CN111131988B - 振动传感器和音频设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种振动传感器和音频设备,振动传感器包括壳体、麦克风组件、振动组件和调压片,所述麦克风组件与所述壳体配合围成收容空间;所述振动组件设于所述收容空间内,所述振动组件包括固持于所述壳体上的第一振膜和与所述第一振膜贴合设置的质量块,所述第一振膜将所述收容空间分隔为第一腔体和第二腔体,所述质量块开设有连通所述第一腔体和所述第二腔体的质量块均压孔;所述调压片设于所述质量块均压孔,并用于跟随所述第一腔体和所述第二腔体之间的气流调节所述质量块均压孔的开口口径。本发明技术方案对低频振动感应灵敏,受热急剧增加或者受到冲击时,振膜不易破裂。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域,特别涉及一种振动传感器和应用该振动传感器的音频设备。
背景技术
目前现有的振动传感器包括振动感应装置及将振动转化为电信号的振动检测装置,振动感应装置具有感应振动的振膜,该振膜在接收到外部振动后进行谐振,从而产生谐振气波,该振动检测装置通过检测谐振气波,将振动信号转换,并输出,实现振动传感的功能。为了便于振膜振动,通常会在振膜的表面设置质量块,并在质量块上开设均压孔以有利于气压平衡。当均压孔开孔较大时,振动检测装置对低频响应差,当均压孔开孔较小时,振动检测装置内部气压受热急剧增加或者受较大冲击时,由于气压变化剧烈,容易导致振膜破裂,影响产品寿命。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种振动传感器,旨在解决均压孔孔径较大对低频响应差的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供的振动传感器,包括:
壳体;
麦克风组件,所述麦克风组件与所述壳体配合围成收容空间;
振动组件,所述振动组件设于所述收容空间内,所述振动组件包括固持于所述壳体上的第一振膜和与所述第一振膜贴合设置的质量块,所述第一振膜将所述收容空间分隔为第一腔体和第二腔体,所述质量块开设有连通所述第一腔体和所述第二腔体的质量块均压孔;
调压片,所述调压片设于所述质量块均压孔,并用于跟随所述第一腔体和所述第二腔体之间的气流调节所述质量块均压孔的开口口径。
优选地,所述质量块贴设于所述第一振膜远离所述麦克风组件的表面,所述调压片的一端与所述质量块远离所述第一振膜的表面连接。
优选地,所述质量块远离所述第一振膜的表面凹陷形成与所述质量块均压孔连通的安装台阶,所述调压片的一端与所述安装台阶连接,所述调压片的另一端与所述质量块均压孔的内壁面接触。
优选地,所述安装台阶包括自所述质量块远离所述第一振膜的表面向靠近所述第一振膜方向延伸的安装面、自所述所述安装面向靠近所述质量块均压孔方向延伸的抵接面,所述调压片的一端与所述质量块均压孔的内壁面接触,所述抵接面支撑所述调压片的另一端。
优选地,所述调压片为金属箔片、橡胶片或塑料片中的任意一种。
优选地,所述麦克风组件包括与所述壳体配合形成所述收容空间的第一电路板、设于所述第一电路板远离所述收容空间一侧的麦克风,所述麦克风与所述电路板电连接,所述第一电路板开设有连通所述收容空间和所述麦克风的振动腔的贯穿孔。
优选地,所述麦克风组件还包括与所述第一电路板相间隔设置的第二电路板、连接所述第一电路板和所述第二电路板的支撑件,所述第一电路板、所述第二电路板和所述支撑件围成谐振腔,所述麦克风收容于所述谐振腔内。
优选地,所述麦克风包括围成振动腔的支架和固定于所述支架上的第二振膜,所述支架环绕所述贯穿孔设置,所述第二振膜罩盖所述贯穿孔设置。
优选地,所述麦克风还包括与所述支架连接的背板,所述背板与所述第二振膜相间隔设置,所述背板上开设有背板均压孔,所述背板均压孔连通所述振动腔和所述谐振腔。
本发明还提出一种音频设备,包括如上所述的振动传感器。
