基于自供能摩擦电的声音传感器和声音传感装置的制作方法

本申请涉及传感器领域，特别是涉及一种基于自供能摩擦电的声音传感器和声音传感装置。

背景技术：

1、声音传感器作为沟通人类与机器间的桥梁，其直接性与有效性在交流策略中尤为突出。基于语音的人机界面，凭借其情感感知、语音识别、语音定位及跟踪等卓越功能，已成为直接与机器交互的关键途径。目前基于摩擦纳米发电机的声音传感器，其功能实现主要依赖于单个聚合物薄膜振动、聚合物颗粒振动以及层状多孔气凝胶等工作模式。尽管这些模式具有一定的应用价值，但其灵敏度相对较低，尤其是在多方向和高噪声环境下实现高灵敏度声源识别与追踪方面面临重大挑战。

2、针对目前基于摩擦纳米发电机的声音传感器灵敏度相对较低的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、在本发明中提供了一种基于自供能摩擦电的声音传感器和声音传感装置，以解决目前基于摩擦纳米发电机的声音传感器灵敏度相对较低的问题。

2、第一个方面，在本发明中提供了一种基于自供能摩擦电的声音传感器，所述声音传感器包括依次层叠且同轴的固定膜、第一电极层、振动膜和第二电极层，所述固定膜和所述振动膜的材质均为氟化乙烯丙烯共聚物，所述第一电极层和所述第二电极层的材质均为导电金属，所述固定膜上设有空气阻尼孔；

