ДАТЧИК ВИБРАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК H04R19/04 G01H11/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее раскрытие относится, в общем, к области датчиков и, в частности, к датчику вибрации, включающему в себя вибрационный узел.

Уровень техники

Датчик вибрации представляет собой устройство преобразования энергии, которое преобразует вибрационные сигналы в электрические сигналы. Его можно использовать в качестве микрофона (например, микрофона воздушной звукопроводимости, микрофона костной звукопроводимости и т.д.) или контрольно-измерительного устройства и т.д. Датчик вибрации может получать такие данные, как амплитуды и направления колебаний, и преобразовывать их в электрические сигналы или другие формы, необходимые для дальнейшего анализа и обработки.

Настоящее раскрытие предоставляет датчик вибрации, степень чувствительности которого может быть повышена без какого-либо преобразователя.

Раскрытие сущности изобретения

Один из вариантов осуществления настоящего раскрытия предусматривает датчик вибрации, включающий в себя: акустический преобразователь и вибрационный узел, подключенный к акустическому преобразователю. Вибрационный узел может быть выполнен с возможностью передачи внешнего вибрационного сигнала акустическому преобразователю для выработки электрического сигнала, вибрационный узел включает в себя одну или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков, причем весовые блоки могут быть физически соединены с вибрационными диафрагмами. Вибрационный узел может быть выполнен так, чтобы степень чувствительности датчика вибрации была больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя в одном или более целевых частотных диапазонах.

В некоторых вариантах осуществления указанная одна или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть расположены по порядку в направлении вибрации вибрационных диафрагм. Расстояние между соседними вибрационными диафрагмами в вибрационном узле не менее максимальной амплитуды соседних вибрационных диафрагм.

В некоторых вариантах осуществления площадь проекции весовых блоков может быть расположена в пределах площади проекции вибрационных диафрагм в направлении вибрации вибрационных диафрагм.

В некоторых вариантах осуществления каждая группа из указанной одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков соответствует одному из указанного одного или более различных целевых частотных диапазонов, так что степень чувствительности датчика вибрации может быть больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя в соответствующем целевом диапазоне.

В некоторых вариантах осуществления резонансная частота указанного одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков может быть меньше, чем резонансная частота датчика вибрации, так что степень чувствительности датчика вибрации может быть больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя в указанном одном или более целевых диапазонах частот.

В некоторых вариантах осуществления разность между резонансной частотой указанной одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков и резонансной частотой акустического преобразователя может составлять от 1 кГц до 10 кГц.

В некоторых вариантах осуществления резонансные частоты по меньшей мере двух групп из указанной одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть различными.

В некоторых вариантах осуществления среди резонансных частот групп вибрационных диафрагм и весовых блоков разность между двумя соседними резонансными частотами может быть меньше 2 кГц.

В некоторых вариантах осуществления среди резонансных частот групп вибрационных диафрагм и весовых блоков разность между двумя соседними резонансными частотами может быть не больше 1 кГц.

В некоторых вариантах осуществления резонансные частоты указанной одной и более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут находиться в пределах от 1 кГц до 10 кГц.

В некоторых вариантах осуществления резонансные частоты указанное одной и более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут находиться в пределах от 1 кГц до 5 кГц.

В некоторых вариантах осуществления резонансные частоты указанной одной и более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть связаны с параметрами вибрационных диафрагм и/или весовых блоков, причем параметры включают в себя модуль упругости вибрационной диафрагмы, объем полости, образованной между акустическим преобразователем и вибрационной диафрагмой, радиус весового блока, по меньшей мере одно из высоты или плотности весового блока.

В некоторых вариантах осуществления модуль упругости вибрационной диафрагмы может находиться в пределах от 1 Гпа до 10 ГПа.

В некоторых вариантах осуществления радиус весового блока может находиться в пределах от 500 мкм до 3 мм.

В некоторых вариантах осуществления амплитудно-частотная характеристика датчика вибрации под указанной одной или более группами вибрационных диафрагм и весовых блоков может иметь множество резонансных пиков.

В некоторых вариантах осуществления вибрационный узел дополнительно включает в себя опорную структуру, выполненную с возможностью поддержки указанной одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков, причем опорная структура может быть физически соединена с акустическим преобразователем, указанная одна или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть соединены с опорной структурой.

В некоторых вариантах осуществления опорная структура может быть выполнена из воздухонепроницаемого материала.

В некоторых вариантах осуществления в направлении, перпендикулярном поверхности вибрационной диафрагмы, соединенной с весовым блоком, площадь проекции весового блока не перекрывается с площадью проекции опорной структуры.

В некоторых вариантах осуществления весовые блоки могут быть иметь общий центр с вибрационными диафрагмами.

В некоторых вариантах осуществления диафрагмы сконструированы таким образом, чтобы пропускать воздух.

В некоторых вариантах осуществления среди вибрационных диафрагм вибрационная диафрагма, наиболее удаленная от акустического преобразователя, может быть сконструирована так, чтобы через нее не мог проходить воздух. В некоторых вариантах осуществления вибрационные диафрагмы могут быть снабжены сквозным отверстием.

В некоторых вариантах осуществления вибрационные диафрагмы включают в себя воздухопроницаемую диафрагму.

В некоторых вариантах осуществления вибрационные диафрагмы включают в себя по меньшей мере одно из политетрафторэтилена, вспененного политетрафторэтилена, полиэфирсульфона, поливинилиденфторида, полипропилена, полиэтилентерефталата, нейлона, пироксилина или смешанной целлюлозы.

В некоторых вариантах осуществления вибрационный узел дополнительно включает в себя ограничивающую структуру; ограничивающая структура может быть выполнена так, чтобы расстояние между соседними вибрационными диафрагмами в вибрационном узле было не меньше максимальной амплитуды соседних вибрационных диафрагм.

В некоторых вариантах осуществления акустический преобразователь может представлять собой микрофон воздушной звукопроводимости; резонансные частоты указанного одного или более целевых частотных диапазонов могут быть настроены на 1-10 кГц ниже, чем резонансная частота микрофона воздушной звукопроводимости.

В некоторых вариантах осуществления микрофон воздушной звукопроводимости включает в себя звукоприемное отверстие, при этом указанная одна или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть расположены в звукоприемном отверстии параллельно радиальному сечению звукоприемного отверстия; или за пределами звукоприемного отверстия.

В некоторых вариантах осуществления весовые блоки не контактируют с внутренней стенкой звукоприемного отверстия.

Один вариант осуществления настоящего раскрытия предусматривает устройство ввода звука, включающее в себя датчик вибрации согласно любому из вышеперечисленных вариантов осуществления.

Краткое описание чертежей

Настоящее раскрытие дополнительно описывается с точки зрения примерных вариантов осуществления. Эти примерные варианты осуществления подробно описаны со ссылкой на чертежи. Эти варианты осуществления не являются ограничивающими иллюстративными вариантами осуществления, в которых одинаковые ссылочные позиции представляют аналогичные структуры на нескольких видах чертежей, на которых:

фиг. 1 – схематичное представление, иллюстрирующее датчик вибрации согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

фиг. 2 – схематичное представление, иллюстрирующее структуру датчика вибрации согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

фиг. 3 – схематичное представление, иллюстрирующее структуру датчика вибрации согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

фиг. 4 – схематичное представление, иллюстрирующее вибрационный узел согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

фиг. 5 – амплитудно-частотные характеристики вибрации согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия; и

фиг. 6 – схематичное представление, иллюстрирующее структуру датчика вибрации согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия.