本发明的振动传感器通过质量块均压孔设置调压片,使得在一般情况下,调压片可遮蔽部分质量块均压孔,使得质量块均压孔的开口口径较小,有利于感应低频振动,在振动传感器受到猛烈撞击或受热急剧增加时,调压片可跟随第一腔体和第二腔体之间的气流形变或滑动,以使得质量块均压孔的开口口径较大,第一腔体和第二腔体之间的气压快速平衡,从而避免因为第一腔体和第二腔体之间的气压差较大,引起第一振膜损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明振动传感器一实施例的调压片关闭质量块均压孔的剖面结构示意图;
图2为本发明振动传感器一实施例的调压片开启质量块均压孔的剖面结构示意图;
图3为图1所示A部分的放大结构示意图;
图4为图1所示B部分的放大结构示意图。
附图标号说明:
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种振动传感器100。
参照图1和图2,本发明技术方案提出的振动传感器100包括:壳体1、麦克风组件3、振动组件5和调压片7,麦克风组件3与壳体1配合围成收容空间2;振动组件5设于收容空间2内,振动组件5包括固持于壳体1上的第一振膜51和与第一振膜51贴合设置的质量块53,第一振膜51将收容空间2分隔为第一腔体21和第二腔体23,质量块53开设有连通第一腔体21和第二腔体23的质量块均压孔52;调压片7设于质量块均压孔52,并用于跟随第一腔体21和第二腔体23之间的气流调节质量块均压孔52的开口口径。
具体地,质量块53可以为弹片、横梁或其他结构,在与第一振膜51振动时,为第一振膜51提供支撑。调压片7可以与质量块53连接,也可以与壳体1或第一振膜51连接,以保证调压片7固定安装于收容空间2内。当需要使用振动传感器100时,在壳体1外侧输入振动信号或压力信号,第一振膜51和质量块53被该振动信号或压力信号激励,质量块53和第一振膜51产生振动,从而引起收容空间2内的气体产生振动,以使收容空间2内的气压产生变化,麦克风组件3感应收容空间2内气体产生的振动,并将感应到的信息转换成可以检测的电信号,传递到外部电子器件。正常使用情况下,调压片7覆盖于质量块均压孔52使得质量块均压孔52的开口保持较小口径,此时麦克风组件3对低频振动响应好;当振动传感器100受到猛烈撞击或受热急剧增加,导致收容空间2内气压变化剧烈时,第一腔体21和第二腔体23之间流动的气流冲击调压片7,使得调压片7发生形变或滑动,从而使得质量块均压孔52的开口保持较大口径,从而有利于第一腔体21和第二腔体23之间的气流流动,有利于维持第一腔体21和第二腔体23之间的气压平衡,减小第一振膜51振动振幅,避免振动传感器100受到猛烈撞击或受热急剧增加时,第一振膜51破损。当然本领域技术人员可以理解的是,调压片7使得质量块均压孔52的开口保持较小口径或较大口径,仅是同一振动传感器100不同状态下,质量块均压孔52两种不同口径之间相比较而言,不是对质量块均压孔52的开设口径限定。
本发明通过质量块均压孔52设置调压片7,使得在一般情况下,调压片7可遮蔽部分质量块均压孔52,使得质量块均压孔52的开口口径较小,有利于感应低频振动,在振动传感器100受到猛烈撞击或受热急剧增加时,调压片7可跟随第一腔体21和第二腔体23之间的气流形变或滑动,以使得质量块均压孔52的开口口径较大,第一腔体21和第二腔体23之间的气压快速平衡,从而避免因为第一腔体21和第二腔体23之间的气压差较大,引起第一振膜51损坏。
在一实施例中,在壳体1上开设有泄漏口12连通第一腔体21和外部环境。在第一振膜51振动时,封闭的空间会对第一振膜51的振动产生振动阻力,不利于第一振膜51带动收容空间2内的气体振动,从而引起气压变化,设置泄漏口12可以便于与外部连通,从而减小第一振膜51振动时的阻力。该泄漏口12的数量和位置可以根据实际需要进行设定,只要便于减小第一振膜51的振动阻力即可。调压片7可以为金属箔片(金属的材质可选择不锈钢材料、铝质材料,铝合金材料、铜质材料、铜合金材料、铁合金材料等)、橡胶片(橡胶的材质可选择天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等)或塑料片(塑料可选择柔性塑料,如ABS、POM、PS、PMMA、PC、PET、PBT、PPO等)中的任意一种,只要调压片7可随着第一腔体21和第二腔体23之间流动的气流发生形变或运动即可。
