一种三维集成MEMS声矢量传感器的信号处理方法及装置

本发明属于三维空间中声音信号，具体涉及一种三维集成mems声矢量传感器的信号处理方法及装置。

背景技术：

1、声矢量敏感芯片一般是指能够实现单点测量声粒子振速信息的传感器，声矢量敏感芯片分别有压差式，同振式，mems纤毛式和mems热式声矢量传感器。其中传统的压差式，同振式和mems纤毛式声矢量敏感芯片均不能直接测量声粒子振速这一基本物理量，而mems热式声矢量敏感芯片是利用不同方位的测温梁测量温度的变化即可获得声音的矢量信息，从而实现了声粒子振速的直接测量。

2、一般的，mems热式声矢量敏感芯片测量的是沿单轴的声粒子振速信号，即获得的是一维的振速分量。而mems声矢量传感器一般指的是集成了标准声压传感器和声矢量敏感芯片的传感器。

3、三维声矢量传感器指的是能够同时获得声压和x、y、z三轴方向上的振速分量信息的传感器，由标准声压传感器和多片mems声矢量敏感芯片复合而成。

4、典型的三维声矢量传感器是由标准声压传感器和三个相互垂直正交的mems声矢量敏感芯片复合而成，即采用传统的正交结构，在此结构中水平方向与垂直方向的表现可能不同，并且由于在此结构中所摆放的3个正交mems声矢量敏感芯片的敏感方向并不是完全共点，还会带来三轴所得到信号量的不一致性，以及由于所置mems声矢量敏感芯片的位置从侧面看还带来了指向性不对称等缺点。

技术实现思路

1、针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种三维集成mems声矢量传感器的信号处理方法及装置。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种三维集成mems声矢量传感器的信号处理方法，其步骤包括：

4、1)将4个mems声矢量敏感芯片分别设置在两对平行对应的侧面上，上述两对平行对应的侧面相互垂直，其中，每个侧面上的mems声矢量敏感芯片的敏感平面上敏感方向与水平方向夹角分别是b1，b2，b3，b4，均为任意角度；

5、2)获取一对平行侧面上的两个mems声矢量敏感芯片的振速信号v1和v3，以及在另一平行侧面上的两个mems声矢量敏感芯片的振速信号v2和v4，按照如下公式计算分别得到y轴、z轴方向上的声粒子振速信号分量；

6、

7、一种三维集成mems声矢量传感器，其特征在于，包括柱体、mems声矢量集成模块和信号采集与处理系统，其中，mems声矢量集成模块包括声压传感器和4个mems声矢量敏感芯片，4个mems声矢量敏感芯片分别设置在柱体的相互垂直的两对平行侧面上，mems声矢量集成模块同时获得声压和4个mems声矢量敏感芯片的振速信号，信号采集与处理系统，用于对4个mems声矢量敏感芯片的振速信号进行采集和计算，获得在x轴、y轴、z轴方向上的声粒子振速信号分量。

8、在mems声矢量敏感芯片上增加设置保护壳，对mems声矢量传感器进行保护。

9、所述柱体的截面可为长方形、正方形或正八边形等，该柱体包含两组相互垂直平面的几何体。

10、在mems声矢量敏感芯片集成模块内设置信号调理电路，所述信号调理电路用于对4个mems声矢量敏感芯片、标准声压传感器输出的信号进行放大滤波处理。

11、本发明的有益效果：

12、本发明利用在两对平行对应的侧面上摆放mems声矢量敏感芯片，4个mems声矢量敏感芯片的敏感方向和水平方向可以是任意角度，通过对这4路矢量振速信号进行解算，从而获得三维空间中声音信号分布。与传统的正交结构相比，可以减小因mems声矢量敏感芯片不共点带来的指向性不对称问题，降低了轴向灵敏度的不对称性，同时也为后端的共点校正提供的可能性。除此之外，因为mems声矢量敏感芯片可以任意角度摆放，可以减少装配时因芯片摆放角度误差带来的问题。

技术特征：

1.一种三维集成mems声矢量传感器的信号处理方法，其步骤包括：

2.一种三维集成mems声矢量传感器，其特征在于，包括柱体、mems声矢量集成模块和信号采集与处理系统，其中，mems声矢量集成模块包括声压传感器和4个mems声矢量敏感芯片，4个mems声矢量敏感芯片分别设置在柱体的相互垂直的两对平行侧面上，mems声矢量集成模块同时获得声压和4个mems声矢量敏感芯片的振速信号，信号采集与处理系统，用于对4个mems声矢量敏感芯片的振速信号进行采集和计算，获得在x轴、y轴、z轴方向上的声粒子振速信号分量。

3.如权利要求2所述的三维集成mems声矢量传感器，其特征在于，在mems声矢量集成模块内增加一信号调理模块用于对4个mems声矢量敏感芯片输出的信号进行放大滤波处理。

4.如权利要求2所述的三维集成mems声矢量传感器，其特征在于，所述柱体的截面为长方形、正方形或八边形。

5.如权利要求2所述的三维集成mems声矢量传感器，其特征在于，在mems声矢量敏感芯片上设置保护壳。

技术总结
本发明公开了一种三维集成MEMS声矢量传感器的信号处理方法及装置，属于三维空间中声音信号技术领域。本发明利用在两对平行对应的侧面上摆放MEMS声矢量敏感芯片，4个MEMS声矢量敏感芯片的敏感方向和水平方向可以是任意角度，通过对这4路矢量振速信号进行解算，从而获得三维空间中声音信号分布。本发明与传统的正交结构相比，可以减小因MEMS声矢量敏感芯片不共点带来的指向性不对称问题，降低了轴向灵敏度的不对称性，同时也为后端的共点校正提供的可能性。除此之外，因为MEMS声矢量敏感芯片可以任意角度摆放，可以减少装配时因芯片摆放角度误差带来的问题。

技术研发人员：马利豪,周聪,杨振川,高成臣,郝一龙
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13