Осуществление изобретения

Чтобы проиллюстрировать технические решения вариантов осуществления настоящего раскрытия, ниже представлено краткое введение со ссылкой на чертежи, используемые для описания вариантов осуществления. Очевидно, что чертежи, описанные ниже, являются лишь некоторыми примерами или вариантами осуществления настоящего раскрытия. Специалисты, имеющие обычные навыки в данной области техники, могут без дополнительных творческих усилий применить настоящее раскрытие к другим подобным сценариям в соответствии с этими чертежами. Следует понимать, что иллюстративные варианты осуществления предоставлены только для лучшего понимания и применения настоящего раскрытия специалистами в данной области техники и не предназначены для ограничения объема настоящего раскрытия. Если это не очевидно из контекста или не показано специально, одна и та же ссылочная позиция на чертежах относится к одной и той же структуре или операции.

Используемые в данном документе формы единственного числа могут также означать включение форм множественного числа, если из контекста явно не следует обратное. Кроме того, следует понимать, что используемые в данном описании термины «содержать», «содержит» и/или «содержащий», «включать в себя», «включает в себя» и/или «включающий в себя» указывают наличие заявленных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов и/или узлов, но не исключают наличия или добавления одного или нескольких других признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, узлов и/или их групп. Термин «на основе» означает «по меньшей мере частично на основе». Термин «вариант осуществления» означает «по меньшей мере один вариант осуществления»; термин «другой вариант осуществления» означает «по меньшей мере еще один вариант осуществления». Соответствующие определения других терминов могут быть даны в последующем описании.

В некоторых вариантах осуществления, когда датчик вибрации используется в качестве микрофона (например, микрофон воздушной звукопроводимости, микрофон костной звукопроводимости и т.д.), устройство, используемое для преобразования вибрации в электрические сигналы, может включать в себя акустический преобразователь. Как правило, один акустический преобразователь может иметь только один резонансный пик, и акустический преобразователь имеет более высокую степень чувствительности только вблизи частоты резонансного пика. В некоторых вариантах осуществления для повышения степени чувствительности датчика вибрации может быть предусмотрено множество акустических преобразователей с разными резонансными пиками для увеличения диапазона приема частоты и степени чувствительности. Однако увеличение количества акустических преобразователей может привести к увеличению объема и стоимости производства датчика вибрации.

Исходя из этого, настоящее раскрытие включает в себя датчик вибрации. Благодаря вибрационному узлу, подключенному к акустическому преобразователю, степень чувствительности датчика вибрации в целевом диапазоне частот может быть выше, чем у акустического преобразователя. Датчик вибрации может использоваться для приема внешнего сигнала вибрации и преобразования сигнала вибрации в электрический сигнал, который может отражать звуковую информацию. Внешний сигнал может включать в себя сигнал механической вибрации или акустический сигнал. Вибрационные узлы могут включать в себя одну или несколько групп вибрационных диафрагм и весовых блоков, которые физически соединены друг с другом. Вибрационные узлы могут быть настроены в одном или нескольких целевых диапазонах частот, чтобы степень чувствительности датчика вибрации была больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя.

Как показано на фиг. 1, датчик 100 вибрации может включать в себя акустический преобразователь 120 и вибрационный узел 130. В некоторых вариантах осуществления акустический преобразователь 120 может быть соединен с вибрационным узлом 130, и вибрационный узел 130 может быть выполнен с возможностью передачи внешних сигналов вибрации в акустический преобразователь для выработки электрических сигналов. Когда во внешней среде возникает вибрация, вибрационный узел 130 может реагировать на вибрацию и передавать сигнал вибрации в акустический преобразователь 120, и затем сигнал вибрации может быть преобразован акустическим преобразователем 120 в электрический сигнал. Датчик 100 вибрации может применяться в мобильных устройствах, носимых устройствах, устройствах виртуальной реальности, устройствах дополненной реальности и т.д. или в любой их комбинации. В некоторых вариантах осуществления мобильные устройства могут включать в себя смартфоны, планшетные компьютеры, персональные цифровые помощники (КПК, PDA), игровые устройства, навигационные устройства и т.д. или любые их комбинации. В некоторых вариантах носимые устройства могут включать в себя смарт-браслеты, наушники, слуховые аппараты, смарт-шлемы, смарт-часы, смарт-одежду, смарт-рюкзаки, смарт-аксессуары и т.д. или любую их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления устройства виртуальной реальности и/или устройства дополненной реальности могут включать в себя шлемы виртуальной реальности, очки виртуальной реальности, пластыри виртуальной реальности, шлемы дополненной реальности, очки дополненной реальности, пластыри дополненной реальности или любые их комбинации. Например, устройства виртуальной реальности и/или устройства дополненной реальности могут включать в себя Google Glass, Oculus Rift, HoloLens, Gear VR и т.д.

Как показано на фиг. 1, вибрационный узел 130 может включать в себя вибрационную диафрагму 131 и весовой блок 132. Весовой блок 132 может быть физически соединен с вибрационной диафрагмой 131. Вибрационный узел 130 может быть выполнен таким образом, чтобы степени чувствительности датчика 100 вибрации была выше, чем степень чувствительности акустического преобразователя 120 в одном или нескольких целевых диапазонах частот.

В некоторых вариантах осуществления одна или несколько групп вибрационных диафрагм 131 и весовых блоков 132 могут быть расположены по порядку вдоль направления вибрации вибрационных диафрагм 131; и расстояние между соседними вибрационными диафрагмами 131 в вибрационном узле 130 может быть не меньше максимальной амплитуды соседних вибрационных диафрагм 131. В некоторых вариантах осуществления диафрагмы 131 могут пропускать воздух.

В некоторых вариантах осуществления каждая из групп вибрационных диафрагм 131 и весовых блоков 132 может соответствовать одному из одного или нескольких различных целевых диапазонов частот, поэтому степень чувствительности датчика 100 вибрации в соответствующем заданном диапазоне частот может быть больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя 120. В некоторых вариантах осуществления при наличии одной или нескольких групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 степень чувствительности датчика 100 вибрации в целевых диапазонах частот может увеличиваться на 2 дБ до 30 дБ по сравнению со степенью чувствительности акустического преобразователя 120. Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления после добавления одной или нескольких групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 степень чувствительности датчика 100 вибрации может увеличиться более чем на 30 дБ по сравнению со степенью чувствительности акустического преобразователя 120, если группы весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 имеют один и тот же резонансный пик.

В некоторых вариантах осуществления режим измерения значений чувствительности датчика 100 вибрации и акустического преобразователя 120 может включать в себя следующее: под действием фиксированного ускорения (например, 1g, g – ускорение свободного падения) и при выбранном электрическом сигнале (например, -30 дБВ), степень чувствительности может быть равна -30 дБВ/g. В некоторых вариантах осуществления, если акустический преобразователь 120 представляет собой микрофон воздушной звукопроводимости, при измерении степени чувствительности вышеуказанный источник побуждения может быть заменен звуковым давлением, то есть звуковое давление в заданном диапазоне частот может быть введено в качестве побуждения, и можно измерить электрический сигнал улавливающего устройства.

В некоторых вариантах реализации амплитудно-частотная характеристика датчика 100 вибрации может иметь множество резонансных пиков под влиянием одной или нескольких групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131.

