一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向采集单元和传感器制造技术

一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向采集单元和采用所述采集单元的传感器，涉及一种仿生型声定向阵列传感器技术领域。解决了现有声定向传感器存在的、保证精度前提下会导致体积太大的缺陷。本申请的仿生声定向二元阵传感器是基于奥米亚棕蝇的生物两耳鼓膜间的角质耦合原理，采用一端固定的两个长方形膜片和位于两个长方形膜片中间的耦合膜片构成传感器中的采集单元，根据奥米亚棕蝇听觉的耦合放大机制，采用光纤与两阵元膜片形成F

【技术实现步骤摘要】
一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向采集单元和传感器


[0001]本专利技术涉及仿生型声定向阵列传感器


技术介绍

[0002]声定向传感器技术是随着声压传感器阵列和阵列信号处理技术的发展结合MEMS工艺和传感器检测技术而逐步产生和快速发展的一门新兴技术，其在无人机，无人艇及智能机器人等小型化智能信息平台中具有广泛的应用和发展前景。
[0003]当前的声定向技术是将多个声压传感器部署于空间不同位置组成阵列，利用不同阵元传感器接收信号的相位差或时延结合阵元在空间的相对位置关系和信号频率，通过阵列信号处理和波达方向估计方法计算声信号入射角以对声源方位进行定向。定向精度主要取决于阵元间接收信号的相位差或时延的估计精度与相位差或时延对波达方向角的灵敏度两个因素。相位差或时延对波达方向角的灵敏度受阵列孔与信号波长之比的制约，阵列孔径与信号波长之比越小，灵敏度越低。由于声波具有很长的波长，因此在保证精度的前提下，需要很大的阵列孔径，因此很难实现定向装置的小型化。

技术实现思路

[0004]本申请解决的技术问题是：目前的声定向
中，想要确定获得更高的定向精度需要很大的阵列孔径，导致定向装置的体积较大，无法实现小型化。本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向采集单元，所述的采集单元包括：声波采集单元13和底座10，所述声波采集单元13包括支撑结构4和声波采集结构；所述声波采集结构是由两个阵元膜片1和耦合膜片2组成的“H”形平板结构；所述平板形结构中所述两个阵元膜片1位于耦合膜片2同一侧部分为信号采集端，所述两个阵元膜片1位于耦合膜片2另一侧的部分为固定端，支撑结构4为中间带有矩形通孔的平板，所述声波采集结构嵌入所述矩形通孔内，且与支撑结构4位于同一平面内，所述声波采集单元13的固定端与该矩形通孔的内侧壁固定连接；底座10为底部带有两个通孔9的桶形结构，支撑结构4固定在该桶形结构的开口侧，底座10和支撑结构4围成的空间为信号采集腔。
[0006]进一步，所述的声波采集单元13中的支撑结构4、阵元膜片1和耦合膜片2均使用304不锈钢材料制成。
[0007]进一步，所述声波采集单元13，厚度为5微米至30微米；所述声波采集单元13的厚度为5微米至30微米；所述两个阵元膜片1为形状相同的矩形平板，该矩形平板长边长度为3毫米至4毫米，短边长度为0.5毫米至1.5毫米，所述两个阵元膜片1中心间距为1至1.5毫米；所述耦合膜片2与所述阵元膜片长边接触的一边的边长A为1毫米至1.5毫米，所述耦合膜片2的中心点到支撑结构4内部矩形通孔的内侧壁的距离B为0.6毫米至2毫米，所述内侧壁为固定声波采集单元13的内侧壁。
[0008]进一步，所述支撑结构4、阵元膜片1和耦合膜片2组成的一体结构，该结构采用激光打标机对板材切割制成。
[0009]一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向传感器，其特征在于：所述的传感器包括仿生二元阵声定向采集单元和光纤F
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P测量系统；所述光纤F
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P测量系统包括两根单模光纤7，所述两根单模光纤7分别穿过底座10底部的两个通孔延伸至信号采集腔内，所述两根单模光纤7位于信号采集腔内的光纤端面分别与所述声波采集结构中的信号采集端的两个阵元膜片1相对应构成F
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P谐振腔。
[0010]进一步，所述的传感器还包括：所述的传感器还包括：多根玻璃毛细管8；每根单模光纤7与所嵌入通孔9的间隙内嵌入多根玻璃毛细管8，用于固定单模光纤7，避免其在通孔9晃动或移动，每根玻璃毛细管8与所嵌入的通孔9粘结固定。
[0011]进一步，所述的两片阵元膜片1分别正对一根单模光纤7，所述的单模光纤7端面与所述的阵元膜片1之间的距离为0.1毫米至1.0毫米，所述的单模光纤7中激光光束为单波长光束。
[0012]进一步，所述光纤F
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P测量系统还包括两根单模光纤7，所述两根单模光纤7分别穿过底座10底部的两个通孔延伸至信号采集腔内，每个通孔内的两根单模光纤7与一个阵元膜片1正对，每个所述阵元膜片1正对的两根单模光纤7中激光光束波长相同，两根单模光纤7的端面到所述阵元膜片1距离为0.1毫米至1.0毫米之间，并且所述的两根单模光纤7的端面到所述阵元膜片1的距离不同。
[0013]进一步，所述的单模光纤7的端面与所述阵元膜片所述激光光束波长为1525纳米至1575纳米。
[0014]北美洲的一种称为奥米亚棕蝇的寄生生物，虽然其体型很小，但却能对宿主蟋蟀叫声进行精确的定向，通过实验和解剖发现，得益于其两耳鼓膜间的角质耦合，其可以放大两耳接收声波的时延，相当于在原阵列物理尺寸下得到了一个更大孔径的虚拟阵列，得益于此，奥米亚棕蝇能以远小于声波波长的极小耳间距实现声源方位的精确定向，本专利技术就是基于该生物的耳部结构，设计的一种基于二自由度的耦合振动的传感器。
[0015]本专利技术的有益之处在于：
[0016]本专利技术所述的采集单元：1、使用一端固定的长方形膜片作为阵元可以有效、灵敏地将空间中的声波转换为膜片自由端的振动从而对空间中不同位置的声机械波信号进行灵敏传感；2、该采集单元能够使用整片304不锈钢通过激光打标机切割加工出上述结构，其加工简单，成本低廉，结构坚固，性能可靠，对温度变化不敏感，且具有较好的耐腐蚀性
[0017]本专利技术所述的传感器：1、采集单元是在两阵元膜片之间用耦合膜将其连接起来的结构，传感器通过引入奥米亚棕蝇听觉耦合放大机制，将两阵元信号之间微小的时延进行放大从而提高定向传稿器的方位灵敏度，实现极小尺寸条件下声信号源方位角的高分辨力测量；2、使用光纤F
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P干涉仪测量方法检测振动信号具有设备简单，坚固可靠，抗电磁干扰，耐腐蚀，成本低的优良特性；3、采用空间阵列时延的测向机制可以使用大量现成的阵列信号处理方法。
[0018]本专利技术适用于无人机、无人艇及智能机器人等小型化智能信息平台中实现声定向功能与仿生型声定向阵列传感器

