| 题名 | 基于硅膜的高灵敏度电容式低频传声器研究 |
| 作者 | 宫铭举 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-30 |
| 授予单位 | 中国科学院声学研究所 |
| 授予地点 | 声学研究所 |
| 关键词 | 硅膜 低频 电容式 分隔电极 高灵敏度 |
| 学位专业 | 信号与信息处理 |
| 中文摘要 | 低频声波具有衰减小，穿透力强，传播距离远等许多特点，在民用上，可以石油勘探和地震检测；在军用上可以用于移动车辆或飞行器的远距离监测和目标定位、追踪等。次声波传感器（频率在20Hz以下）还用于对核实验和次声波武器的检测方面。因此，研制高灵敏度低频传声器具有非常重要的意义。 本文结合应用需求，将传统MEMS传声器的设计拓宽到低频传声器，就基于硅膜的高灵敏度电容式低频传声器进行了理论和实验研究。首次提出采用分隔电极的新型低频电容式传声器的结构，以实现将灵敏度提高N倍（N为分割电极数目），这种结构在实验样品和测试上得到验证。 在概述了低频声波的应用和低频传声器现况后，理论分析了电容传声器的低频灵敏度，并进行基于硅膜的高灵敏度电容式传声器仿真，研究传声器的结构参数对传声器的影响，为下一步实际工作提供了理论支持。 本文采用圆形硅膜作为振动膜设计电容式传声器。硅膜是一种无机膜，和现有的低频传声器采用的有机膜或金属膜不同，硅膜具有抗腐蚀，膨胀系数小，受温度影响小等突出优点。同时圆形膜相比方形膜受力要均匀，不容易撕裂，性能更稳定，鉴于此，采用体刻蚀的方法制备了直径80mm的大面积圆形硅膜。与现有的电容式低频传声器相比，后极背板上开有大量声孔，取代了均压管，这样的做法减小了声阻抗，提高传声器的灵敏度和可以保持在工作带宽的平坦响应。 本文采用同时比较法进行测试，处理电路采用偏置电阻式，测试表明传声器在20Hz-300Hz响应较平坦，在5V偏置电压下，最高灵敏度约为-27dB。但此传声器的偏置电压可以到100V以上，即灵敏度可以有26dB的增长空间。 本文探索了提高传声器低频端响应的途径和方法。分别采用了电容传声器直接连接JFET栅极和载波调幅的两种方式，测试结果表明，这两种电路均可以在一定程度上将频率响应向低端扩展。而采用载波调幅的方式还可以消除由于放大器的1/f噪声对信噪比的影响。 本文创新性地提出了分隔电极的电容式传声器结构。并从声学和电学两个方面进行了理论论证。理论上，分隔电极时的每个电极单独输出的灵敏度等于未分隔电极时的灵敏度。则四分隔电极时，传声器的灵敏度将提高近12dB，同时，传声器的信噪比也将得到改善。经过实验验证，每个分隔电极输出的灵敏度仅仅略小于未分隔电极时的传声器灵敏度，分析认为主要是边缘效应和圆心处电极损失导致了分隔电极时的灵敏度降低。 最后，对本文的工作进行了总结和展望，亟待进一步完善电容式低频传声器设计，争取早日实现实用化。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-05-07 |
| 页码 | 135 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://159.226.59.140/handle/311008/352]  |
| 专题 | 声学研究所_声学所博硕士学位论文_1981-2009博硕士学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 宫铭举. 基于硅膜的高灵敏度电容式低频传声器研究[D]. 声学研究所. 中国科学院声学研究所. 2008. |
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