В некоторых вариантах осуществления резонансные частоты одной и нескольких групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 могут находиться в пределах 1 ~ 10 кГц. В некоторых вариантах осуществления резонансные частоты одной и нескольких групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 могут находиться в пределах 1 ~ 5 кГц. В некоторых вариантах осуществления резонансные частоты по меньшей мере двух групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 в множестве групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 могут быть разными. В некоторых вариантах осуществления разность между двумя соседними резонансными частотами среди резонансных частот множества групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 может быть меньше 2 кГц. Две соседние частоты вибрации относятся к двум резонансным частотам с соседними значениями размеров. Так как степень чувствительности, соответствующая частоте датчика 100 вибрации за пределами резонансной частоты, будет быстро уменьшаться, за счет управления разностью резонансных частот датчик 100 вибрации может иметь относительно высокую степень чувствительности в более широком диапазоне частот, в то время как степень чувствительности не будет сильно изменяться. В некоторых вариантах осуществления разность между двумя соседними резонансными частотами среди резонансных частот групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 может составлять не более 1,5 кГц. В некоторых вариантах разность между двумя соседними резонансными частотами среди резонансных частот групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 может составлять не более 1 кГц, например, 500 Гц, 700 Гц или 800 Гц и т.д. В некоторых вариантах осуществления разность между двумя соседними резонансными частотами среди резонансных частот групп весовых блоков 132 и вибрационных диафрагм 131 может быть не более 500 Гц.

В некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма 131 может включать в себя воздухопроницаемую диафрагму. Дополнительное описание вибрационного узла можно найти на фиг. 2-6.

На фиг. 2 показано схематичное представление датчика вибрации согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия.

Датчик 200 вибрации, описанный на фиг. 2, может быть вариантом осуществления датчика 100 вибрации, показанного на фиг. 1. В некоторых вариантах осуществления датчик 200 вибрации может включать в себя акустический преобразователь 220 и вибрационный узел 230. Акустический преобразователь 220 может включать в себя микрофон воздушной звукопроводимости. Микрофон воздушной звукопроводимости может регистрировать изменение звукового давления в зоне приема звука (например, в звукоприемном отверстии 211) и преобразовывать изменение звукового давления в электрический сигнал. Для облегчения описания в последующем описании акустический преобразователь может быть описан как микрофон воздушной звукопроводимости. Следует отметить, что в некоторых других вариантах осуществления акустический преобразователь может быть выполнен в другом виде, таком как жидкостный микрофон и лазерный микрофон.

Обращаясь к фиг. 2, в некоторых вариантах осуществления микрофон воздушной звукопроводимости может включать в себя оболочечную структуру 210 и звукоприемное устройство 211. В некоторых вариантах осуществления звукоприемное устройство 211 может включать в себя преобразователь емкостного, пьезоэлектрического типа и т.д. согласно принципу трансдукции, которая не ограничивается настоящим раскрытием.

В некоторых вариантах осуществления форма оболочечной структуры 210 может быть прямоугольной, приблизительно прямоугольной, цилиндрической, сферической или любой другой формы. Оболочечная структура 210 может заключать в себе аккомодационную полость, и звукоприемное устройство 211 может быть расположено в аккомодационной полости. В некоторых вариантах осуществления звукоприемное устройство 211 и оболочечная структура 210 могут быть соединены физическим образом. В частности, способ физического соединения может включать в себя сварку, зажим, соединение или интегрированное формирование и т.д., что не ограничивается настоящим описанием. В некоторых вариантах осуществления оболочечная структура 210 может быть выполнена из материала с определенной твердостью, поэтому оболочечная структура 210 может защищать звукоприемное устройство 211 и внутренние элементы. В некоторых вариантах осуществления материал оболочечной структуры 210 может включать в себя, но без ограничений, одно или более из: металла, материала на основе сплава (такого как алюминиевый сплав, хромомолибденовая сталь, кашемировый сплав, магниевый сплав, титановый сплав, магниево-литиевый сплав, никелевый сплав и т.д.), стекловолокно или углеродное волокно, полимерный материал (например, кластер на основе акрилонитрил-бутадиен-стирола, поливинилхлорид, поликарбонат, полипропилен и т.д.).

В некоторых вариантах осуществления оболочечная структура 210 может быть снабжена звукоприемным отверстием 211. В некоторых вариантах осуществления вибрационный узел 230 может быть расположен рядом с звукоприемным отверстием 211 оболочечной структуры 210. В некоторых вариантах осуществления одна или несколько групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть расположены снаружи звукоприемного отверстия. В некоторых вариантах осуществления вибрационный узел 230 может быть соединен с оболочечной структурой физическим образом. В частности, способы физического соединения могут включать в себя сварку, зажим, склеивание или интегрированное формование и т.д., и в данном документе не делается никаких ограничений. Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления одна или несколько групп вибрационных диафрагм и весовых блоков второго поколения могут быть расположены в звукоприемном отверстии параллельно радиальному сечению звукоприемного отверстия. Для получения конкретной информации делается ссылка на фиг. 5 и соответствующие приведенное ниже описание.

В некоторых вариантах осуществления, когда датчик вибрации 200 используется для звуковой головки воздушной звукопроводимости, когда внешняя среда создает вибрацию (например, звуковые волны), одна или несколько групп вибрационных диафрагм и весовых блоков, расположенных на вибрационных диафрагмах, могут вибрировать в ответ на колебания внешней среды. Так как вибрационные диафрагмы пропускают воздух, вибрации, вырабатываемые вибрационными диафрагмами и весовыми блоками, вместе с внешними вибрационными сигналами (например, звуковыми волнами) могут вызывать изменение внутреннего давления (или воздушную вибрацию) в звукоприемном отверстии 211, поэтому вибрационные сигналы могут передаваться в звукоприемное устройство 221 через звукоприемное отверстие 211, и вибрационные сигналы могут быть преобразованы в электрические сигналы, чтобы реализовать процесс преобразования сигналов вибрации в электрические сигналы после усиления в одном или больше целевых частотных диапазонов. Целевой диапазон частот может быть частотным диапазоном резонансной частоты, соответствующей группе вибрационной диафрагмы и весового блока. Например, когда датчик 200 вибрации используется в качестве микрофона, целевой диапазон частот может составлять 200 Гц ~ 2 кГц. В частности, в некоторых вариантах осуществления, если резонансная частота акустического преобразователя составляет 2 кГц, резонансная частота вибрационного узла 230 может быть настроена на 1 кГц.

В некоторых вариантах осуществления, когда датчик 200 вибрации используется для звуковой головки костной звукопроводимости, токопроводящая оболочка может быть расположена на внешней стороне звукоприемного отверстия 211, акустический преобразователь 220 и токопроводящая оболочка могут заключать в себе аккомодационную полость, и одна или несколько групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть расположены в аккомодационной полости. В некоторых вариантах осуществления вибрационный узел (например, вибрационные детали) может быть физически соединен с оболочкой. Когда вибрация вырабатывается во внешней среде, вибрация может передаваться через проводящую оболочку и вызывать вибрацию вибрационного узла. Вибрация вибрационного узла может вызывать вибрацию воздуха в аккомодационной полости, и вибрация вибрационных диафрагм и весовых блоков вместе с вибрационными сигналами в аккомодационной полости может передаваться в звукоприемное устройство 211 через звукоприемное отверстие 211.

