انواع سنسورهای صدا کدامند؟

حسگرهای صدا، به عنوان دستگاه‌هایی که سیگنال‌های صوتی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند، کاربردهای گسترده‌ای در اتوماسیون صنعتی، خانه‌های هوشمند، تشخیص‌های پزشکی و سایر زمینه‌ها پیدا می‌کنند. سنسورهای صدا بر اساس اصول عملیاتی و اهداف تشخیصی در درجه اول به شرح زیر دسته بندی می شوند:

I. سنسورهای پیزوالکتریک

حسگرهای صوتی پیزوالکتریک از خواص موادی مانند کوارتز و سرامیک استفاده می کنند. هنگامی که فشار صوتی روی سطح ماده اعمال می شود، تغییرات بار الکتریکی را القا می کند و در نتیجه سیگنال الکتریکی تولید می کند. این سنسورها حساسیت بالا و پاسخ فرکانس وسیع را با کاربردهای معمولی از جمله:

1. میکروفون:میکروفون های خازنی الکتریک (ECM) از فیلم الکتروت پلاریزه به عنوان دیافراگم استفاده می کنند که هزینه کم و اندازه جمع و جور را ارائه می دهند که باعث می شود به طور گسترده در لوازم الکترونیکی مصرفی مورد استفاده قرار گیرند. میکروفون‌های MEMS ساختارهای خازنی مینیاتوری را از طریق فرآیندهای نیمه‌رسانا با قابلیت‌های ضد تداخل قوی و سازگاری عالی که معمولاً در تلفن‌های هوشمند یافت می‌شود، یکپارچه می‌کنند.

2. سنسورهای اولتراسونیک:اینها معمولاً بالای 20 کیلوهرتز کار می کنند، از سرامیک های پیزوالکتریک برای ارسال و دریافت امواج اولتراسونیک استفاده می کنند که برای کاربردهایی مانند اندازه گیری فاصله (مانند سنسورهای پارک) و تشخیص جریان مناسب است. در تجهیزات تصویربرداری اولتراسوند پزشکی، حسگرهای پیزوالکتریک آرایه‌شده به وضوح میلی‌متری- دست می‌یابند.

II. حسگرهای مبتنی بر القای الکترومغناطیسی{1}

اینها سیگنال های الکتریکی را از طریق تغییرات میدان مغناطیسی تولید می کنند که در درجه اول عبارتند از:

1. میکروفون‌های سیم پیچ متحرک:امواج صوتی یک سیم پیچ را به ارتعاش در یک میدان مغناطیسی دائمی هدایت می کند و خطوط شار مغناطیسی را برای تولید جریان قطع می کند. دامنه دینامیکی گسترده آنها آنها را به یک انتخاب معمول برای تجهیزات ضبط حرفه ای تبدیل می کند.

2. پیکاپ های الکترومغناطیسی:پیکاپ های سیم پیچی که در سازهایی مانند گیتار استفاده می شوند، قدرت میدان مغناطیسی را از طریق ارتعاش سیم های فلزی برای خروجی سیگنال های صوتی تغییر می دهند.

III. سنسورهای صوتی نوری

از فن‌آوری‌های شناسایی غیرتماسی استفاده کنید، مانند:

1. ارتعاش سنج های لیزری:ارتعاشات سطح را از طریق اثر داپلر، مناسب برای محیط‌های با دمای بالا یا تداخل الکترومغناطیسی قوی اندازه‌گیری کنید. به صورت صنعتی برای تشخیص امواج صوتی غیرعادی ناشی از خرابی های مکانیکی استفاده می شود.

2. سنسورهای صوتی فیبر نوری:از این خاصیت استفاده کنید که امواج صوتی ضریب شکست فیبرهای نوری را تغییر می دهند و نظارت صوتی توزیع شده را امکان پذیر می کنند. این فناوری برای تشخیص نشت خط لوله نفت استفاده می شود.

