據(jù)麥姆斯咨詢報道,作為紐約州立大學的賓厄姆頓大學聲學研究的一部分,著名教授Ron Miles發(fā)明了一款電容式聲學傳感器,呈現(xiàn)出最小的運動阻力,對聲音的靈敏度高至0.5伏/帕,比典型的聲學傳感器高出兩個數(shù)量級。傳感器薄且柔韌性強,是感知聲音的理想選擇,因為它可以隨氣流移動,即使是非常微弱的噪音和來自加速度計、麥克風和許多其他類似傳感器帶來的干擾。
“我們的目標是制造一款只抵抗重力的傳感器?!盡iles談到,“該傳感器需要保持與設備的連接狀態(tài),但除此之外,我希望即使是最輕微的聲音或空氣運動也可以讓它發(fā)生移動?!蹦軌螂S空氣移動可以告訴傳感器何時存在聲音以及聲音來自哪個方向。
Miles將蜘蛛絲浸在黃金中制成一款薄的柔性傳感器作為麥克風,頻率響應非常平坦。這款傳感器使用了磁鐵,作用是將蜘蛛絲的運動轉換成電子信號。
作為磁鐵的替代物,Miles開始研究電容傳感器。電容傳感器不需要磁鐵,而是通過電極施加電壓。
每年二十億顆電容式麥克風的出貨量,但要做到體積小、性能高,仍面臨不少挑戰(zhàn)。Miles的新平臺提供了一種不使用磁鐵就能檢測電場變化,從而檢測超薄纖維或薄膜運動的方法。
在又柔軟又薄的材料上使用電容感應是不可行的,因為材料需要抵抗靜電力,這些靜電力可能會造成損壞或阻礙其運動。Miles說:“研究人員希望傳感器從聲音獲得微小的力產生移動,而不受靜電力的影響?!?/p>
在這項工作的最近進展中,Miles發(fā)現(xiàn)了一種設計,允許薄而柔軟的傳感器——它可以是蜘蛛絲或任何其他同樣薄的材料,在兩個固定電極上擺動。Miles介紹:“因為傳感器和電極呈90度角,靜電力不會對其運動產生影響?!边@是設計的關鍵部分,因為傳感器的靈敏度隨著偏置電壓升高而增加,因此需要具有高偏置電壓才能進行有效操作。
這種設計意味著智能手機中使用的電容傳感器可以做到體積更小,性能更佳。Miles認為獨特的設計還為其他應用提供重要的優(yōu)勢:“這種傳感器的設計方式意味著它擁有幾乎恒定的勢能,但也可以在大運動后恢復到平衡狀態(tài)?!?/p>
Miles的研究由國家科學基金會(NSF)資助,設計專利正在申請中。這項工作最近發(fā)表在IEEE Sensors Journal上。
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