Как показано на фиг. 2, в некоторых вариантах осуществления датчик 200 вибрации может включать в себя три группы вибрационных диафрагм и весовых блоков. В частности, три группы вибрационных диафрагм и весовых блоков могут иметь разные резонансные частоты. Каждая группа из вибрационной диафрагмы и весового блока может резонировать на различных частотах вибрации во внешних вибрационных сигналах, поэтому в звуковых сигналах, полученных датчиком 200 вибрации, степень чувствительности акустического преобразователя 220 в трех целевых частотных диапазонах может быть выше, чем степень чувствительности акустического преобразователя 220. Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления множество групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут иметь одинаковую резонансную частоту для того, чтобы значительно повысить степень чувствительности в целевом диапазоне частот. Например, когда датчик 200 вибрации используется для проверки механических вибраций в диапазоне от 5 кГц до 5,5 кГц, резонансные частоты множества групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть представлены как значения в пределах диапазона проверки (например, 5,3 кГц), поэтому вибрационный датчик 200 может иметь более высокую степень чувствительности в диапазоне испытаний по сравнению с ситуацией, когда в вибрационный датчике размещена только одна группа вибрационных диафрагм и весовых блоков. Следует отметить, что количество групп вибрационных диафрагм и весовых блоков, показанных на фиг. 2, служит только для целей иллюстрации, которая не должна ограничивать объем настоящего раскрытия. Например, количество групп вибрационных диафрагм и весовых блоков может быть одной, двумя, четырьмя и т.д.

В некоторых вариантах осуществления, когда вибрационный узел 230 имеет множество вибрационных диафрагм, вибрационная диафрагма, наиболее удаленная от акустического преобразователя 220, может не пропускать воздух. Как показано на фиг. 2, третья вибрационная диафрагма 2313 может не пропускать воздух. Благодаря такому способу компоновки третья вибрационная диафрагма 2313 и акустический преобразователь 220 могут образовывать замкнутое пространство, которое может лучше реагировать на информацию о вибрации. Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма, наиболее удаленная от акустического преобразователя 220, может пропускать воздух. Например, при компоновке проводящей оболочки снаружи звукоприемного отверстия 211 проводящая оболочка и акустический преобразователь 220 могут заключать аккомодационную полость, и воздух в пространстве может идеально реагировать на информацию о вибрации.

На фиг. 3 показано схематичное представление, иллюстрирующее датчик вибрации согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия.

Как показано на фиг. 3, в некоторых вариантах осуществления вибрационный узел 330 в датчике 300 вибрации может состоять из одной группы вибрационной диафрагмы 331 и весового блока 132, которые соединены с датчиком звука 320 через опорную структуру 333. В частности, весовой блок 332 может быть физически соединен с вибрационной диафрагмой 331, и весовой блок 332 может быть расположен снаружи вибрационной диафрагмы 331. В некоторых вариантах осуществления весовой блок 332 может резонировать одновременно с вибрацией внешней среды. Резонанс, создаваемый вибрационной диафрагмой 331 и весовым блоком 332, и сигнал внешней вибрации могут передаваться в акустический преобразователь 320, тем самым повышая степень чувствительности вблизи резонансной частоты вибрационного узла 330 и реализуя процесс преобразования вибрации сигнал после усиления в пределах целевого диапазона частот в электрический сигнал.

В некоторых вариантах осуществления, так как датчик 300 вибрации включает в себя только одну группу из вибрационной диафрагмы 331 и весового блока 132, чтобы обеспечить лучший эффект восприятия звука, в некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма 331 может быть непроницаемой.

В некоторых вариантах осуществления резонансная частота каждой группы вибрационной диафрагмы и весового блока может быть связана с параметрами вибрационной диафрагмы и/или весового блока. Параметров могут включать в себя модуль упругости вибрационной диафрагмы, объем полости, образованной между акустическим преобразователем и вибрационной диафрагмой, радиус весового блока, высота весового блока, плотность весового блока и т.д. или любую их сочетание. В частности, математическая взаимосвязь между резонансной частотой и параметрами может быть указана в соответствующем описании уравнения 1 в настоящем раскрытии.

Обращаясь к фиг. 2, в варианте осуществления вибрационный узел 230 может включать в себя первую вибрационную диафрагму 2311, вторую вибрационную диафрагму 2312 и третью вибрационную диафрагму 2313, расположенные по порядку вдоль направления вибрации. Весовой блок может включать в себя первый весовой блок 2321, второй весовой блок 2322 и третий весовой блок 2323, которые расположены по порядку вдоль направления вибрации, первая вибрационная диафрагма 2311 может быть соединена с первым весовым блоком 2321, вторая вибрационная диафрагма 2312 может быть соединена со вторым весовым блоком 2322, третья вибрационная диафрагма 2313 может быть соединена с третьим весовым блоком 2323, и третий вибратор 2313 может быть не меньше, чем максимальная амплитуда двух соседних вибрационных диафрагм, чтобы вибрационная диафрагма не мешала соседней вибрационной диафрагме во время вибрации, что влияет на эффект передачи вибрационных сигналов. В некоторых вариантах осуществления, когда вибрационный узел 230 включает в себя множество групп вибрационных диафрагм и весовых блоков, вибрационные диафрагмы могут быть перпендикулярны направлению вибрации вибрационных диафрагм. В некоторых вариантах осуществления расстояния между соседними вибрационными диафрагмами могут быть одинаковыми или разными. В некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма может образовывать множество полостей с соседними вибрационными диафрагмами, множество полостей и вибрационная диафрагма могут вмещать воздух и обеспечивать возможность вибрации вибрационной диафрагмы внутри множества полостей.

В некоторых вариантах осуществления вибрационный узел 230 может дополнительно включать в себя ограничивающую структуру (не показана на фигуре), которая выполнена с возможностью обеспечения того, чтобы расстояние между соседними вибрационными диафрагмами в вибрационном узле было не меньше максимальной амплитуды двух соседних вибрационных диафрагм. В некоторых вариантах осуществления ограничивающая структура может быть соединена с краем одной из двух соседних вибрационных диафрагм, и, за счет управления демпфированием ограничивающей структуры, ограничивающая структура не будет мешать вибрации диафрагмы.

В некоторых вариантах осуществления множество весовых блоков может быть включено в множество групп вибрационных узлов 230, и множество весовых блоков может быть расположено с обеих сторон вибрационной диафрагмы. Например, если предположить, что группа вибрационных узлов включает в себя два весового блока, два весового блока могут быть расположены симметрично с двух сторон вибрационной диафрагмы. В некоторых вариантах осуществления весовые блоки в множестве групп вибрационных узлов 230 могут располагаться на одной стороне вибрационных диафрагм. Весовые блоки могут быть расположены на внешних сторонах или внутренних сторонах вибрационных диафрагм, при этом сторона вибрационной диафрагмы, близкая к акустическому преобразователю 220, является внутренней стороной, и сторона, удаленная от акустического преобразователя 220, является внешней стороной. Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления весовые блоки в множестве групп вибрационных узлов могут располагаться по разные стороны вибрационной диафрагмы, например, первый весовой блок 1321 и второй весовой блок 2322 могут располагаться на внешней стороне соответствующей вибрационной диафрагмы, в то время как третий весовой блок 2323 может быть расположен на внутренней стороне соответствующей вибрационной диафрагмы.

В некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма может быть выполнена в виде тонкой структуры, аналогичной диафрагме, которая пропускает воздух. В некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма может быть воздухопроницаемой диафрагмой. Вибрационная диафрагма может быть выполнена с возможностью прохождения воздуха, поэтому вибрационные сигналы могут вызывать вибрацию вибрационного узла 230, и вибрационные сигналы могут дополнительно проникать через воздухопроницаемую диафрагму и приниматься акустическим преобразователем, тем самым повышая степень чувствительности в целевом диапазон частот. В некоторых вариантах осуществления материал вибрационной диафрагмы может представлять собой материал, способный вырабатывать упругую деформацию в определенном диапазоне. В частности, диафрагма может быть выполнена по меньшей мере из одного или нескольких из следующих материалов: политетрафторэтилен (PTFE), вспененный политетрафторэтилен (EPTFE), полиэфирсульфон (PES), поливинилиденфторид (PVDF), полипропилен (PP), полиэтилентерефталат (PETE), нейлон, нитроцеллюлоза (NC) и смешанная целлюлоза (MCE) и т.д. или их сочетание. В некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма и весовой блок могут быть соединены с помощью зажима, склеивания или интегрированного образования и т.д., и в данном документе не делается никаких ограничений. В некоторых вариантах осуществления толщина вибрационной диафрагмы может находиться в диапазоне от 0,05 мкм до 100 мкм. В частности, толщина вибрационной диафрагмы может быть связана с материалом вибрации. Например, если вибрационная диафрагма включает в себя вспененный политетрафторэтилен (EPTFE), толщина вибрационной диафрагмы может быть в диапазоне от 0,5 мкм до 100 мкм. Предпочтительно толщина диафрагмы из EPTFE может находиться в диапазоне от 1 мкм до 10 мкм, например, 2 мкм, 5 мкм, 7 мкм и т.д. В некоторых вариантах осуществления минимальная проницаемость диафрагмы из EPTFE предпочтительно может быть не менее чем 10 л/час, чтобы обеспечить хорошую воздухопроницаемость. В то же время диафрагма из EPTFE дополнительно обеспечивает определенную степень водонепроницаемости для защиты внутренних узлов. В некоторых вариантах осуществления могут быть также выбраны другие воздухопроницаемые материалы, чей модуль упругости составляет 1 ГПа~10 ГПа или составляет 1/10 или 1% от модуля упругости чувствительного элемента 222 в акустическом преобразователе 220, которые в данном документе не перечислены. Чувствительный элемент относится к устройству, используемому для приема сигналов вибрации в акустическом преобразователе 220. В некоторых вариантах осуществления материалы и размеры множества вибрационных диафрагм в вибрационном узле 230 могут быть разными или одинаковыми. Например, первая вибрационная диафрагма 2311 может быть выполнена из нейлона, а вторая вибрационная диафрагма 2312 может быть выполнена из материалов EPTFE. Радиус третьей вибрационной диафрагмы 2313 может быть больше, чем радиус первой вибрационной диафрагмы 2311 и радиус второй вибрационной диафрагмы 2312.

В некоторых вариантах осуществления, когда вибрационная диафрагма выполнена таким образом, чтобы быть воздухонепроницаемой, вибрационная диафрагма может быть полимерной пленкой, такой как пленка из полиуретанов, эпоксидных смол, акрилов и т.д., или вибрационная диафрагма может быть металлической пленкой, такой как пленка из меди, алюминия, олова или других сплавов и композиционная пленка. В некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма может быть дополнительно получена посредством обработки вышеупомянутой воздухопроницаемой диафрагмы (например, закрытия дыхательных отверстий).

В некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма может представлять собой тонкую пленку со сквозными отверстиями. В частности, апертура сквозных отверстий может находиться в диапазоне от 0,01 мкм до 10 мкм. Предпочтительно отверстие сквозных отверстий может находиться в диапазоне от 0,1 мкм до 5 мкм, например, 0,2 мкм, 0,5 мкм, 0,8 мкм, 1 мкм, 2 мкм и т.д. В некоторых вариантах осуществления диаметры сквозных отверстий в множестве вибрационных диафрагм вибрационного узла 230 могут быть одинаковыми или разными, и диаметры сквозных отверстий в одной вибрационной диафрагме также могут быть одинаковыми или разными. В некоторых вариантах реализации апертура сквозных отверстий может быть больше 5 мкм. Когда апертура больше 5 мкм, другие материалы (такие как силикон и т.д.) могут быть нанесены на вибрационную диафрагму для покрытия части сквозного отверстия или части сквозного отверстия при условии, что это не влияет на воздухопроницаемость.

В некоторых вариантах осуществления материал весовых блоков может представлять собой один или несколько сплавов меди, олова или других сплавов и их композиционных материалов. В некоторых вариантах датчик 200 вибрации может применяться в конструкции МЭМС-устройства. В процессе устройства МЭМС вибрационная диафрагма может быть выполнена из однослойного материала вдоль направления толщины вибрационной диафрагмы, такого как Si, SiO₂, SiN_x, SiC и т.д., или может быть выполнена из двухслойного материала или более многослойного композиционного материала, такой как Si/SiO₂, SiO₂/Si, Si/SiN_x, SiN_x/Si/SiO₂ и т.д. Весовой блок может быть выполнен из однослойного материала, такого как Si, Cu, и т.д., или весовой блок может быть выполнен из двухслойного или многослойного композиционного материала, такого как Si/SiO₂, SiO₂/Si, Si/SiN_x, SiN_x/Si/SiO₂ и т.д.

В некоторых вариантах осуществления вибрационный узел 230 может дополнительно включать в себя опорную структуру 233, которая используется для поддержки одной или нескольких групп вибрационных диафрагм и весовых блоков. Опорная структура 233 может быть физически соединена с акустическим преобразователем 220 (например, оболочечной структурой 210), и одна или несколько групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть соединены с опорной структурой 233. В частности, опорная структура 233 и оболочечная структура 210 могут быть физически соединены. Способ физического соединения может включать в себя зажим, склеивание или интегрированное формование и т.д. В некоторых вариантах осуществления опорная структура 233 и оболочечная структура 210 могут быть предпочтительно соединены путем склеивания, и связующий материал может включать в себя, но без ограничений, эпоксидный клей и силикагель.

В некоторых вариантах осуществления опорная структура может быть дополнительно соединена с опорной структурой 233 для получения фиксированной опоры для управления расстояниями между соседними вибрационными диафрагмами, тем самым обеспечивая эффект передачи сигналов вибрации.

На фиг. 4 показано схематичное представление, иллюстрирующее вибрационный узел согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия.

Обращаясь к фиг. 2 и фиг. 4, в некоторых вариантах осуществления одна или несколько групп вибрационных диафрагм и весовых блоков вибрационного узла могут быть расположены в пространстве, окруженном опорной структурой 233, и физически соединены с опорной структурой 233. В частности, способ физического соединения может включать в себя зажим, склеивание и т.д. Предпочтительно способ физического соединения может включать в себя склеивание, и связующий материал может включать в себя, но не ограничиваться этим, эпоксидный клей и силикагель. В некоторых вариантах осуществления опорная структура 233 может представлять собой полую трубчатую структуру с отверстиями на обоих концах, и поперечное сечение трубчатой структуры может иметь прямоугольную, треугольную, круглую или другую форму. В некоторых вариантах осуществления площади поперечного сечения трубчатой структуры в разных местах могут быть одинаковыми или могут быть разными. Например, конец трубчатой структуры рядом с акустическим преобразователем 220 может иметь большую площадь поперечного сечения. В некоторых вариантах осуществления одна группа вибрационных диафрагм и весовых блоков в вибрационном узле 230 может быть установлена в отверстии опорной структуры 233.

В некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма может быть расположена на внутренней стенке опорной структуры 233 или встроена в опорную структуру 233. В некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма может вибрировать в пространстве внутри опорной структуры 233 и может полностью блокировать открытый конец опорной структуры, то есть площадь вибрационной диафрагмы может быть больше или равна площади отверстия опорной структуры, поэтому воздушная вибрация (например, звуковые волны) во внешней среде способна проходить через вибрационную диафрагму по возможности полностью, и тогда звукоприемное устройство 221 может улавливать вибрации, тем самым эффективно повышая качество восприятия звука.

В некоторых вариантах осуществления опорная структура 233 может быть выполнена из воздухонепроницаемого материала. В процессе передачи сигналов вибрации в воздухе опорная структура 233, выполненная из воздухонепроницаемого материала, может вызывать изменения звукового давления (или колебания воздуха) внутри опорной структуры 233, поэтому внутренние вибрационные сигналы опорной структуры 233 могут передаваться в акустический преобразователь 220 через звукоприемное отверстие 211 и не выходить наружу через опорную структуру 233, тем самым обеспечивая силу звукового давления и повышая эффект передачи. В некоторых вариантах осуществления опорная структура 233 может включать в себя, без ограничений, один или более металлов, сплавов (таких как алюминиевый сплав, хромомолибденовая сталь, кашемировый сплав, магниевый сплав, титановый сплав, магниево-литиевый сплав, никелевый сплав и т.д.), термореактивную пластмассу, пузырчатый материал, пену и т.д.

Обращаясь к фиг. 4, в некоторых вариантах осуществления в направлении вибрации вибрационной диафрагмы площадь проекции весового блока может быть расположена в пределах площади проекции вибрационной диафрагмы, то есть в параллельном направлении поверхности весового блока, соединенного с вибрационной диафрагмой (то есть перпендикулярно направлению вибрации), площадь поперечного сечения весового блока может быть меньше площади поперечного сечения вибрационной диафрагмы. Совместно со ссылкой на фиг. 2, например, первый весовой блок 2321 может быть расположен в пределах площади проекции первой вибрационной диафрагмы 2311; второй весовой блок 2322 может быть расположен в пределах площади проекции второй вибрационной диафрагмы 2312, и третий весовой блок 2323 может быть расположен в пределах площади проекции третьей вибрационной диафрагмы 2313. При условии, что площадь поперечного сечения весовой блока меньше, чем площадь поперечного сечения вибрационной диафрагмы, весовой блок не может мешать вибрации вибрационной диафрагмы.

В некоторых вариантах осуществления в направлении, перпендикулярном поверхности весового блока, соединенного с вибрационной диафрагмой (то есть перпендикулярном направлению вибрации), площадь проекции весового блока и площадь проекции опорной структуры могут не перекрываются, тем самым избегая вибраций вибрационной диафрагмы и весового блока, ограничиваемых опорной структурой 233.

В некоторых вариантах осуществления форма вибрационной диафрагмы может включать в себя круг, прямоугольник, треугольник или неправильную форму и т.д. В некоторых вариантах осуществления вибрационная диафрагма может иметь форму, соответствующую формам опорной структуры или трубки, что не ограничивается настоящим раскрытием. В некоторых вариантах осуществления весовой блок может иметь форму цилиндра, усеченного конуса, круглого конуса, куба, треугольника и т.д., и размер и материал весового блока можно найти в другом месте настоящего раскрытия, что не ограничивается настоящим раскрытием.

В некоторых вариантах осуществления, когда весовой блок или вибрационная диафрагма имеют круглый внешний контур, весовой блок может быть размещен так, чтобы иметь общий центр с вибрационной диафрагмой. Когда весовой блок, имеющий общий центр с вибрационной диафрагмой, вибрирует, кинетическая энергия может равномерно рассеиваться на вибрационной диафрагме, поэтому вибрационная диафрагма может лучше реагировать на вибрацию. В некоторых вариантах осуществления весовой блок может быть выполнен в других положениях вибрационной диафрагмы, таких как эксцентричное положение. Эксцентричное положение означает, что весовой блок расположен так, что его центр не совпадает с центром вибрационной диафрагмы. Предпочтительно, чтобы эксцентричное расстояние между весовым блоком и вибрационной диафрагмой не превышало 50 мкм. В некоторых вариантах осуществления резонансные частоты одной или нескольких групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть меньше резонансной частоты акустического преобразователя, поэтому степень чувствительности датчика вибрации в одном или нескольких целевых частотных диапазонах может быть больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя. В некоторых вариантах осуществления зависимость резонансной частоты от степени чувствительности вибрационной диафрагмы и весового блока и акустического преобразователя может быть представлена на графике кривой частотного резонанса датчика вибрации на фиг. 5.

В частности, в некоторых вариантах осуществления резонансные частоты множества групп весовых блоков и вибрационных диафрагм могут быть на 1 кГц ~ 10 кГц, например, на 2 кГц, 3 кГц, 5 кГц или 7,5 кГц и т.д. ниже, чем резонансная частота акустического преобразователя для того, чтобы можно было повысить общую степень чувствительности датчика вибрации. В некоторых вариантах осуществления, когда акустический преобразователь представляет собой микрофон воздушной звукопроводимости в вышеупомянутых вариантах осуществления, множество групп весовых блоков и вибрационных диафрагм может быть выполнено таким образом, чтобы степень чувствительности датчика вибрации была больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя в одном или нескольких целевых диапазонах частот. Резонансные частоты одной или нескольких целевых диапазонов частот могут быть настроены на 1–10 кГц ниже, чем резонансная частота микрофона воздушной звукопроводимости. В частности, резонансные частоты множества групп весовых блоков и вибрационных диафрагм могут быть на 1,5 кГц, 2 кГц, 3 кГц или 5 кГц и т.д. ниже, чем резонансная частота микрофона воздушной звукопроводимости.

На фиг. 5 показаны амплитудно-частотные характеристики датчика вибрации согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия.

Как показано на фиг. 5, в некоторых вариантах осуществления амплитудно-частотная характеристика датчика вибрации при воздействии одной или нескольких групп вибрационных диафрагм и весовых блоков может иметь множество резонансных пиков. На фигуре f₁, f₂ и f₃ – резонансные пики групп весовых блоков и вибрационных диафрагм, f₀ – резонансный пик акустического преобразователя. В некоторых вариантах осуществления каждая из одной или нескольких групп вибрационных диафрагм и весовых блоков соответствует целевому диапазону частот из одного или нескольких различных целевых диапазонов частот, в результате чего степень чувствительности датчика вибрации в соответствующей целевой полосе частот становится больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя. На фигуре сплошная линия представляет собой амплитудно-частотную характеристику 500 датчика вибрации после добавления групп весовых блоков и вибрационных диафрагм. После добавления одной или нескольких групп вибрационных диафрагм и весовых блоков, чьи резонансные частоты меньше резонансной частоты акустического преобразователя, можно, соответственно, добавить один или несколько резонансных пиков датчика вибрации.

