超薄電容式聲學(xué)傳感器設(shè)計(jì)大幅提高了靈敏度

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，作為紐約州立大學(xué)的賓厄姆頓大學(xué)聲學(xué)研究的一部分，著名教授Ron Miles發(fā)明了一款電容式聲學(xué)傳感器，呈現(xiàn)出最小的運(yùn)動阻力，對聲音的靈敏度高至0.5伏/帕，比典型的聲學(xué)傳感器高出兩個(gè)數(shù)量級。傳感器薄且柔韌性強(qiáng)，是感知聲音的理想選擇，因?yàn)樗梢噪S氣流移動，即使是非常微弱的噪音和來自加速度計(jì)、麥克風(fēng)和許多其他類似傳感器帶來的干擾。

“我們的目標(biāo)是制造一款只抵抗重力的傳感器。”Miles談到，“該傳感器需要保持與設(shè)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(yùn)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(shí)存在聲音以及聲音來自哪個(gè)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(fēng)，頻率響應(yīng)非常平坦。這款傳感器使用了磁鐵，作用是將蜘蛛絲的運(yùn)動轉(zhuǎn)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(fēng)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(yùn)動的方法。

在又柔軟又薄的材料上使用電容感應(yīng)是不可行的，因?yàn)椴牧闲枰挚轨o電力，這些靜電力可能會造成損壞或阻礙其運(yùn)動。Miles說：“研究人員希望傳感器從聲音獲得微小的力產(chǎn)生移動，而不受靜電力的影響?！?/p>

在這項(xiàng)工作的最近進(jìn)展中，Miles發(fā)現(xiàn)了一種設(shè)計(jì)，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(gè)固定電極上擺動。Miles介紹：“因?yàn)閭鞲衅骱碗姌O呈90度角，靜電力不會對其運(yùn)動產(chǎn)生影響。”這是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，因?yàn)閭鞲衅鞯撵`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(jìn)行有效操作。

這種設(shè)計(jì)意味著智能手機(jī)中使用的電容傳感器可以做到體積更小，性能更佳。Miles認(rèn)為獨(dú)特的設(shè)計(jì)還為其他應(yīng)用提供重要的優(yōu)勢：“這種傳感器的設(shè)計(jì)方式意味著它擁有幾乎恒定的勢能，但也可以在大運(yùn)動后恢復(fù)到平衡狀態(tài)?！?/p>

Miles的研究由國家科學(xué)基金會（NSF）資助，設(shè)計(jì)專利正在申請中。這項(xiàng)工作最近發(fā)表在IEEE Sensors Journal上。