在一实施例中,质量块53贴设于第一振膜51远离麦克风组件3的表面,调压片7的一端与质量块53远离第一振膜51的表面连接。从而调压片7向远离第一振膜51方向运动不会受质量块53干涉,方便调压片7和质量块53的装配。在另一实施例中,调压片7设于质量块均压孔52内,调压片7的一端与质量块均压孔52的内壁面连接。
请结合参阅图3,质量块53远离第一振膜51的表面凹陷形成与质量块均压孔52连通的安装台阶531,调压片7的一端与安装台阶531连接,调压片7的另一端与质量块均压孔52的内壁面接触。通过设置安装台阶531使得调压片7与质量块53的连接更稳定。在另一实施例中,调压片7可通过柔性连接件与质量块53连接,第一腔体21和第二腔体23之间流动的气流冲击调压片7时,柔性连接件发生形变,调压片7远离柔性连接件的一端运动,从而调节质量块均压孔52的开口口径。
具体地,安装台阶531包括自质量块53远离第一振膜51的表面向靠近第一振膜51方向延伸的安装面(未标示)、自安装面向靠近质量块均压孔52方向延伸的抵接面(未标示),调压片7的一端与质量块均压孔52的内壁面接触,抵接面支撑调压片7的另一端。
请参阅图1和图4,麦克风组件3包括与壳体1配合形成收容空间2的第一电路板31、设于第一电路板31远离收容空间2一侧的麦克风33,麦克风33与电路板电连接,第一电路板31开设有连通收容空间2和麦克风33的振动腔332的贯穿孔34。
具体地,麦克风33可以为MEMS(Microelectro Mechanical Systems,微机电系统)麦克风33,麦克风33可以通过焊锡实现与第一电路板31的电性连接,壳体1可以通过胶接件与第一电路板31固定,或者通过卡扣或连接件与第一电路板31固定,只要便于麦克风33可以较好的感应受收容空间2内气体产生的振动即可。在本实施例中,壳体1包括底壁11、自底壁11弯折延伸的侧壁13、以及连接第一电路板31和侧壁13的连接件15,第一振膜51的外边缘固定于连接件15和壳体1之间。设置连接件15便于侧壁13与第一电路板31连接,并且为第一振膜51的振动提供振动行程,具体的,可以将胶水铺设于连接件15的两侧,再将第一电路板31和侧壁13分别与连接件15粘了胶水的两侧固定。
当在壳体1外侧输入振动信号或压力信号,从而收容空间2的气体产生振动,振动的气体带动第一振膜51产生振动,气流通过贯穿孔34改变麦克风33的振动腔332内的气压,从而使得麦克风33将振动信号变为电信号。
麦克风组件3还包括与第一电路板31相间隔设置的第二电路板35、连接第一电路板31和第二电路板35的支撑件37,第一电路板31、第二电路板35和支撑件37围成谐振腔32,麦克风33收容于谐振腔32内。第一电路板31上还设有ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit)芯片9,ASIC芯片9与麦克风33电性连接。ASIC芯片9为麦克风33提供外部偏置,有效的偏置将使麦克风33在整个操作温度范围内都可保持稳定的声学和电气参数,还支持具有不同敏感性的麦克风33设计。通过设置谐振腔32,使得当在壳体1外侧输入振动信号或压力信号,第一振膜51进行细微振动时,容易对第一振膜51远离振动源的一侧进行压缩,从而减小第一振膜51的振动阻力,使其能够容易地在细微的空气振动下产生振动响应,从而使麦克风33的灵敏度较高。可以理解的是,越大的谐振腔32,其空气较多,便于第一振膜51的振动。
麦克风33包括围成振动腔332的支架331和固定于支架331上的第二振膜333,支架331环绕贯穿孔34设置,第二振膜333罩盖贯穿孔34设置。
