第五章__声学传感器
声音传感器
• FOM 基于独特的光纤传感器技术，一个光束通过光纤被 传送到硅膜上,声音信号引起薄膜振动改变被反射的光 的特征,然后被转换为电信号.光纤麦克风主要的性能叁 数有:频率、信噪比(SNR)、灵敏度等。FOM MON2可传送 非常高声音质量，它具有低于1个赫兹和高达10,000 赫 兹的频率响应范围。而且FOM具很高的信噪比和小于1% 总谐波失真（THD）的频率带宽。所有的这些特征和FOM 的对振动的低敏感要求相结合产生真实的源声再现。 FOM MON2 可在户外与户内操作，应用在特殊的温度和 更高的频率范围条件下。它也能组成传感器阵列去应用， 如声音定位等.FOM MON2 被设计在需弯曲的完全范围的 应用中,包括:在复杂的环境监听 (例如带电情况，油和 气体位置探测，爆炸或高的射频)，RFI 测试中心和 EMI 中心。
377A01 1/4英寸 自由场 4 m V/Pa 4—80k Hz 166 dB 30 dB (A)
377A02 1/2英寸 自由场 50 m V/Pa 3.15—20k Hz 148 dB 14.5 dB (A)
声音传感器ppt课件
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气 敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、 放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类
芝麻开门
声音传感器
1、声音传感器定义：声音传感器使用的是与人类耳朵 相似具有频率反应的电麦克风. 2、信号的传输方式：电路把信号放大并把信号传送给 英国电讯接口。实际上，信号通过2条不同的线送达数 据采集器。一个信号通过低电压输入线，在2.5V左右， 另一信号通过电压输入 线，在0V左右。
声波传感器
用作汽车倒车防撞报警器装置，也被称为超声波倒 车雷达或倒车声纳系统，尤其适用于加长型装载汽车、 载重大货车、矿山汽车等大型车辆。
装载在汽车超声波传感器的原理
传感器中的某种装置发散一种电信号，产生机 械振动而发射超声波，当超声波在空气传播途中碰 到障碍物立即被反射回来，作用于它的陶瓷时，则 会有电信号输出，通过数据处理时间差测距，计算 显示车与障碍物的距离。这样可以有效防止倒撞
声音传感器应用
军事
医疗
工业 生活 航天
声响传感器在军事上的应用
声响传感器目前已在地面传感器侦察 监视系统中广泛应用，其最大优点是分辨力强 。如果运动目标是人员，则不仅可以直接听到 声音，而且还能根据话音察明其国籍、身份和 谈话内容；如果运动目标是车辆，则可根据声 响判断车辆种类。。如美国陆军使用的一种可 悬挂在树上的被称为“音响浮标”的装置探测 距离300~400米，接近人的听觉范围。
手机的语音拨号功能与“芝麻开门”却 有着异曲同工之妙，目前看来，基本上大多数 手机都带有该项功能。
语音拨号表面地来说就是摘机后手动 指向手机语音拨号功能，说出被叫者姓名，电 话即自动拔向被叫者。 声音传感器再起中起了至关重要的作 用。但由于现有技术的不完善所以目前还不能 做到让语音拨号随心所欲。但无论如何，随着 传感器技术的迅速发展，以上困难将逐步被解 决。
声学传感器的基本理论.doc
声学传感器的基本理论1声波声波是声音的传播形式。
物体振动在空气中或在其他介质中的传播叫做声波。
声波借助各种介质可以向四面八方传播。
声波是一种纵波，它是弹性介质中传播着的压力振动。
但是在固体中传播时，它也可以同时有纵波和横波。
声波可以理解为介质在偏离平衡态时的小扰动的传播。
在这个传播过程中只有能量的传递，而不会发生质量的传递。
如果扰动量比较小，那么声波的传递过程满足经典的波动方程，是线性波。
如果扰动很大，那么声波的传递就不再满足线性的声波方程，会出现波的色散和激波。
在本课题中，我们的研究对象是小扰动的传播，即满足经典波动方程的线性波。
2声学传感器声学传感器是一个可以接收声波并且能够把声信号转换成电测仪器能够识别的电信号的装置，从而使得不易被测量的声学量能够很容易被测出，也使得声波被人们更为广泛的研究和利用。
声学传感器的原理就是声电转换，即把不易测量的声音信号转换成为容易被电测仪器测出的电信号。
目前应用最多的声学传感器主要有动圈式、压电陶瓷式和电容式三大类，其他类型的，如果细分的话，也都属于这三大类之中。
下面一节中，会具体介绍这三种声学传感器的原理，在此不再赘述。
3声学传感器的前置放大电路声学传感器的前置放大电路，是一种专门为声学传感器的输出信号而设计的放大设备。
通常，人们习惯将声学传感器的前置放大电路直接简称为“前置放大器”，专门用来处理电平较低、音质比较脆弱的声学传感器的输出信号。
