon Nanotube，简称CNT）是一种由碳原子构成的纳米管状结构材料。

它具有非常高的热导性、电导性和机械强度，以及宽频响特性和较低的噪音水平，这使得它成为压电传声器中的理想材料。

首先，碳精材料在压电传声器中具有较高的灵敏度和动态范围。

由于碳精材料的结构特性，它能够更好地转换电信号为声音，在同等电信号下产生更高的声音输出。

这意味着碳精材料制造的压电传声器可以在较低的驱动电压下实现相同的声音输出，从而降低了功耗和电能消耗。

其次，碳精材料在压电传声器中还具有更广泛的频响范围。

传统的陶瓷材料制造的压电传声器在高频段会有明显的频率衰减现象，而碳精材料则具有更好的频率响应特性，能够实现更宽广的频响范围。

这对于音频设备、通信设备等领域非常重要，使得声音的还原更加真实、细腻。

除了上述优点，碳精材料在压电传声器中还具有其他一些独特的特性。

首先，它具有较低的内部噪音水平，这可以提高声音的信噪比并减少杂音。

其次，碳精材料的制造成本相对较低，这有助于降低压电传声器的整体成本。

另外，碳精材料还具有较好的机械强度和热导性，对于一些高温、高压的环境条件下的应用具有优势。

然而，碳精材料在压电传声器中的应用还存在一些挑战和限制。

首先，尽管碳精材料有很好的热导性，但由于其纳米级的尺寸和高比表面积，在一些高功率工作环境下，仍然面临着较高的温升和热失效的问题。

其次，碳精材料的制备和整合技术仍然面临一定的挑战，尤其是在大规模生产方面。

为了克服这些挑战，研究人员正在不断努力改进碳精材料的制备工艺和整合技术。

他们探索了不同的生长方法、改变了材料的微观结构与性质，以提高碳精材料在压电传声器中的性能和可靠性。

加速度对传声器影响的逆用分贝叠加修正

Ｐ — Ｐｏｌｅ（）１
其是噪声信号中掺杂的振动ｇ值的影响，使得测量精度不高。本文提出用实验方法将测量的振动信号转换成声压分贝级，正掺杂了振动信号的噪声。修该理论为被测噪声信号剔除安装位置振动加速度的影响提供了理论依据和实践操作的可行性＿。５］
式（）圆膜强迫振动方程，１为。根据该方程得
２
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第３２卷第２期

背极驻极体电容传声器咪头电原理图

背极驻极体电容传声器咪头电原理图背极驻极体电容传声器咪头电原理图背极驻极体电容传声器(咪头电原理图)2011-11-2718:27全称为背极驻极体电容传声器。

驻极体话筒是电容话筒的一种。

电容话筒的基本原理就是用一个电容器作为声信号--电信号的转化器，这个电容的一个极板可以感应声压的变化，起到声信号摄入的作用。

通常这一极由金属化的高分子膜片构成，与另一极构成一个极间距离可以改变的可变电容。

在有声压作用时，膜片发生振动，振动强度、振动频率都由即时声压决定，电容容量也相应的随声信号而发生变化。

假如此时已经给电容加上了一个恒定的电压，那么电容容量的改变将使得电容上极化的电荷量发生改变，从而在电容两端产生一个电信号，达到声-电信号转换。

某些材料在加上电荷后可以基本上永久性的保存住这些电荷，这就是通常所说的驻极体材料，使用这些材料的话筒就是所谓的驻极体电容话筒。

电容话筒拾声单元有两个极，其中的一极是可以振动的金属化膜片，另一极则为金属极板。

对驻极体电容话筒来说，就是将其中一个极用驻极体材料制成或加上驻极体材料，利用驻极体材料本身可以保存电荷的特点，由驻极体提供正常工作所需恒定电压。

这样省去了提供给话筒极头工作所需电源电压的部分，结构简单，体积也小。

依据使用驻极体材料的位置，又可分为膜片式和背极式两种。

早期驻极体话筒多采用膜片式，即使用驻极体材料制作膜片，工艺相对简单，技术要求不高。

但是由于使用驻极体材料制作的膜片的音质效果并不是很好，现在的驻极体话筒多采用背极式，即在电容的另一极(背极)上附着驻极体材料、极化电荷，而膜片材料则可从拾音角度考虑，选择音质效果较好的材质的膜片。

