Микрофон с эффектом Холла Российский патент 2025 года по МПК H04R9/08 

Изобретение относится к акустике и может быть использовано в устройствах громкоговорящей связи на подвижных объектах для преобразования акустических сигналов в электрические.

Известен чувствительный элемент мембранного типа, содержащий кремниевую подложку с выполненным в ней углублением для образования мембраны и мембранной камеры, и узел съема информативного сигнала, представляющий собой тензосхему, сформированную на поверхности мембранного элемента и подключенную к внешним контактным площадкам (SU 1591776, H01L 29/84, G01L 1/22, 1994).

Известен также чувствительный элемент мембранного типа, содержащий подложку из монокристаллического кремния n-типа проводимости с базовой ориентацией (100), на тыльной стороне которой выполнено углубление, образующее квадратную в плане мембрану. На планарной стороне мембраны сформирован тензорезистивный мост Уитстона для съема информативного сигнала (RU 93027803, G01L 9/04, 1995).

Известен чувствительный элемент мембранного типа, содержащий подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), мембрану, изготовленную из нитрида кремния и расположенную над отверстием, выполненным в подложке для образования мембранной камеры, и оптический узел съема информативного сигнала, в качестве которого установлен интерферометр, регистрирующий величину прогиба мембраны под действием приложенного давления (D.Maier-Schneider, J. Maibach, E, Obermeier. Computer-aided characterization of the elastic properties of thin films //Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 2, 1992, p. 173-175).

Недостатками является зависимость чувствительности известных устройств от толщины монокристаллической кремниевой мембраны. По технологическим соображениям выполнить такую мембрану с толщиной менее 3 мкм сложно, в связи с чем данные устройства обладают низкой чувствительностью.

Наиболее близким к заявляемому является чувствительный элемент, принятый в качестве прототипа, содержащий подложку, выполненную из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), мембрану, расположенную над отверстием, выполненным в подложке и образующим мембранную камеру, и узел съема информативного сигнала. Мембрана выполнена двухслойной и включает пленку из нитрида кремния и пленку из карбида кремния. В данном варианте узел съема информативного сигнала содержит торцевой волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо, включающий оптическое волокно, лазерный диод, фотоприемник и волоконно-оптический ответвитель, установленный с возможностью регистрации величины прогиба мембраны под действием приложенного к ней давления. При подаче давления на мембрану происходит ее прогиб, который регистрируется интерферометром (RU 2247443, МПК H01L 29/84, 27.02.2005).

Целью изобретения является повышение качества приема звукопередач. Технический результат достигается тем, что в качестве чувствительного элемента используется металлизированная фольга-мембрана из полупроводника, которая одной стороной соединена в электрическую цепь и расположена над постоянным магнитом, а с другой стороны перпендикулярной к первой измерительной цепью. В этом случае используется эффект Холла. Сверху на мембрану жестко установлена пленка с тензодатчиком. Сигнал звука улавливается рупором, закрепленным в корпусе над чувствительным элементом. При звуковом давлении на мембрану создаются колебания металлизированной мембраны в магнитном поле, которые в полупроводнике создают электрическое поле, перпендикулярное электрическому полю, создаваемому электрической цепью. В измерительной сети наводится сигнал эффекта Холла, дополнительно тензодатчик выдает свой сигнал. Эти сигналы усиливаются усилителем и передаются через аналого-цифровой преобразователь на компьютер для дальнейшей обработки.

Изобретение поясняется схемой устройства микрофона фиг.1 и схемой подключения фиг.2. Микрофон с эффектом Холла содержит корпус 1, в котором закреплен чувствительный элемент 3, содержащий мембрану 4, состоящую из полупроводника, размещенного над постоянным магнитом 2, и соединенную цепью постоянного тока с одной стороны U₀ и измерительной цепью U_изм.X., сверху на мембрану 4 жестко установлена пленка с тензодатчиком 6 и измерительной цепью U_изм.R, звуковой сигнал на чувствительный элемент поступает через рупор 5 закрепленный в корпусе 1 над мембраной 4, измеренный сигнал поступает на блок усиления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и компьютер для дальнейшей обработки.

Работает устройство следующим образом. Звук улавливается рупором и передается на мембрану. В результате воздействия давления на мембрану создаются колебания металлизированной мембраны в магнитном поле магнита, которые в полупроводнике создают электрическое поле перпендикулярное электрическому полю, созданному электрической цепью. В измерительной сети наводится сигнал эффекта Холла. Дополнительно тензодатчик выдает свой сигнал. Эти сигналы усиливаются усилителем и передаются через аналого-цифровой преобразователь на компьютер для дальнейшей обработки.

Использование датчика Холла и тензодатчика позволяет расширить диапазон и качество приема звуковых волн.

Изобретение относится к акустике, в частности к микрофонам. Микрофон с эффектом Холла содержит корпус, в котором закреплен чувствительный элемент, содержащий мембрану из полупроводника, размещенного над постоянным магнитом, и соединенную цепью постоянного тока с одной стороны U₀ и измерительной цепью U_изм.Х., сверху на мембрану жестко установлена пленка с тензодатчиком и измерительной цепью U_изм.R, звуковой сигнал на чувствительный элемент поступает через рупор, закрепленный в корпусе над мембраной, измеренный сигнал поступает на блок усиления, аналого-цифровой преобразователь и компьютер для дальнейшей обработки. Технический результат - расширение диапазона записываемых звуковых частот и повышение качества приема звуковых волн. 2 ил.

Микрофон с эффектом Холла, содержащий корпус, в котором закреплен чувствительный элемент, содержащий мембрану из полупроводника, размещенного над постоянным магнитом, и соединенную цепью постоянного тока с одной стороны U₀ и измерительной цепью U_изм.Х., сверху на мембрану жестко установлена пленка с тензодатчиком и измерительной цепью U_изм.R, звуковой сигнал на чувствительный элемент поступает через рупор, закрепленный в корпусе над мембраной, измеренный сигнал поступает на блок усиления, аналого-цифровой преобразователь и компьютер для дальнейшей обработки.