[发明专利]基于听觉主动放大机制的声传感器

说明书

本发明属于声音采集设备领域，公开了基于听觉主动放大机制的声传感器，包括主动声传感器构成、主动驱动控制原则、以及在此原则下具体主动声传感器技术细节。主动声传感器由在传统的声传感器的振动响应部件上增加主动驱动构成，主动驱动的原则是使声振动响应部件成为一个处于Hopf分叉点的Hopf振子。从而使该主动声传感器具有比传统声传感器更高的灵敏度，同时具有从强噪声中检出信号的能力。在这个原则下的一个以薄膜作为声振动响应部件的具体主动声传感器实施细节，包括：振动膜及其位移检测模块、振动膜主动驱动模块及其实施细节、振膜主动驱动控制方程。

技术领域

本发明属于声音采集设备领域，更具体地，涉及一种声传感器。

背景技术

随着科学技术的发展与进步，人们利用科技感知外界的要求日益提高，传统传感器的性能指标已经无法满足人们在医疗、军事、遥感等领域的需求，高灵敏度的声传感器也是传感领域关注的热点。现有声传感器是通过一个被动的振子对声激励的响应来传感声信号。例如电容声传感器是通过声激励下电容膜板极振动产生电容变化从而将声振动转化为电信号实现声生传感，这其中电容膜的振动就是声激励下的被动振动。为实现高的传感灵敏度，现有技术是在这样一个被动声传感模式下，通过采用新材料等办法来改进各项参数来实现。但是，这些改进取得到的效果受到这种被动式传感的工作原理的制约。

听觉外周的相关研究表明，听觉毛细胞能够通过胞体的电致伸缩以及纤毛的摆动调制基底膜的振动，以补偿基底膜在淋巴液环境中的粘滞阻力，使基底膜成为一个处于分叉点的Hopf振子，从而对微弱的声信号产生主动放大效应，实现听觉系统的高灵敏声传感。生物系统听觉感知中这种通过主动驱动实现的对声的高灵敏传感的工作模式，是对现有声传感理论与技术的颠覆。基于我们在耳蜗中毛细胞主动力产生机制的认识，本发明首次借鉴生物的声传感方式，将其运用于声传感，建立基于听觉的，不同于现有被动声传感的主动声传技术与和基于这一技术的一种声传感感器。这种传感器将比被动声传感器的灵敏度有显著提高，同时，该传感器还对噪声中特定频率的周期性信号具有良好的检测作用，其在医学、水声，军事等领域的噪声中微弱声信号探测价值尤为重要。

发明内容

针对现有技术的局限，本发明旨在构建一种基于听觉感知机理新认知的声传感新技术-主动声传感技术，以及一种基于这一技术的主动声传感器的整体方案、主动驱动布置、驱动实现、驱动控制方程等主动声传感器的关键技术细节。

本发明提供的基于听觉主动感知机制的声传感颠覆性新技术是：

1、给声传感器声响应部件提供主动激励，使之成为主动振子；

2、该主动激励使声响应部件处于Hopf振子分叉点；

本发明提出的基于上述主动声传感技术的具体实施方案包括：用于响应声场变化的振膜、位移探测模块、用于提供主动力的驱动模块、为使受驱振子处于Hopf分叉点的主动驱动调制模块。所述位移探测模块的输入端采用电容板极、光纤等方式与所述振膜相连，用于探测所述振膜在声场中的位移响应x(t)；所述主动调制模块的输入端与所述位移探测模块的输出端连接，所述主动调制模块的输出端与所述振膜连接，用于根据所述响应信号x(t)产生主动激励F(t)并调制所述振膜的振动。

更进一步地，所述主动调制模块包括：调制电路和主动激励模块；所述调制电路用于根据振膜实时反馈的信号产生调制信号；所述主动激励模块用于根据调制信号产生主动作用力并调制振膜振动。

更进一步地调制电路控制所述主动激励模块对所述振膜产生主动激励F(t)，使得振膜成为一个处于临界状态(分岔点)的Hopf振子。

进一步优选地，可使用大小为的主动激励F(t)；其中，x为振膜该部位位移，γ_α为主动激励系数，可调参数B为电致伸缩系数，可调参数x0为振膜平衡位置偏移补偿。