由于声学传感器可以分为动圈式、压电陶瓷式、电容式等多种不同类型，且其输出的信号在电平和阻抗水平上也有很大的差别，因此，前置放大器在设计上也有很多种不同的造型和尺寸。
我们在选择前置放大器时，除了要鉴别音质水平之外，还应该特别注意其在多种不同的应用条件下对信号一致性的保持能力。
市场上可以见到的前置放大器有很多，它们大致可以分为两类，一类是电子管前置放大器，另一类是晶体管前置放大器。
由于数字音频信号是离散的信号，与连续的模拟音频信号相比，声音听起来有一些硬，电子管的特性就是可以呈现出温暖的音色，所以近年来选用电子管前置放大器的用户逐渐多起来，电子管前置放大器会使原来听起来比较生硬的数字声音变得温暖许多。
声学传感器
声传感器是把外界声场中的声信号转换成电信号的传感器。
它在通讯、噪声控制、环境检测、音质评价、文化娱乐、超声检测、水下探测和生物医学工程及医学方面有广泛的应用。
它的种类很多，本文按其特点和频率等，将它划分为超声传感器、声压传感器和声表面波传感器三节加以介绍。
在分节述说前，先介绍一些声学量的基本概念和声传感器的基本性能指标的物理意义。
声波：弹性媒质中传播的压力、应力、质点位移、质点速度等的变化或几种变化的综合。
声场：媒质中有声波存在的区域。
声压：有声波时，媒质中的压力与静压的差值。
单位为Pa。
声压值是时间的函数。
一般使用时，声压是有效声压的简称。
声压在声场中具有空间分布。
峰值声压：瞬时声压在规定的时间内最大绝对值。
有效声压：媒点上瞬时声压在一个周期内的均方根值。
声压级：声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20，单位为分贝（dB）。
常用基准声压为20uPa（空气中）;1uPa（水中）。
声级：用一定的仪表特性和A，B，C计权特性测得的计权声压级。
所用的仪表特性和计权特性都必须说明，否则指A声级。
常用基准声压为20uPa。
A，B，C计权特性分别是40，70，100方等响线的反曲线，计权特性用声级的字母表示。
如A声级65dB。
飞机噪声也可用D计权，其特性是40等噪线的反曲线。
声强：在某点上，一个与指定方向垂直的单位面积上在单位时间内通过的平均声能。
单位为W/m2。
应当注意的是，声场在指定方向n的声强等于垂直于该方向的单位面积上的平均声能通量。
声波为纵波时，声强可用下式表示：式中 p——瞬时声压，Pa。
式中 un——瞬时质点速度在方向n的分量，m/s。
式中 T——周期的整数倍，或长得不影响计算结果的时间，单位为s。
在自由场平面或球表面波的情况，在传播方向的声强是。
式中 p——有效声压，Pa。
式中 ρo——质点密度，kg.m3。
式中 c——声速，m/s。
声功率：声源在单位时间内发射出的总能量。
单位负责人W。
第五章 声学传感器
3.传播速度
声速=
弹性率 密度
⑴气体和液体介质
V K
式中 • K——介质的弹性模量 • ρ-----介质的密度
⑵固体介质
V纵＝
E（1－） （1＋）（1－2）
V横＝ 2（1E＋）
G
V表面＝0.9
G 0.9V横
E----固体介质的杨氏模量 μ---固体介质的波松比 G----固体介质的剪切弹性模量 ρ---介质的密度
是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于《岳阳楼记》的千古名篇——《醉翁亭记》。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(1007—1072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属
⑴声功率 声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能，
记为W，单位为瓦（W)或微瓦（μW）。 连续超声波：声功率一般在几毫瓦～几十千瓦范 围。
脉冲超声波：声功率为几分之一毫瓦～几兆瓦。
⑵声强
在单位时间内，在垂直于声波传播方向的 单位面积上所通过的声能，记为I。
I＝W/S 式中：S为声能所通过的面积（㎡）；W为声 功率。
3.声波的反射和折射 当超声波从一种介质传播到另一种介质时，
在两介质的分界面上将发生反射和折射，并 满足波的反射定律和折射定律 。
sin V1 sin V2
4.声波的衰减 超声波在一种介质中传播时，随着距离的
增加，能量逐渐衰减。
P P0e x
I I0e2 x
5.2 超声波传感器
第五章 声学量传感器
5.1 技术基础 定义：
声学传感器原理与设计
声学传感器原理与设计声学传感器是一种能够将声波转化为电信号的装置，广泛应用于声音的采集、测量和控制等领域。
本文将介绍声学传感器的原理和设计。
一、声学传感器的原理声学传感器的原理基于声波的传播和物质对声波的响应。
当声波通过物质时，会引起物质中的分子振动，产生压力波。
