一种非线性修正的传声器制造技术

本发明专利技术涉及一种非线性修正的传声器，该传声器包括敏感膜、基座主体、低敏感后极板、高敏感后极板、屏蔽腔、高声压输出极、高敏感输出极、放大电路板。通过一个高声压低灵敏度的电容传声器与一个低声压高敏感电容传声器复合在一起，同时检测同一个声压，两个电容共用一个膜片，后极板的中心小面积是高声压电容传声器的后极，后极板的周边大面积是低声压电容传声器的后极，低声压电容传声器的输出是近似线性的，而高敏感电容传声器的输出是非线性的，放大器中利用高压传声器的输出信号来修正高敏感电容传声器的输出。

A nonlinear modified microphone

【技术实现步骤摘要】
一种非线性修正的传声器
本专利技术涉及一种非线性修正的传声器，属于传声器
，用于声波(包括次声波)传感领域。
技术介绍
本传声器应用于大动态范围(0.01Pa-20kPa)的次声传声探测领域，从换能方式来分，现有的次声传声器主要有压电式、电容式和电动式，本专利技术的传声器采用电容式，电容式传声器具有灵敏度高、频率响应宽而平直、稳定性好的特点，现有的电容式传声器探测范围小，最高为几百Pa，究其原因：现有的电容式传声器均存在对大声压检测的非线性问题，原理是：声压引起电容间距的改变量超过了一定的比例，就会呈现出对正压力的灵敏度变高，而对负压力的灵敏度变低，这种不对称现象是很难克服的。采用电动式、压电式等其他原理的传声器虽然非线性效应不明显，但是存在频带不够宽，带内不平坦，自噪声大，灵敏度低的缺点。本专利技术能在保持电容式传声器高灵敏度的优点条件下，显著提高探测范围，解决大动态范围的非线性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有电容式传声器的大动态范围非线性问题，提供一种非线性修正的传声器，解决现有电容式传声器检测大声压时出现的非线性问题。本专利技术解决现有电容式传声器非线性问题采取以下技术方案：一般电容式传声器的工作原理为：当声波作用在敏感膜上时，膜随声波发生振动，导致膜与后极板的距离发生变化，从而引起电容量的变化，通过检测电容量的变化即可实现声波的测量。本专利技术一种非线性修正的传声器包括敏感膜1、高声压输出极2、高敏感输出极3、放大电路板4、基座主体5、屏蔽腔6、低敏感后极板7、高敏感后极板8，所述低敏感后极板7没有间隙的固装在高声压输出级2上，高敏感后极板8没有间隙的固装在高敏感输出级3上，所述放大电路板4与所述高声压输出极2、高敏感输出极3紧密连接；所述敏感膜1、高声压输出极2、高敏感输出极3、放大电路板4、基座主体5、低敏感后极板7、高敏感后极板8安装在屏蔽腔6内，所述低敏感后极板7和高敏感后极板8分别输出高声压和高敏感，输出的高声压、高敏感分别通过高声压输出级2、高敏感输出级3与所述信号放大电路板4相连。所述放大器电路板4中的高声压输出级2的信号接入高敏感输出级3的信号放大回路，补偿非线性。所述屏蔽腔6确保传感器信号质量、消除电磁感应的影响。所述敏感膜为采用钢、镍或钛金属制成的薄膜，敏感膜上无砂眼。所述放大电路板4与低敏感后极板7和高敏感后极板8是固定安装在一起的，没有间隙。所述屏蔽腔6为钢材料，确保屏蔽腔6内压力不随外部机械压力而变化。所述基座主体5是保证传感器精度的关键，在基座主体5上安装了敏感膜1、低敏感后极板7和高敏感后极板8、高声压输出极2和高敏感输出极3，输出极有两路信号，一路是高声压线性响应输出，一路是高敏感非线性输出。所述低敏感后极板7和高敏感后极板8是有两个输出极的复合结构，中间是低灵敏度的高压检测输出，外围是高敏感的检测输出，二者之间是电绝缘的，但是固装在一起，形成了稳定的关系。所述高声压输出极2和高敏感输出极3是有两路输出的电极，与信号放大电路板4之间紧密安装。信号放大电路板4上有两路放大器，高声压输出信号被接入到了高敏感放大电路的反馈回路，用于修正高敏感输出信号的非线性。本专利技术的有益效果：1、采用双电容检测，将低灵敏度的高声压输出信号，用于修正高灵敏度的高敏感输出信号，实现对声压的高敏感和线性检测。其中高压检测的低灵敏度输出相当于一个间距大而膜片直径小的传声器，高敏感输出相当于一个高灵敏度的电容传声器，其膜片直径大，间距小。这种复合检测方法可以使非线性降低20dB以上。2、由于双电容复合在一起，装置结构与普通单电容传声器基本一样，所以保持了频响宽，噪声低，灵敏度高的特点。3、中的两个电容是采用同一个敏感膜，所以不存在相位偏移，而自噪声是相关的，所以在负反馈中抵消了噪声，提高了信噪比。4、通过增大敏感膜降低检测频率的下限。5、放大电路采用了无感检波电路，扩大了检测压力范围，消除了零漂，不需要人工调零。附图说明图1结构示意图图中：1.敏感膜，2.高声压输出极，3.高敏感输出极，4.放大电路板，5.基座主体，6.屏蔽腔，7.低敏感后极板，8.高敏感后极板。