从目前技术发展来看，背极式传声器是驻极体话筒的一个趋势。

驻极体传声器相对于一般电容传声器来说，生产工艺简单，成本低，适于大批量生产。

同时体积较小，使用时比较方便，广泛应用于多种场合，比如一般会议场合，语音通讯系统，如电话机、摄像机、手机、复读机等等。

常见传声器的结构及工作原理

常见传声器的结构及工作原理传声器又称话筒，它是将声音信号转换为电信号的电声器件。

传声器的种类很多，若按换能原理分有电容式、压电式、驻极体电容式、电动动圈式、带式电动式以及碳粒式等，现在应用最广的是电动动圈式和驻极体电容式两大类。

1.动圈式传声器动圈式传声器又叫电动式传声器，它在结构上与电动式扬声器相似，也是由磁铁、音圈以及音膜等组成的，如图12-11 所示。

动圈式传声器的音圈处在磁铁的磁场中，当声波作用在音膜使其产生振动时，音膜便带动音圈相应振动，使音圈切割磁力线而产生感应电压，从而完成声一电转换。

由于音圈的阻数很少.它的阻抗很低，阻抗匹配变压器的作用就是用来改变传声器的阻抗，以便与放大器的输入阻抗相匹配。

动圈式传声器的输出阻抗分高阻和低阻两种，高阻抗的输出阻抗一般为1000 - 2000Ω，低阻抗的输出阻抗为200 - 600Ω。

动圈式传声器的频率响应一般为200 5000Hz，质量高的可达30 - 18000Hz。

动圈式传声器具有坚固耐用、工作稳定等特点，具有单向指向性，价格低廉，适用于语言、音乐扩音和录音。

2. 电容式传声器电容式传声器是一种利用电容量变化而引起声电转换作用的传声器，它的结构如图12-12所示，它是由一个振动膜片和固定电极组成的一个间距很小的可变电容器。

当膜片在声波作用下产生振动时，振动膜片与固定电极间的距离便发生变化，引起电容量的变化。

如果在电容器的两端有一个负载电阻R 及直流极化电压E. 则电容量随声波变化时，在R 的两端就会产生交变的音频电压。

电容式传声器的输出阻抗呈容性，因电容量小，但低频时容抗会很大。

为保证低频的灵敏度，应有一个输入阻抗大于或等于传声器输出阻抗的阻抗变换器与其相连，经阻抗变换后，再用传输线与放大器相连。

这个阻抗变换器一般采用场效应管。

电容式传声器灵敏度高，输出功率大，结构简单，音质较好，但要使用电源，并不太方便，因此多用于剧场及要求较高的语言及音乐播送场合。

传声器的类型及工作原理

传声器的类型及工作原理传声器，俗称话筒，声频技术系统中的第一个环节，质量优劣和使用是否得当会直接影响到声音节目的质量一作为拾音的第一步，录音技术人员应对传声器的性能有充分的解。

下面介绍几种特殊类型的传声器：无线传声器。

无线传声器是将声频信号去调制一个载波，由天线辐射给附近接收机的传声器。

由于解脱了传声器电缆的限制，无线传声器的使用非常灵活，尤其对移动声源的拾取可以坚持声音的一致性，给舞台扮演或电视外景录音带来很大方便。

其使用米波和分波波段，采用调频制，具有抗干扰能力强、频率特性宽、失真度和噪声小、发射机效率高等优点：工作频段低容易受到民用通信和调频广播的干扰，工作频段高其技术指标、可靠性和拾音精确度也高，但价格较贵。

今天，大多数无线传声器工作在甚高频VHF中间频段和超高频（UHF较低频段(例如150216MHz400470MHz900950MHz上，单只传声器的工作频点在这些频率范围内进行选择，接收机的频率范围与传声器相对应。

系统构成包括传声器头、发射机、接收机三个部分，厂家在提供无线传声器系统时有其预先设计好的惯例组合，也可根据用户要求白行组合。

现在接收局部多采用分集接收方式，最常用的就是双天线接收。

两根天线是装置在同一个接收机上，天线的间距是固定的但角度可以调整。

集群式多通路无线传声器系统里，两根天线是分开设立的处在不同的位置上，所能控制的接收范围大大增加。

为了获得最佳接收效果，天线间至少相距一米。

演播室里录音时，6米以上的间距比较理想。

无线传声器的天线和接收机之间应做到阻抗匹配，大多数无线传声器系统都采用50欧姆天线，并且使用RG-58U电缆。

专业级无线传声器一般装有压限器，当发射机与接收机之间的距离不时改变时，接收的声频音量能坚持恒定一当同时使用多只无线传声器时，之间的频率间隔要大于1MHz可能的情况下，频率的间隔越大，越能防止频率干扰，有利于信号的接收。

纽扣传声器。

纽扣传声器是一种小型传声器，义叫颈挂式、别针式、佩带式传声器。

BF-PVDF压电膜材料.doc

PVDF压电膜的应用压电膜的应用介介绍PVDF压电膜的应用相当广泛。

目前，从医学上使用的精密微细敏感元件到工业上用的各种传感器。

从军事上应用的声纳到民用的空调器、防盗报警系统等领域，PVDF压电膜都显示出了其优异的性能。

它可以用于制作超声波探头式诊断仪、血压计、指脉膊传感器及心率计；超声波传感器、压力传感器、机器人的触觉传感器、加速度传感器、称重传感器；水声探测器、声纳器件；扬声器、抗噪声送话器，高保真立体声耳机、空调器；应力、应变计、流量计、用于特殊场合下的触摸开关等。