声学传感器利用这种压力波与物质的相互作用，将声波转化为电信号。
声学传感器的核心部件是压电元件。
压电元件是一种特殊的材料，具有压电效应，即在外加压力下会产生电荷。
当声波通过压电元件时，声波的振动会使得压电元件发生变形，从而产生电荷。
这个电荷可以通过电路进行放大和处理，最终转化为可用的电信号。
二、声学传感器的设计声学传感器的设计需要考虑多个因素，包括材料选择、传感器结构和信号处理等。
1. 材料选择在声学传感器的设计中，压电材料的选择非常重要。
常用的压电材料有石英、陶瓷和聚合物等。
不同的材料具有不同的压电性能和频率响应，根据具体应用需求选择适合的材料。
2. 传感器结构声学传感器的结构设计也是关键因素之一。
传感器结构包括传感器的形状、尺寸和布局等。
传感器的形状和尺寸会影响传感器的灵敏度和频率响应。
布局的合理性可以提高传感器的性能和稳定性。
3. 信号处理声学传感器输出的电信号通常是微弱的，需要经过放大和处理才能得到可用的信号。
信号处理可以包括滤波、放大和数字转换等步骤。
滤波可以去除杂音和干扰，放大可以增加信号的强度，数字转换可以将模拟信号转化为数字信号，方便后续处理和分析。
三、声学传感器的应用声学传感器在各个领域都有广泛的应用。
1. 声音采集声学传感器可以用于声音的采集和录制。
例如，在音频设备中，声学传感器可以将声音转化为电信号，然后经过放大和处理，最终输出为可听的声音。
2. 声音测量声学传感器可以用于声音的测量和分析。
例如，在环境噪声监测中，声学传感器可以测量噪声的强度和频谱分布，为环境保护和噪声控制提供数据支持。
3. 声音控制声学传感器可以用于声音的控制和调节。
声学传感器在工业自动化中的作用是什么
声学传感器在工业自动化中的作用是什么关键信息项：1、声学传感器的定义及工作原理名称：＿___________________________描述：＿___________________________2、工业自动化的概念与范畴名称：＿___________________________描述：＿___________________________3、声学传感器在工业自动化中的具体应用场景场景 1 名称：＿___________________________描述：＿___________________________场景 2 名称：＿___________________________描述：＿___________________________4、声学传感器为工业自动化带来的优势优势 1 名称：＿___________________________描述：＿___________________________优势 2 名称：＿___________________________描述：＿___________________________5、声学传感器在工业自动化应用中可能面临的挑战挑战 1 名称：＿___________________________描述：＿___________________________挑战 2 名称：＿___________________________描述：＿___________________________6、应对声学传感器在工业自动化应用中挑战的策略策略 1 名称：＿___________________________描述：＿___________________________策略 2 名称：＿___________________________描述：＿___________________________11 声学传感器的定义及工作原理声学传感器是一种能够检测和测量声音或声波的设备。
mems声学传感器原理
mems声学传感器原理
MEMS声学传感器是一种微型化的传感器，其工作原理是通过微机电系统（MEMS）技术将传感器的核心部件制造成微型结构，从而实现对外界环境的感知和测量。
MEMS声学传感器主要基于物理效应来工作。
具体来说，
当外界环境产生相应的物理量时，比如声音（声波），这些物理量会导致微型结构发生微小的形变或位移。
MEMS传感器通过对这些微小变化的感知
和测量，实现对外界环境的监测和检测。
MEMS声学传感器由两个基本部分组成：内部电路和外部电路。
外部电路
由两个分立的小型MEMS模块组成，在两个分立的小型MEMS模块之间放置声透镜。
当声音透镜接收到一定频率范围内的声波时，这些声波被反射回MEMS模块，并被传感器内部的半导体芯片采集到信息。
这些信息被传输
到数字处理单元进行处理，然后输出结果。
因此，MEMS声学传感器可以通过检测两个分立的小型晶体管之间发出的
声波进行分类和计算；然后将数据输出到传感器控制单元中进行处理并输出结果。
MEMS声学传感器可以应用于许多领域，比如语音识别、环境监测、医疗诊断等。
