声音传感器：工作原理、分类及应用领域详解

声音传感器：工作原理、分类及应用领域详解

声音传感器是一种将声波信号转换为电信号的设备，广泛应用于日常生活、军事和医疗等领域。本文将详细介绍声音传感器的工作原理、分类、注意事项及其在不同领域的应用方案。

声音传感器

声音传感器使用的是与人类耳朵相似具有频率反应的麦克风。它用来接收声波，显示声音的振动图象，但不能对噪声的强度进行测量。该传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压。这一电压随后被转化成0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接受，并传送给计算机。

工作原理

声音传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒，驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：

Q =CU

所以当 C 变化时必然引起电容器两端电压 U 的变化，从而输出电信号，实现声音信号到电信号的变换。

具体来说，驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，从而可以得到和声音对应的电压了。由于场效应管时有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。

分类

根据工作原理，可分为：电阻式，电容式的，磁电式三大类。

（1）电阻式：这个是用碳粒制造，根据碳粒压缩量，改变了它的电阻，从而得到声音的电量。这个目前已淘汰，5-60年代电话机上常用。

（2）电容式：通过声音的振动，引起电容量的改变，来得到声音的电量。目前常见的有：驻极体话筒。

（3）磁电式：用声音的振动，带动导线切割磁力线产生电流，以达到声音的传感。这就是常用的动圈式话筒的结构。

注意事项

1、注意声音传感器的安装位置。理想的安装位置：安装于声波传递能量最强和最稳定的区域；物料影响最大的区域；与泄漏点最靠近的区域(例如：阀体)  与气蚀来源最靠近的位置(例如：泵体)

2、需要避免的安装条件：非金属表面，因为非金属表面会引起声波传送强度的衰减；带有非金属衬里的管道，因为该管道会引起声波传送强度的衰减。

应用方案

1、声音传感器在生活上的应用

（1）声控开关

各式各样的声控开关也大放异彩，包括声控电视、声控照明灯、声控电话、手机语音识别功能等等。

（2）音响入侵探测器

除了可用于门户的入口控制以外，还可用来监控入侵者出现的区域。其突出优点是，它可用来鉴别引起报警的原因。

此外，声音传感器在汽车防盗及航空探测等方面都有涉及，声音传感器的对声纳系统的改进也贡献不小。

2、声音传感器在军事上的应用

声音传感器目前已在地面传感器侦察监视系统中广泛应用，其最大优点是分辨力强。 如果运动目标是人员，则不仅可以直接听到声音，而且还能根据话音察明其国籍、身份和谈话内容；如果运动目标是车辆，则可根据声响判断车辆种类。如美国陆军使用的一种可悬挂在树上的被称为“音响浮标”的装置探测距离 300~400 米，接近人的听觉范围。

3、声音传感器在医疗上的应用

光纤麦克风具有对磁场的天然的抗干扰能力，可以应用于核磁共振成像的通信， 是唯一在核磁共振成像扫描时可以在病人和医生之间进行通讯的麦克风。