附图说明
[0019]图1为实施方式一所述的一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向采集单元的立体结构示意图。
[0020]图2为图1所示仿生二元阵声定向采集单元的底部结构示意图。
[0021]图3为声波采集单元中的声波采集单元的结构示意图。
[0022]图4为实施方式二所述的一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向传感器的剖面图。
[0023]图5为图1中声波采集单元与底座分离的示意图。
[0024]其中，1为阵元膜片，2为耦合膜片，4为支撑结构，7为单模光纤，8为玻璃毛细管，9为通孔，10为底座，12为光纤端面与反射镜的空气干涉腔，13为声波采集单元。
具体实施方式
[0025]实施方式一、结合附图1、2、3和5说明本实施方式，本实施方式提供了一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向采集单元，所述的采集单元包括：声波采集单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向采集单元，其特征在于：所述的采集单元包括：声波采集单元(13)和底座(10)，所述声波采集单元(13)包括支撑结构(4)和声波采集结构；所述声波采集结构是由两个阵元膜片(1)和耦合膜片(2)组成的“H”形平板结构；所述平板形结构中所述两个阵元膜片(1)位于耦合膜片(2)同一侧部分为信号采集端，所述两个阵元膜片(1)位于耦合膜片(2)另一侧的部分为固定端，支撑结构(4)为中间带有矩形通孔的平板，所述声波采集结构嵌入所述矩形通孔内，且与支撑结构(4)位于同一平面内，所述声波采集单元(13)的固定端与该矩形通孔的内侧壁固定连接；底座(10)为底部带有两个通孔(9)的桶形结构，支撑结构(4)固定在该桶形结构的开口侧，底座(10)和支撑结构(4)围成的空间为信号采集腔。2.根据权利要求1所述的一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向采集单元，其特征在于：所述的声波采集单元(13)中的支撑结构(4)、阵元膜片(1)和耦合膜片(2)均使用304不锈钢材料制成。3.根据权利要求1所述的一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向采集单元，其特征在于：所述声波采集单元(13)的厚度为5微米至30微米；所述两个阵元膜片(1)为形状相同的矩形平板，该矩形平板长边长度为3毫米至4毫米，短边长度为0.5毫米至1.5毫米，所述两个阵元膜片(1)中心间距为1至1.5毫米；所述耦合膜片(2)与所述阵元膜片长边接触的一边的边长A为1毫米至1.5毫米，所述耦合膜片(2)的中心点到支撑结构(4)内部矩形通孔的内侧壁的距离B为0.6毫米至2毫米，所述内侧壁为固定声波采集单元(13)的内侧壁。4.根据权利要求1所述的一种基于奥米亚棕蝇听觉的仿生二元阵声定向采集单元，其特征在于：所述支撑结构(4)、阵元膜片(1)和耦合膜片(2)组成的一体结构，该结构采用激光打标机对板材切割制成。5.采用权利要求1
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4任意一项权利要求所述的采集单元的一种基于奥米亚棕蝇...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彬，褚兴华，李万臣，钟志，单明广，于蕾，刘磊，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：