IV. حسگرهای خازنی صدا

امواج صوتی که شامل یک صفحه متحرک و یک صفحه ثابت است که ساختار خازنی را تشکیل می دهد، فاصله صفحه را تغییر می دهد و در نتیجه مقدار خازن را تغییر می دهد. میکروفون‌های MEMS به این دسته تعلق دارند و نسبت سیگنال به-بیش از 70 دسی‌بل را دریافت می‌کنند. نوع دیگر، میکروفون میکرو خازنی سیلیکونی، از فرآیندهای نیمه هادی برای ساختن حفره های هوای مینیاتوری استفاده می کند و آن را برای دستگاه های سمع پزشکی مناسب می کند.

V. سنسورهای صوتی مقاومتی

میکروفون‌های کربن-گرانول یک نمونه کلاسیک هستند. فشار صوت مقاومت تماس گرانول های کربن را تغییر می دهد و در نتیجه جریان را تعدیل می کند. اگرچه ویژگی‌های پاسخ فرکانسی ضعیفی را نشان می‌دهند، ساختار ساده و هزینه کم آن‌ها باعث شده است که به طور گسترده در تلفن‌های اولیه مورد استفاده قرار گیرند.

VI. سنسورهای هوشمند جدید

پیشرفت های فناوری منجر به ظهور حسگرهای هیبریدی شده است که چندین فناوری را یکپارچه می کند:

1. ماژول های تشخیص چاپ صوتی هوش مصنوعی:ادغام تراشه‌های DSP و الگوریتم‌های یادگیری عمیق، این ویژگی‌های خاص چاپ صوتی را در زمان واقعی برای سیستم‌های امنیتی هوشمند تجزیه و تحلیل می‌کنند. مدل های آکوستیک ارائه شده توسط Baidu AI Open Platform به دقت 98 درصد دست می یابند.

2. سنسورهای چند پارامتری محیطی:تشخیص همزمان صدا، دما، رطوبت و سایر پارامترها. به عنوان مثال می توان به پایانه های نظارت بر نویز در شهرهای هوشمند اشاره کرد که داده های دسی بل را از طریق شبکه های 4G در پلتفرم های ابری آپلود می کنند.

مقایسه سناریوهای کاربردی

روندهای توسعه فناوری

1. کوچک سازی و یکپارچه سازی:سازندگانی مانند TSMC تراشه‌های میکروفون MEMS را در بسته‌های 3mm×2mm معرفی کرده‌اند که پتانسیل آینده برای ادغام SoC حسگرها و پردازنده‌ها را دارند.

2. توانمندسازی هوش مصنوعی:چارچوب‌هایی مانند Baidu's PaddlePaddle از استقرار مدل آکوستیک کناری{0} پشتیبانی می‌کند و حسگرهایی را با قابلیت محاسبات لبه‌ای فعال می‌کند. به عنوان مثال، آشکارسازهای گریه نوزاد می توانند به صورت محلی ویژگی های طیفی صوتی را در 200 میلی ثانیه تجزیه و تحلیل کنند.

3. خود{1}}تکنولوژی برق رسانی:حسگرهای هیبریدی پیزوالکتریک{0}Triboelectric Georgia Tech از انرژی ارتعاش محیطی استفاده می‌کنند و برای دستگاه‌های گره اینترنت اشیا ایده‌آل هستند.

هنگام انتخاب حسگرهای صدا، پارامترهایی از جمله محدوده فرکانس (حوزه شنوایی انسان 20 هرتز-20 کیلوهرتز)، حساسیت (dB/V) و نسبت سیگنال-به نویز را به طور جامع ارزیابی کنید. کاربردهای صنعتی علاوه بر این نیاز به توجه به رتبه‌بندی‌های حفاظتی (مثلاً IP67 مقاومت در برابر گرد و غبار و آب) و سازگاری دما (محدوده عملیاتی -40 درجه تا 85 درجه) دارند. با گسترش فناوری‌های 5G و AIoT، حسگرهای صدا از دریافت سیگنال ساده به سیستم‌های ادراک هوشمند تبدیل می‌شوند.