此外PVDF压电膜除了具有较高的压电性外，还显示出热释电性，是一种很好的热电材料，它可以把热能转变为电能。

可用于防盗、保安报警器、热释电红外传感器、火灾探知器、光反向传感器、红外线扫描器。

辐射仪、接近传感器等各种测控仪器中，至今为止，上述所叙的许多元器件已经在众多领域开始研制，有些已经进入实际应用阶段，现将有关情况简要说明一下：(1)电声换能器类由于PVDF压电膜具有相当宽的频率领域，从甚低频到千兆赫的工作频率。

利用这一性能，可制成宽频带扬声器，这种扬声器可在甚低音、甚高音范围内不失真，而且可以消除机械噪声。

良好的声音效果，其应用必将给我国的电声产业带来一场大的变革，电声产品跨上一个新的台阶。

还可制成微声器、传声器、高保真立体声耳机。

特别是抗噪声送话器，样品经过几次改进，已经进入开发生产阶段。

这种送话器用在电话中，除了通话能被清晰地送出外，其它噪声均被滤掉；用在电视台、电台及记者现场采访、现场录音场合，能排除噪声干扰，声音清晰，达到较理想的录音采访效果。

(2)水声换能器类PVDF压电膜具有较高的压电系数，优良的阻抗匹配。

低的声阻抗可保证超声波无损传播，又易于加工成大面积，这些特点用于制造各种类型的水听器。

将这种水听器用于鱼轮对鱼群的监测，正在待开发之中，此项研究成果也有很大的市场潜力。

(3)超声换能器类用PVDF压电膜制成超声传感器，应用在5、7.5、10MHz B超诊断仪的环状及线阵式探头和20～80MHz 工业超声检测仪探头上，与通常使用的PZT(压电陶瓷)探头相比在灵敏度和精度上都有较大幅度的提高。

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ｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｂｅｃｏｍｅｓｍｏｏｔｈｅｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｅｔ；ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ｝ｓｔａｃｋ；ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ
型传声器中，采用直接压合或用导电胶粘接多张压电膜串联的叠层方式无效果。采用导电环连接的方式进行微型
压电传声器中的叠层，叠层后压电传声器的灵敏度提高约６ｄＢ。实验表明，采用薄导电环连接的叠层压电传声器
压电膜叠层对微型压电传声器性能的影响
郑洁，刘涛，梁海，陈雄，朱彪
（深圳市豪恩声学股份有限公司，广东深圳５１在微型传声器中采用４种不同的叠层方法来提高压电传声器灵敏度的效果。证实了在微
第３７卷第２期
２０１５年０４月
压
电
与
声
光
Ｖｏ１．３７Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０１５
ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ＆ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳ
文章编号：１００４ — ２４７４（２０１５）０２ — ０２４５ — ０３
ｂｏｎｄｅｄｉｎｍｉｎｉａｔｕｒｅｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｒｉｎｇｔＯｃｏｎｎｅｃｔｆｉｌｍｓｃａｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ＇ｓ
性能比采用厚导电环连接的叠层压电传声器性能更稳定，频响曲线更平整。关键词：压电驻极体；压电传声器；叠层；灵敏度中图分类号：ＴＮ６４１文献标识码：Ａ
ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＳｔａｃｋｅｄＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｅｔＦｉｌｍｓｏｎＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＭｉｃｒｏｐｈｏｎｅｓＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ＺＨＥＮＧＪｉｅ，ＬＩＵＴａｏ，ＬＩＡＮＧＨａｉ，ＣＨＥＮＸｉｏｎｇ，ＺＨＵＢｉａｏ
（ＳｈｅｎｚｈｅｎＨｏｒｎＡｕｄｉｏＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８１１８，Ｃｈｉｎａ）
０引言压电驻极体是一类具有压电效应的驻极体材料。其中聚丙烯泡沫压电驻极体（ＰＰ）是最常见的压电驻极体，该类驻极体研究较成熟，性能稳定Ｅ１－２］。利用ＰＰ压电驻极体材料制成的传声器＿３和扬声
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆ４ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｉｎｓｔａｃｋｉｎｇｆｉｌｍｓｔＯｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｉｎｉａｔｕｒｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆ６ｄＢ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅｓｕｓｅｔｈｅｔｈｉｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｒｉｎｇｔＯｃｏｎｎｅｃｔｆｉｌｍｓｈａｖｅｍｏｒｅｓｔａｂｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｈａｎｔｈｅｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅｓｕｓｅｔｈｉｃｋｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｒｉｎｇｔｏｃｏｎｎｅｃｔｔｈｅｆｉｌｍｓ，ａｎｄｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅＳｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ．ＴｈｅｒｅｉｓｎｏｅｆｆｅｃｔｔＯｓｔａｃｋｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｌｍｂｙｄｉｒｅｃｔｌａｍｉｎａｔｅｄｏｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅａｄｈｅｓｉｖｅ
器具有超薄、柔软、价格低的特性，符合当下消费
类产品和可穿戴式产品的潮流，具有很大的市场潜