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5.2 超声波传感器
5.2.1 超声检测技术
一、超声波的物理效应 1.空化效应 空化现象：
Pmax P0
4/ 3
Rm 3 ( ) R
2.机械效应 超声波在传播的过程中，会引起介质质点 交替地压缩和扩张，构成了压力的变化，这 种压力变化将引起机械的应用
⑵散射大，衰减显著，穿透力弱。同时回波形状复杂，使
得信噪比降低。因此在检测粗糙面时，应选择低频率。
⑶反射性强。如果波不是近于垂直地射到裂面上，在检测方向 上就不能产生足够大的回波。频率越高这种现象越显著。 ⑷扫描空间小，仅能发现声束轴线附近的缺陷。 脉冲接触法常用的频率范围 频率范围 应用 25~100KHz 混凝土、岩石等粗结构材料 200K~1MHz 灰口铁、可锻铸铁等相当粗的材料 400K~5M 钢、吕、黄铜等细晶粒材料 200K~2.25M 塑料 2.25~10MHz 管、型材等有色金属 1~10M 维修检测，特别是疲劳裂纹
2.型号标识 •基本频率→晶片材料→晶片尺寸→探头种类 →特征 其中：
晶片材料：用缩写符号 P锆钛酸铅B钛酸钡T钛酸铅 探头种类：Z直探头 K斜探头 特征：探头的几何特征
5.2.3超声波在检测中的应用 一、超声波物位计
传感器举例： • 德国E+H公司的FMV232-AF21。参数： • 测量范围：0—7m • 电 源：220V 50HzAC • 输 出：4－20mA DC • 连 接：四线制
二、声波的特性参数 1.声压及声阻抗 ⑴声压：由于声波作用而产生的压强叫“声 压”。
P= VU
式中：ρ为空气密度；V为声速；U为空气质 点的振动速度。 单位：牛顿/米2，又称帕
⑵声阻抗
Z=ρ×V 式中：ρ为空气密度；V为声速。 单位：当ρ的单位是g/cm3时，声阻抗的单位 是瑞利。
2.声功率及声强
第五章 声学量传感器
5.1 技术基础
定义： 声学量传感器是能感受声学量并转换成可 用输出信号的传感器。
表5-1 声学量传感器类型表
传感器类型 声压传感器 噪声传感器 超声[波]传感器 说明 感受声压并转换成可用输出信号 感受噪声并转换成可用输出信号 感受超声波并转换成可用输出信号
微型麦克风
用微加工技术制造的可以把声信号转换成电信号的传感器
例石英晶体：
1 2 E
m
2.87 MHz.mm
若选择石英晶片的厚度为1mm，则其自然 振动频率为2.87MHz。
三、 超声波传感器特征
1.超声波频率 C=fλ
超声波频率在很大程度上决定了超声波对缺陷的探测能力 频率越高，其：
⑴波长短，声束窄，扩张角小，能量集中。因而发现小缺
陷能力强，分辨率高，缺陷定位准确。
3.传播速度
弹性率 声速= 密度
⑴气体和液体介质
K V
式中 • K——介质的弹性模量 • ρ-----介质的密度
⑵固体介质
V纵＝ V横＝ E（1－） （1＋）（1－2） E G 2 （1＋） G
V表面＝0.9
0.9V横
E----固体介质的杨氏模量 μ---固体介质的波松比 G----固体介质的剪切弹性模量 ρ---介质的密度
⑴声功率 声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能， 记为W，单位为瓦（W)或微瓦（μW）。 连续超声波：声功率一般在几毫瓦～几十千瓦范 围。 脉冲超声波：声功率为几分之一毫瓦～几兆瓦。
⑵声强 在单位时间内，在垂直于声波传播方向的 单位面积上所通过的声能，记为I。 I＝W/S 式中：S为声能所通过的面积（㎡）；W为声 功率。
3.声波的反射和折射 当超声波从一种介质传播到另一种介质时， 在两介质的分界面上将发生反射和折射，并 满足波的反射定律和折射定律 。
sin V1 sin V2
4.声波的衰减 超声波在一种介质中传播时，随着距离的 增加，能量逐渐衰减。
P P0e
x
I I 0e2 x
二、无损检测 1.透射法： 2.反射法：
1.超声加工处理技术 ⑴是超声波的功率应用 ⑵利用某种超声效应 ⑶着重一些描述声场强弱的物理量
2.超声检测技术 ⑴应用声速测量 ⑵声衰减 ⑶声阻抗
5.2.2 超声波传感器的原理 一、压电型超声波传感器
应力σ
th
A
•
A
d
V 1 E f0 2th m
• 式中：E为压电片沿x轴方向的弹性模 量；为压电片的密度。
一、声波的基本性质 1.声波的类型 ⑴声波：20Hz~20KHz之间的机械波能为人 耳所闻，称为声波 。 ⑵次声波：低于20Hz的机械波称为次声波。 ⑶超声波：高于20KHz（2×10）的机械波称 为超声波。
2.波型
⑴纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致。 ⑵横波。质点的振动方向垂直与波的传播方向。 ⑶表面波。质点的振动介于纵波和横波之间，其振 动的轨迹是椭圆形，长轴垂直于传播方向，短轴 平行于传播方向。