เซ็นเซอร์เสียงประเภทต่าง ๆ มีอะไรบ้าง?

เซ็นเซอร์เสียงเป็นอุปกรณ์ที่แปลงสัญญาณเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้า พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม บ้านอัจฉริยะ การวินิจฉัยทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ ตามหลักการทำงานและเป้าหมายการตรวจจับ เซนเซอร์เสียงมีการแบ่งประเภทหลักๆ ดังต่อไปนี้:

I. เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริก

เซ็นเซอร์เสียงเพียโซอิเล็กทริกใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของวัสดุ เช่น ควอตซ์และเซรามิก เมื่อแรงดันเสียงกระทำต่อพื้นผิวของวัสดุ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงประจุไฟฟ้า ดังนั้นจึงสร้างสัญญาณไฟฟ้า เซ็นเซอร์เหล่านี้มีความไวสูงและการตอบสนองความถี่ที่กว้าง พร้อมการใช้งานทั่วไป ได้แก่:

1. ไมโครโฟน:ไมโครโฟนคอนเดนเซอร์แบบอิเล็กเตรต (ECM) ใช้ฟิล์มอิเล็กเตรตโพลาไรซ์เป็นไดอะแฟรม ซึ่งมีต้นทุนต่ำและมีขนาดกะทัดรัด ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ไมโครโฟน MEMS ผสานรวมโครงสร้างคาปาซิทีฟขนาดเล็กผ่านกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งมีความสามารถในการป้องกัน-สัญญาณรบกวนที่แข็งแกร่งและความสม่ำเสมอที่ยอดเยี่ยม ซึ่งมักพบในสมาร์ทโฟน

2. เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก:โดยทั่วไปการทำงานที่ความถี่สูงกว่า 20kHz สิ่งเหล่านี้จะใช้เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกในการส่งและรับคลื่นอัลตราโซนิก เหมาะสำหรับการใช้งาน เช่น การวัดระยะทาง (เช่น เซ็นเซอร์จอดรถ) และการตรวจจับการไหล ในอุปกรณ์ถ่ายภาพอัลตราซาวนด์ทางการแพทย์ เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกแบบอาร์เรย์จะมีความละเอียดระดับมิลลิเมตร-

ครั้งที่สอง การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า-เซนเซอร์แบบพื้นฐาน

สิ่งเหล่านี้สร้างสัญญาณไฟฟ้าผ่านการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก ซึ่งรวมถึง:

1. ไมโครโฟนคอยล์เคลื่อนที่-:คลื่นเสียงขับเคลื่อนขดลวดให้สั่นสะเทือนภายในสนามแม่เหล็กถาวร โดยตัดเส้นฟลักซ์แม่เหล็กเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า ช่วงไดนามิกที่กว้างทำให้เป็นตัวเลือกทั่วไปสำหรับอุปกรณ์บันทึกเสียงระดับมืออาชีพ

2. รถปิคอัพแม่เหล็กไฟฟ้า:ปิ๊กอัพคอยล์ที่ใช้ในเครื่องดนตรี เช่น กีตาร์ จะเปลี่ยนความแรงของสนามแม่เหล็กผ่านสายโลหะที่สั่นเพื่อส่งออกสัญญาณเสียง

ที่สาม เซ็นเซอร์เสียงออปติคัล

ใช้เทคโนโลยีการตรวจจับแบบไม่{0}}สัมผัส เช่น:

1. ไวโบรมิเตอร์แบบเลเซอร์:วัดการสั่นสะเทือนของพื้นผิวด้วยเอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง-หรือมีการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรง ใช้ในอุตสาหกรรมเพื่อตรวจจับคลื่นเสียงที่ผิดปกติที่เกิดจากความล้มเหลวทางกลไก

2. เซนเซอร์เสียงไฟเบอร์ออปติก:ใช้คุณสมบัติที่ว่าคลื่นเสียงจะเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงของไฟเบอร์ออปติก ช่วยให้สามารถติดตามเสียงแบบกระจายได้ เทคโนโลยีนี้ใช้สำหรับการตรวจจับการรั่วไหลของท่อส่งน้ำมัน