На фигуре видно, что амплитудно-частотная характеристика 500 датчика вибрации имеет 4 резонансных пика, и степень чувствительности датчика вибрации по меньшей мере увеличилась на ΔS по сравнению с акустическим преобразователем. В то же время амплитудно-частотная характеристика акустического преобразователя (то есть кривая, на которой находится резонансный пик) дополнительно показывает, что вибрационный датчик имеет более высокую степень чувствительности в полосе частот f₁~f₃ и ширина полосы частот вибрационного датчика с высокой степенью чувствительности увеличивается за счет вибрационных диафрагм и весовых блоков, что позволяет вибрационному датчику более чувствительно принимать вибрационные сигналы в большем диапазоне частот. По сравнению со способом добавления множества групп акустических преобразователей с разными резонансными пиками для увеличения диапазона принимаемой частоты, способ добавления вибрационных диафрагм и весовых блоков позволяет уменьшить общий объем устройства, снизить стоимость и сделать его более мощным на основе более высокой интеграции.

Например, 3 группы вибрационных диафрагм и весовых блоков на фиг. 4 можно взять в качестве примера. Соответствующие резонансные частоты резонансных пиков 3-х групп вибрационных диафрагм f₁, f₂ и f₃ могут составлять 1,5 кГц, 2 кГц и 2,5 кГц. В некоторых вариантах осуществления с помощью этой настройки датчик вибрации может достичь лучшей способности улавливать звук, в частности, может лучше получать звуковую информацию в соответствующем частотном диапазоне голосов.

В некоторых вариантах осуществления резонансные частоты одной или нескольких групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть связаны с параметрами вибрационных диафрагм и/или весовых блоков. Параметры могут включать в себя модуль упругости вибрационной диафрагмы, объем полости, образованной между вибрационной диафрагмой и весовым блоком, радиус весового блока, по меньшей мере одно из: высоты или плотности весового блока. В некоторых вариантах осуществления зависимость между резонансной частотой и степенью чувствительности множества групп вибрационных диафрагм и весовых блоков может быть выражена как:

(S,f) = g(K_film, K_foam, V_cavity, R_m, h_m, ρ_m) …(1)

где S – степень чувствительности вибрационного датчика после настройки вибрационного узла, f – резонансная частота вибрационного узла, K_film – обозначает жесткость вибрационной диафрагмы, K_foam – жесткость опорной структуры, V_cavity – объем полости, R_m – радиус весового блока, h_m – высота весового блока, и ρ_m – плотность весового блока. Объем полости представляет собой объем пространства, образованного между чувствительным элементом 222 на звукоприемном устройстве 221 и вибрационной диафрагмой вибрационного узла 230, ближайшей к чувствительному элементу 222 (такой как первая вибрационная диафрагма 2311 на фиг. 2).

В частности, в некоторых вариантах осуществления степень чувствительности S уменьшается с увеличением жесткости K_film диафрагмы и уменьшается с увеличением жесткости опорной структуры. С увеличением объема V_cavity полости, S сначала увеличивается, а затем уменьшается; с увеличением радиуса R_m весовых блоков, S сначала увеличивается, а затем уменьшается; кроме того, S уменьшается с увеличением высоты весового блока h_m и увеличением плотности ρ_m весового блока. В некоторых вариантах осуществления значение степени чувствительности и резонансной частоты можно регулировать, регулируя жесткость вибрационной диафрагмы, объем полости, а также материал и размер весового блока.

На фиг. 6 показано схематичное представление датчика вибрации согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия.

В некоторых вариантах осуществления одна или несколько групп вибрационных диафрагм и весовых блоков датчика 600 вибрации могут быть расположены параллельно радиальному сечению (то есть перпендикулярно направлению вибрации) в звукоприемном отверстии. Как показано на фиг. 6, в некоторых вариантах осуществления трубка 611 может быть установлена в звукоприемном отверстии. Вибрационная диафрагма и весовой блок могут включать в себя первую вибрационную диафрагму 6311, вторую вибрационную диафрагму 6212, первый весовой блок 6321 и второй весовой блок 6322, расположенный параллельно радиальному участку звукоприемного отверстия в звукоприемном отверстии. В некоторых вариантах осуществления трубка 611 может быть выполнена из воздухонепроницаемого материала, и роль трубки 611 может быть аналогична опорной структуры 233 в датчике вибрации 200. При расчете степени чувствительности и резонансной частоты вибрационного узла, жесткость материала трубки 611 может быть принята за жесткость K_foam опорной структуры. В некоторых вариантах осуществления, чтобы обеспечить свободные колебания весового блока, весовой блок не контактирует с внутренней стенкой звукоприемного отверстия или трубкой 611. Следует отметить, что конфигурация трубки 611 является лишь конкретным вариантом осуществления, и не ограничивает объем настоящего раскрытия. Например, в некоторых вариантах осуществления может быть не предусмотрена трубка 611. Одна или несколько групп вибрационных диафрагм и весовых блоков могут быть непосредственно соединены со звукоприемником, или опорная структура может быть выполнена в звукоприемном отверстии и поддерживать одну или несколько групп вибрационных диафрагм и весовых блоков.

В некоторых вариантах осуществления первый весовой блок 6321 и второй весовой блок 6322 могут вибрировать в ответ на вибрацию внешней среды и одновременно создавать резонанс. Резонанс, создаваемый первой вибрационной диафрагмой 6311, второй вибрационной диафрагмой 6312 и первым весовым блоком 6321, вторым весовым блоком 6322 вместе с внешними вибрационными сигналами может передаваться в акустический датчик 620 через трубку 611, тем самым обеспечивая процесс преобразования сигналов вибрации после их усиления в одном или нескольких целевых диапазонах частот в электрические сигналы. Следует отметить, что две группы вибрационных диафрагм и весовых блоков, показанные на фиг. 6, служат только для иллюстрации, которая не ограничивает объем защиты настоящего раскрытия. Например, можно быть одна группа, три группы или другое количество групп вибрационных диафрагм и весовых блоков.

В некоторых вариантах осуществления настоящего раскрытия может быть дополнительно предусмотрено устройство для ввода звука, которое в вышеупомянутых вариантах осуществления включает в себя датчик вибрации. Звук может улавливаться датчиком вибрации и преобразовываться в электрические сигналы для дальнейшей обработки.

Таким образом, после описания основных концепций специалистам в данной области техники после прочтения этого подробного раскрытия может быть очевидно, что предыдущее подробное раскрытие предназначено для представления только в качестве примера и не является ограничивающим. Возможны различные изменения, улучшения и модификации, предназначенные для специалистов в данной области техники, хотя это прямо не указано в данном документе. Предполагается, что эти изменения, усовершенствования и модификации предусмотрены настоящим раскрытием и находятся в пределах сущности и объема иллюстративных вариантов осуществления настоящего раскрытия.

Более того, для описания вариантов осуществления настоящего раскрытия использовалась определенная терминология. Например, термины «один вариант осуществления», «вариант осуществления» и/или «некоторые варианты осуществления» означают, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего раскрытия. Таким образом, следует подчеркнуть и принять во внимание, что две или более ссылок на «вариант осуществления», «один вариант осуществления» или «альтернативный вариант осуществления» в различных частях настоящего описания не обязательно все относятся к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут быть объединены в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего раскрытия.