优选地,将第一振膜51正对第二振膜333设置,便于第二振膜333直接感应第一振膜51引起的气压变化,从而提高振动传感器100的传感效果。在本发明的一实施例中,第一振膜51在振动方向的投影面积大于第二振膜333在振动方向的投影面积。第一振膜51与收容空间2内气体的接触面积更大,使其可以更好地振动气体,第二振膜333的面积较小,使麦克风33对安装于同一电子设备内的扬声器引起的噪声产生更低的振动耦合,方便使用。
麦克风33还包括与支架331连接的背板335,背板335与第二振膜333相间隔设置,背板335上开设有背板均压孔336,背板均压孔336连通振动腔332和谐振腔32。优选地,第二振膜333上还开设有振膜均压孔334,以方便第二振膜333两侧气压平衡。
具体地,麦克风33的制造过程为:在晶圆上沉积数层不同的物质,然后蚀去无用的物质,制成支架331;在支架331上设置能够运动的振膜(即第二振膜333)和一个固定的支撑板(即背板335)。支撑板具有较好的刚性,采用通孔结构。第二振膜333较薄,易弯曲。当气压变换时,第二振膜333会随着气压变化而弯曲,第二振膜333弯曲时其与支架331之间的电容量将会变化,从而ASIC芯片9可以将这种电容信号转换成电信号。
本发明还提出一种音频设备(未图示),该音频设备包括上述振动传感器100。
可以理解的是,该音频设备可以为骨传导麦克风。该音频设备还包括安装孔,从而便于将振动传感器100的壳体1部分显露,从而便于感应振动。
由于本音频设备采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种振动传感器,其特征在于,包括:
壳体;
麦克风组件,所述麦克风组件与所述壳体配合围成收容空间;
振动组件,所述振动组件设于所述收容空间内,所述振动组件包括固持于所述壳体上的第一振膜和与所述第一振膜贴合设置的质量块,所述第一振膜将所述收容空间分隔为第一腔体和第二腔体,所述质量块开设有连通所述第一腔体和所述第二腔体的质量块均压孔;
调压片,所述调压片设于所述质量块均压孔,并用于跟随所述第一腔体和所述第二腔体之间的气流调节所述质量块均压孔的开口口径;
所述质量块贴设于所述第一振膜远离所述麦克风组件的表面,所述调压片的一端与所述质量块远离所述第一振膜的表面连接。
2.如权利要求1所述的振动传感器,其特征在于,所述质量块远离所述第一振膜的表面凹陷形成与所述质量块均压孔连通的安装台阶,所述调压片的一端与所述安装台阶连接,所述调压片的另一端与所述质量块均压孔的内壁面接触。
3.如权利要求2所述的振动传感器,其特征在于,所述安装台阶包括自所述质量块远离所述第一振膜的表面向靠近所述第一振膜方向延伸的安装面、自所述安装面向靠近所述质量块均压孔方向延伸的抵接面,所述调压片的一端与所述质量块均压孔的内壁面接触,所述抵接面支撑所述调压片的另一端。
4.如权利要求1所述的振动传感器,其特征在于,所述调压片为金属箔片、橡胶片或塑料片中的任意一种。
5.如权利要求1至4中任一项所述的振动传感器,其特征在于,所述麦克风组件包括与所述壳体配合形成所述收容空间的第一电路板、设于所述第一电路板远离所述收容空间一侧的麦克风,所述麦克风与所述电路板电连接,所述第一电路板开设有连通所述收容空间和所述麦克风的振动腔的贯穿孔。
6.如权利要求5所述的振动传感器,其特征在于,所述麦克风组件还包括与所述第一电路板相间隔设置的第二电路板、连接所述第一电路板和所述第二电路板的支撑件,所述第一电路板、所述第二电路板和所述支撑件围成谐振腔,所述麦克风收容于所述谐振腔内。
7.如权利要求6所述的振动传感器,其特征在于,所述麦克风包括围成振动腔的支架和固定于所述支架上的第二振膜,所述支架环绕所述贯穿孔设置,所述第二振膜罩盖所述贯穿孔设置。
8.如权利要求7所述的振动传感器,其特征在于,所述麦克风还包括与所述支架连接的背板,所述背板与所述第二振膜相间隔设置,所述背板上开设有背板均压孔,所述背板均压孔连通所述振动腔和所述谐振腔。
9.一种音频设备,其特征在于,包括如权利要求1至8中任一项所述的振动传感器。
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