IV. เซ็นเซอร์เสียงแบบคาปาซิทีฟ

ประกอบด้วยแผ่นที่สามารถเคลื่อนย้ายได้และแผ่นคงที่ที่สร้างโครงสร้างคาปาซิทีฟ คลื่นเสียงจะเปลี่ยนระยะห่างของแผ่น ดังนั้นจึงเปลี่ยนค่าความจุ ไมโครโฟน MEMS อยู่ในหมวดหมู่นี้ โดยมีอัตราส่วนสัญญาณ-ต่อ-สัญญาณรบกวนเกิน 70dB อีกประเภทหนึ่งคือไมโครโฟนไมโครคาปาซิทีฟชนิดซิลิคอน ใช้กระบวนการเซมิคอนดักเตอร์เพื่อสร้างช่องอากาศขนาดเล็ก ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ตรวจคนไข้ทางการแพทย์

V. เซ็นเซอร์เสียงแบบต้านทาน

ไมโครโฟนคาร์บอน-เม็ดเล็กเป็นตัวอย่างที่คลาสสิก แรงดันเสียงจะเปลี่ยนความต้านทานการสัมผัสของเม็ดคาร์บอน ดังนั้นจึงเป็นการปรับกระแส แม้ว่าจะมีลักษณะการตอบสนองความถี่ต่ำ แต่โครงสร้างที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ำทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโทรศัพท์ยุคแรกๆ

วี. เซ็นเซอร์อัจฉริยะใหม่

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีนำไปสู่การเกิดขึ้นของเซ็นเซอร์ไฮบริดที่รวมเอาเทคโนโลยีหลายอย่าง:

1. โมดูลการจดจำการพิมพ์ด้วยเสียงของ AI:การผสานรวมชิป DSP และอัลกอริธึมการเรียนรู้เชิงลึก จะวิเคราะห์คุณลักษณะการพิมพ์เสียงเฉพาะแบบเรียลไทม์สำหรับระบบรักษาความปลอดภัยอัจฉริยะ โมเดลเสียงจาก Baidu AI Open Platform มีความแม่นยำ 98%

2. เซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อมหลาย-พารามิเตอร์:ตรวจจับเสียง อุณหภูมิ ความชื้น และพารามิเตอร์อื่นๆ ได้พร้อมกัน ตัวอย่าง ได้แก่ สถานีตรวจสอบเสียงรบกวนในเมืองอัจฉริยะ ซึ่งอัปโหลดข้อมูลเดซิเบลไปยังแพลตฟอร์มคลาวด์ผ่านเครือข่าย 4G

การเปรียบเทียบสถานการณ์การใช้งาน

แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยี

1. การย่อขนาดและการบูรณาการ:ผู้ผลิตเช่น TSMC ได้เปิดตัวชิปไมโครโฟน MEMS ในแพ็คเกจขนาด 3 มม. × 2 มม. โดยมีศักยภาพในอนาคตสำหรับการบูรณาการ SoC ของเซ็นเซอร์และโปรเซสเซอร์

2. การเสริมศักยภาพของ AI:เฟรมเวิร์ก เช่น PaddlePaddle ของ Baidu สนับสนุน Edge{0}} การใช้งานโมเดลอะคูสติกด้านข้าง ซึ่งช่วยให้เซ็นเซอร์มีความสามารถในการประมวลผล Edge ตัวอย่างเช่น เครื่องตรวจจับเสียงร้องของทารกสามารถวิเคราะห์คุณสมบัติสเปกตรัมเสียงภายในเครื่องได้ภายใน 200 มิลลิวินาที

3. เทคโนโลยีการขับเคลื่อนด้วยตนเอง-:เซ็นเซอร์ไฮบริดเพียโซอิเล็กทริก-ของ Georgia Tech ใช้พลังงานการสั่นสะเทือนของสิ่งแวดล้อม ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์โหนด IoT

เมื่อเลือกเซ็นเซอร์เสียง ให้ประเมินพารามิเตอร์อย่างครอบคลุม รวมถึงช่วงความถี่ (ช่วงการได้ยินของมนุษย์ 20Hz-20kHz) ความไว (dB/V) และอัตราส่วนสัญญาณ-ต่อเสียงรบกวน การใช้งานทางอุตสาหกรรมยังต้องคำนึงถึงระดับการป้องกัน (เช่น การกันฝุ่นและน้ำ IP67) และความสามารถในการปรับอุณหภูมิ (ช่วงการทำงาน -40 องศาถึง 85 องศา) ด้วยการแพร่กระจายของเทคโนโลยี 5G และ AIoT เซ็นเซอร์เสียงกำลังพัฒนาจากการรับสัญญาณอย่างง่ายไปจนถึงระบบการรับรู้อัจฉริยะ