3、所述振动膜能够在声波作用下产生振动并和所述第一电极层相互接触分离，将声能转化为电能，以使所述第一电极层和所述第二电极层之间产生电流。

4、在其中的一些实施例中，所述声音传感器还包括与所述振动膜同轴的环形垫片；

5、所述环形垫片设置在所述振动膜和所述第一电极层之间以间隔所述振动膜和所述第一电极层，所述环形垫片的中空部分为所述振动膜提供振动形变空间。

6、在其中的一些实施例中，所述声音传感器还包括与所述振动膜同轴的第一封装层和第二封装层；

7、所述第一封装层设置在所述固定膜远离所述第一电极层的一侧，所述第二封装层设置在所述第二电极层远离所述振动膜的一侧；

8、所述第一封装层和所述第二封装层上均设有空气阻尼孔。

9、在其中的一些实施例中，所述导电金属为铜；

10、和/或，所述环形垫片的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯；

11、和/或，所述第一封装层和所述第二封装层的材质均为聚甲基丙烯酸甲酯。

12、在其中的一些实施例中，所述振动膜的半径和厚度分别为10mm和30μm。

13、第二个方面，在本发明中提供了一种基于自供能摩擦电的声音传感装置，所述声音传感装置包括多个如第一个方面所述的基于自供能摩擦电的声音传感器。

14、在其中的一些实施例中，所述声音传感装置还包括安装基体；

15、所述安装基体为正多面体，至少三个所述声音传感器分别平行安装在所述安装基体的不同外壁平面上，且存在三个所述声音传感器的轴线不处于同一平面内。

16、在其中的一些实施例中，所述安装基体为正立方体，所述声音传感器为五个，五个所述声音传感器分别平行安装在所述安装基体的不同外壁平面上。

17、第三个方面，在本发明中提供了一种声音检测方法，通过第一个方面所述的基于自供能摩擦电的声音传感器进行声音检测。

18、第四个方面，在本发明中提供了一种声源定向方法，通过第二个方面所述的基于自供能摩擦电的声音传感装置进行声源定向。

19、在其中的一些实施例中，所述声源定位方法包括：

20、获取所述声音传感装置中各个声音传感器的声音检测信号；

21、根据各个所述声音传感器的声音检测信号之间的大小关系确定声源方向。

22、第五个方面，在本发明中提供了一种人声识别方法，所述人声识别方法包括：

23、通过第二个方面所述的基于自供能摩擦电的声音传感装置采集声音；

24、通过深度学习模型识别所述声音传感器所采集声音中的人声。

25、第五个方面，在本发明中提供了一种基于自供能摩擦电的声音传感装置，所述声音传感装置包括安装基体和多个基于自供能摩擦电的声音传感器；

26、所述安装基体为正多面体，至少三个所述声音传感器分别平行安装在所述安装基体的不同外壁平面上，且存在三个所述声音传感器的轴线不处于同一平面内。

27、在其中的一些实施例中，所述安装基体为正立方体，所述声音传感器为五个，五个所述声音传感器分别平行安装在所述安装基体的不同外壁平面上。

28、与相关技术相比，本发明提供的基于自供能摩擦电的声音传感器，选用fep膜作为振动膜，使得声音传感器在相同声波强度下能够产生摩擦感应电压，从而增大了不同声波强度对应的电压差，进而具有更高的灵敏度。因此，本发明提供了一种高灵敏度的基于自供能摩擦电的声音传感器，解决了目前基于摩擦纳米发电机的声音传感器灵敏度相对较低的问题。

29、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

技术特征：

1.一种基于自供能摩擦电的声音传感器，其特征在于，所述声音传感器包括依次层叠且同轴的固定膜、第一电极层、振动膜和第二电极层，所述固定膜和所述振动膜的材质均为氟化乙烯丙烯共聚物，所述第一电极层和所述第二电极层的材质均为导电金属，所述固定膜上设有空气阻尼孔；

2.根据权利要求1所述的基于自供能摩擦电的声音传感器，其特征在于，所述声音传感器还包括与所述振动膜同轴的环形垫片；

3.根据权利要求2所述的基于自供能摩擦电的声音传感器，其特征在于，所述声音传感器还包括与所述振动膜同轴的第一封装层和第二封装层；

4.根据权利要求3所述的基于自供能摩擦电的声音传感器，其特征在于，所述导电金属为铜；

5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于自供能摩擦电的声音传感器，其特征在于，所述振动膜的半径和厚度分别为10mm和30μm。

6.一种基于自供能摩擦电的声音传感装置，其特征在于，所述声音传感装置包括多个如权利要求1-5中任一项所述的基于自供能摩擦电的声音传感器。

7.根据权利要求6所述的基于自供能摩擦电的声音传感装置，其特征在于，所述声音传感装置还包括安装基体；

8.根据权利要求7所述的基于自供能摩擦电的声音传感装置，其特征在于，所述安装基体为正立方体，所述声音传感器为五个，五个所述声音传感器分别平行安装在所述安装基体的不同外壁平面上。

9.一种声音检测方法，其特征在于，通过权利要求1-5中任一项所述的基于自供能摩擦电的声音传感器进行声音检测。

10.一种声源定向方法，其特征在于，通过权利要求6-8中任一项所述的基于自供能摩擦电的声音传感装置进行声源定向。

11.根据权利要求10所述的声源定向方法，其特征在于，所述声源定位方法包括：

12.一种人声识别方法，其特征在于，所述人声识别方法包括：

13.一种基于自供能摩擦电的声音传感装置，其特征在于，所述声音传感装置包括安装基体和多个基于自供能摩擦电的声音传感器；

14.根据权利要求13所述的基于自供能摩擦电的声音传感装置，其特征在于，所述安装基体为正立方体，所述声音传感器为五个，五个所述声音传感器分别平行安装在所述安装基体的不同外壁平面上。

技术总结
本申请涉及一种基于自供能摩擦电的声音传感器和声音传感装置，其中，该声音传感器包括：依次层叠且同轴的固定膜、第一电极层、振动膜和第二电极层，所述固定膜和所述振动膜的材质均为氟化乙烯丙烯共聚物，所述第一电极层和所述第二电极层的材质均为导电金属，所述固定膜上设有空气阻尼孔；所述振动膜能够在声波作用下产生振动并和所述第一电极层相互接触分离以使所述驱使所述第一电极层和所述第二电极层之间产生电流。本发明提供了一种高灵敏度的基于自供能摩擦电的声音传感器，解决了目前基于摩擦纳米发电机的声音传感器灵敏度相对较低的问题。

技术研发人员：乔文艳,周灵琳,王杰,赵志浩
受保护的技术使用者：北京纳米能源与系统研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31