图2低声压高灵敏度传声器的灵敏度曲线和高声压低灵敏度传声器的灵敏度曲线图中：9.低声压高灵敏度传声器的正压灵敏度曲线，10.低声压高灵敏度传声器的负压灵敏度曲线，11.高声压低灵敏度传声器的正压灵敏度曲线，12.高声压低灵敏度传声器的负压灵敏度曲线；纵坐标为灵敏度，单位mv/Pa；横坐标为声压，单位Pa。具体实施方式以下结合附图、实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，非线性修正的传声器包括敏感膜、基座主体、后极板、屏蔽腔、输出极和信号放大电路板，敏感膜1安装在基座主体5上，处于紧绷状态，敏感膜1后有组装在一起的高敏感后极8和低敏感后极7，高敏感后极8与高敏感输出极3电连接，低敏感后极7与高声压输出极2电连接，高敏感输出极3、高声压输出极2分别安装在信号放大电路板4上。高敏感后极8和低敏感后极7是通过固化后坚硬的胶固装在一起的，并且保持了两个面的高差度精确。高敏感后极8和低敏感后极7的高度差决定了非线性修正的程度，也就决定了高灵敏度传声器线性测量修正后声压的最大范围。该非线性修正比普通电容传声器的线性测量上限高20dB以上。实施例1一种非线性修正的传声器，如图1所示，包括敏感膜1，高声压输出极2，高敏感输出极3，放大电路板4，基座主体5，屏蔽腔6，低敏感后极板7，高敏感后极板8。所述敏感膜1安装在基座主体5上，所述放大电路板4固定在基座主体5内，所述基座主体5安装在所述屏蔽腔6中，所述高声压输出极2、高敏感输出极3分别安装在放大电路板4上。所述高声压输出极2与高压后极板7电连接，所述高敏感输出极3与高敏感后极板8电连接。低压高敏感电容传声器的灵敏度曲线，随着正压加大时向上翘起，而随着负压加大时向下弯起，且向上翘的速度比向下弯的速度快，二者是不对等的，这就是电容传声器的非线性效应的表现。高压低敏感电容传声器的灵敏度曲线，随着正压加大时向上翘起，而随着负压加大时向下弯起，且向上翘的速度比向下弯的速度快，二者是不对等的，这就是电容传声器的非线性效应的表现。低压高敏感电容传声器的灵敏度曲线的非线性比高压低敏感电容传声器的灵敏度曲线的非线性更早出现。低压高敏感电容传声器的灵敏度比高压低敏感电容传声器的灵敏度高。低压高敏感电容传声器的灵敏度曲线用细线表示，代表输出噪声相对较小。而高压低敏感电容传声器的灵敏度曲线用粗线表示，代表输出噪声相对较大。本专利技术的工作原理为：外部输入的声压引起敏感膜1振动，改变了敏感膜1与高压后极板7和高敏感后极板8二者的距离，引起了两个电容量的变化，进而引起了两个电容的输出电压的变化，形成了声音信号。其中高压后极板7与敏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非线性修正的传声器，其特征在于：该传声器包括敏感膜(1)、高声压输出极(2)、高敏感输出极(3)、放大电路板(4)、基座主体(5)、屏蔽腔(6)、低敏感后极板(7)、高敏感后极板(8)，低敏感后极板(7)没有间隙的固装在高声压输出级(2)上，高敏感后极板(8)没有间隙的固装在高敏感输出级(3)上，放大电路板(4)与高声压输出极(2)、高敏感输出极(3)紧密连接；敏感膜(1)、高声压输出极(2)、高敏感输出极(3)、放大电路板(4)、基座主体(5)、低敏感后极板(7)、高敏感后极板(8)安装在屏蔽腔(6)内，低敏感后极板(7)、高敏感后极板(8)分别输出高声压和高敏感，输出的高声压、高敏感分别通过高声压输出级(2)、高敏感输出级(3)与信号放大电路板(4)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种非线性修正的传声器，其特征在于：该传声器包括敏感膜(1)、高声压输出极(2)、高敏感输出极(3)、放大电路板(4)、基座主体(5)、屏蔽腔(6)、低敏感后极板(7)、高敏感后极板(8)，低敏感后极板(7)没有间隙的固装在高声压输出级(2)上，高敏感后极板(8)没有间隙的固装在高敏感输出级(3)上，放大电路板(4)与高声压输出极(2)、高敏感输出极(3)紧密连接；敏感膜(1)、高声压输出极(2)、高敏感输出极(3)、放大电路板(4)、基座主体(5)、低敏感后极板(7)、高敏感后极板(8)安装在屏蔽腔(6)内，低敏感后极板(7)、高敏感后极板(8)分别输出高声压和高敏感，输出的高声压、高敏感分别通过高声压输出级(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞新良，程远，李英男，常芸芬，程先友，李军，刘伟，李欣，邢斌，张雪芹，李鹏，王尊刚，刘欣，宁王师，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院防化研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11