Кроме того, специалисту в данной области техники будет понятно, что аспекты настоящего раскрытия могут быть проиллюстрированы и описаны в данном документе в любом из ряда патентоспособных классов или контекстов, включая любой новый и полезный процесс, машину, производство или состав вещества или любое новое и полезное их усовершенствование. Соответственно, аспекты настоящего раскрытия могут быть реализованы с помощью полностью аппаратных средств, полностью программного обеспечения (включая аппаратно-программное обеспечение, резидентное программное обеспечение, микрокод и т.д.) или объединения программной и аппаратной реализаций, которые обобщенно могут упоминаться в данном документе как «блок», «модуль», «механизм», «блок», «компонент» или «система». Кроме того, аспекты настоящего раскрытия могут принимать форму компьютерного программного продукта, воплощенного в одном или нескольких машиночитаемых носителях информации, на которых воплощен машиночитаемый программный код.

Кроме того, приведенный порядок обработки элементов и последовательностей или использование чисел, букв или других обозначений, следовательно, не предназначен для ограничения заявленных процессов и способов каким-либо порядком, за исключением того, который может быть указан в формуле изобретения. Хотя в приведенном выше раскрытии на различных примерах обсуждается то, что в настоящее время считается множеством полезных вариантов осуществления настоящего раскрытия, следует понимать, что такие детали предназначены исключительно для этой цели, и что прилагаемая формула изобретения не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, но, напротив, предназначены для охвата модификаций и эквивалентных устройств, которые находятся в пределах сущности и объема раскрытых вариантов осуществления. Например, хотя реализация различных компонентов, описанных выше, может быть воплощена в аппаратном устройстве, она может быть также реализована как чисто программное решение, например, установка на существующем сервере или мобильном устройстве.

Аналогичным образом, следует понимать, что в приведенном выше описании вариантов осуществления настоящего раскрытия различные признаки иногда сгруппированы вместе в одном варианте осуществления, фигуре или его описании с целью упрощения раскрытия, помогающего в понимании одного или более различных вариантов осуществления. Однако этот способ раскрытия не следует интерпретировать как отражающий намерение, согласно которому заявленный предмет изобретения требует большего количества признаков, чем это прямо указано в каждом пункте формулы изобретения. Скорее, заявленный предмет изобретения может состоять не только во всех признаках одного раскрытого выше варианта осуществления.

В некоторых вариантах осуществления числа, выражающие количество или свойства, используемые для описания и утверждения определенных вариантов осуществления настоящей заявки, следует понимать как измененные в некоторых случаях термином «примерно», «приблизительно» или «по существу». Например, «приблизительно», «приблизительно» или «по существу» может означать отклонение ±1%, ±5%, ±10% или ±20% от описываемого значения, если не указано иное. Соответственно, в некоторых вариантах числовые параметры, указанные в письменном описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приближенными значениями, которые могут варьироваться в зависимости от желаемых свойств, которые должны быть получены в конкретном варианте осуществления. В некоторых вариантах числовые параметры следует интерпретировать с учетом количества сообщаемых значащих цифр и путем применения обычных методов округления. Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, определяющие широкий объем некоторых вариантов осуществления настоящей заявки, являются приблизительными, числовые значения, указанные в конкретных примерах, представлены настолько точно, насколько это практически возможно.

В заключение следует понимать, что варианты осуществления настоящей заявки, раскрытые в настоящем документе, иллюстрируют принципы вариантов осуществления настоящей заявки. Другие модификации, которые могут быть использованы, могут находиться в пределах объема заявки. Таким образом, в качестве примера, но не ограничения, альтернативные конфигурации вариантов осуществления настоящей заявки могут быть использованы в соответствии с идеями, изложенными в данном документе. Соответственно, варианты осуществления настоящей заявки не ограничиваются именно тем, что показано и описано.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам вибрации. Датчик вибрации содержит акустический преобразователь; вибрационный узел, соединенный с акустическим преобразователем, причем вибрационный узел выполнен с возможностью передачи внешнего вибрационного сигнала акустическому преобразователю для выработки электрического сигнала, причем вибрационный узел включает в себя одну или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков, и весовые блоки физически соединены с вибрационными диафрагмами. При этом вибрационный узел выполнен так, чтобы степень чувствительности датчика вибрации была больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя в одном или более целевых частотных диапазонах. Каждая группа из указанной одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков соответствует одному из указанного одного или более различных целевых частотных диапазонов, так что степень чувствительности датчика вибрации больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя в соответствующем целевом диапазоне и резонансные частоты по меньшей мере двух групп из указанной одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков являются разными. Технический результат – повышение степени чувствительности к вибрациям. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Датчик вибрации, содержащий:

акустический преобразователь;

вибрационный узел, соединенный с акустическим преобразователем, причем вибрационный узел выполнен с возможностью передачи внешнего вибрационного сигнала акустическому преобразователю для выработки электрического сигнала, причем вибрационный узел включает в себя одну или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков, и весовые блоки физически соединены с вибрационными диафрагмами;

вибрационный узел выполнен так, чтобы степень чувствительности датчика вибрации была больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя в одном или более целевых частотных диапазонах,

при этом каждая группа из указанной одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков соответствует одному из указанного одного или более различных целевых частотных диапазонов, так что степень чувствительности датчика вибрации больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя в соответствующем целевом диапазоне, и

резонансные частоты по меньшей мере двух групп из указанной одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков являются разными.

2. Датчик вибрации по п. 1, в котором указанная одна или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков расположены по порядку в направлении вибрации вибрационных диафрагм; причем расстояние между соседними вибрационными диафрагмами в вибрационном узле не меньше максимальной амплитуды соседних вибрационных диафрагм.

3. Датчик вибрации по п. 1, в котором резонансные частоты указанной одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков меньше, чем резонансная частота датчика вибрации, так что степень чувствительности датчика вибрации больше, чем степень чувствительности акустического преобразователя в указанном одном или более целевых частотных диапазонах.

4. Датчик вибрации по п. 1, в котором среди резонансных частот групп вибрационных диафрагм и весовых блоков разность между двумя соседними резонансными частотами составляет менее 2 кГц или не более 1 кГц.

5. Датчик вибрации по п. 1, в котором вибрационный узел дополнительно включает в себя опорную структуру, выполненную с возможностью поддержки указанной одной или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков, причем опорная структура физически соединена с акустическим преобразователем, и указанная одна или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков связаны с опорной структурой, при этом в направлении, перпендикулярном поверхности вибрационной диафрагмы, соединенной с весовым блоком, площадь проекции весового блока не перекрывается с площадью проекции опорной структуры.

6. Датчик вибрации по п. 2, в котором вибрационный узел дополнительно включает в себя ограничивающую структуру; причем ограничивающая структура выполнена так, чтобы расстояние между соседними вибрационными диафрагмами в вибрационном узле было не менее максимальной амплитуды соседних вибрационных диафрагм.

7. Датчик вибрации по п. 1, в котором акустический преобразователь представляет собой микрофон воздушной звукопроводимости, причем микрофон воздушной звукопроводимости включает в себя звукоприемное отверстие, причем указанная одна или более групп вибрационных диафрагм и весовых блоков расположены в звукоприемном отверстии параллельно радиальному сечению звукоприемного отверстия; или

снаружи звукоприемного отверстия.

8. Устройство для ввода звука, содержащее датчик вибрации по любому из пп. 1-7.