Knowles MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的寬帶商用超聲波傳感器元件。本文解釋了產(chǎn)品的性能優(yōu)勢(shì)和實(shí)用性可能性。

超聲波被定義為上面的循環(huán)聲壓力人類聽(tīng)覺(jué)的頻率限制，大約20 kHz。這是超聲波最明顯的特征，但不一定是最重要的。根據(jù)應(yīng)用要求，用戶可能還會(huì)關(guān)注：

衍射和包裝效果

對(duì)于許多音頻設(shè)備，設(shè)備的尺寸和形狀差別不大用于音頻性能。當(dāng)物理對(duì)象的大小約為1/4或更大時(shí)，衍射開(kāi)始變得重要。在20 kHz時(shí)，1/4波長(zhǎng)約為4 mm;在100 kHz時(shí)，1/4波長(zhǎng)小于1 mm。

因此，超聲波麥克風(fēng)是方向性的，盡管它只有一個(gè)聲學(xué)端口。方向圖取決于麥克風(fēng)的封裝和測(cè)量方式。需要極性響應(yīng)測(cè)量來(lái)確定特定頻率下的精確方向模式。

傳播損失和吸收

聲強(qiáng)降低6每點(diǎn)距離點(diǎn)源的距離均為dB。

超聲波也會(huì)因吸收效應(yīng)而迅速失去能量，吸收隨著頻率和濕度的增加而增加。對(duì)于更高的濕度，在80 kHz頻率下?lián)p耗可達(dá)到3 dB/m以上。

測(cè)量和校準(zhǔn)

執(zhí)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)考慮以下指南：

超聲波聲源

聲學(xué)帶寬要求決定了可以使用的揚(yáng)聲器類型。

普通的高音揚(yáng)聲器組件可能足以測(cè)量高達(dá)50 kHz的頻率。檢查組件規(guī)格。

對(duì)于高達(dá)100 kHz的測(cè)量，需要專門(mén)的揚(yáng)聲器。一個(gè)例子是Murata ES-105A（停產(chǎn)）。

超聲波參考麥克風(fēng)

用于測(cè)量對(duì)于50 kHz，建議使用1/4英寸參考麥克風(fēng)。請(qǐng)咨詢Bruel和Kjaer或GRAS，了解可用的類型和所需設(shè)備。

對(duì)于高達(dá)100 kHz的測(cè)量，建議使用1/8英寸的參考麥克風(fēng)。請(qǐng)咨詢Bruel和Kjaer或GRAS，了解可用的類型和所需設(shè)備。

校準(zhǔn)測(cè)量

將測(cè)試麥克風(fēng)和參考麥克風(fēng)放入聲音在距離1米的揚(yáng)聲器處以90度入射的端口。麥克風(fēng)端口應(yīng)盡可能靠近放置而不要接觸。

在感興趣的頻率范圍內(nèi)掃描聲源，并比較參考麥克風(fēng)輸出以測(cè)試麥克風(fēng)輸出。計(jì)算測(cè)試麥克風(fēng)對(duì)給定聲壓的響應(yīng)。音頻分析儀可用于促進(jìn)測(cè)量。

使用和錄制

在聽(tīng)力和錄音應(yīng)用中使用超聲波傳感器需要考慮以下因素： br》

用于超聲波記錄的設(shè)備必須具有足夠的頻率帶寬，以避免濾出感興趣的頻率。

麥克風(fēng)電平信號(hào)需要預(yù)放大，因此請(qǐng)檢查任何前置放大器的規(guī)格用于收聽(tīng)或錄音。

如果使用PC記錄超聲波信號(hào)，請(qǐng)確認(rèn)聲卡支持的采樣率至少是最大感興趣頻率的兩倍。在所使用的錄像機(jī)程序的記錄設(shè)置中設(shè)置足夠的采樣率（例如Adobe Audition或類似）。

典型傳感器性能

SPM0404UD5的頻率響應(yīng)覆蓋范圍很廣帶 - 從亞音速到超聲波（見(jiàn)圖2）。在頻率范圍的兩個(gè)極端情況下進(jìn)行測(cè)量都需要專門(mén)的設(shè)備。 SPM0404UD5可用作傳感器，傳統(tǒng)麥克風(fēng)或兩者。

圖2：SPM0404UD5的頻率響應(yīng)。

SPM0404UD5的頻譜噪聲為如圖3所示。噪聲是在一個(gè)密封的重型鋼制外殼中測(cè)量的，該外殼靠在墊子上以限制振動(dòng)傳遞（見(jiàn)圖4）。

圖3：光譜噪聲對(duì)于SPM0404UD5。

圖4：用于測(cè)量頻譜噪聲的鉸鏈?zhǔn)皆肼暿?/p>

低頻相對(duì)相位

如果將SPM0404UD5用于低頻以及高頻，均勻的相位性能對(duì)于陣列性能或前饋的一致性可能很重要系統(tǒng)。圖5中的測(cè)量結(jié)果將SPM0404UD5相位噪聲與密封腔內(nèi)實(shí)驗(yàn)室參考麥克風(fēng)的相位噪聲進(jìn)行了比較。

圖5：SPM0404UD5相位噪聲與實(shí)驗(yàn)室參考麥克風(fēng)的對(duì)比。

典型的超聲波傳感器應(yīng)用

使用超聲波傳感器的典型應(yīng)用包括：

比較頻域中的正常聲學(xué)特征與異常聲學(xué)特征：

條件監(jiān)測(cè)：超聲波聲學(xué)傳感可能是一種有吸引力的選擇，用于監(jiān)測(cè)物體，如軸承，閥門(mén)，電機(jī)，齒輪和泵，以預(yù)測(cè)故障或需要更換。聲學(xué)傳感器不需要與設(shè)備接觸。在超聲波范圍內(nèi)通常幾乎沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)信號(hào)。

泄漏檢測(cè)：超聲波傳感器可以監(jiān)聽(tīng)壓力和真空系統(tǒng)中的泄漏檢測(cè)，例如鍋爐，熱交換器，冷凝器，冷卻器，儲(chǔ)罐

電氣檢測(cè)：識(shí)別電氣設(shè)備的電弧和電暈。

到達(dá)時(shí)間：a可以使用兩個(gè)或多個(gè)SPM0404UD5超聲MEMS傳感器陣列來(lái)確定近距離聲源/發(fā)射器的方向/位置。

事件檢測(cè)：可以使用一個(gè)或多個(gè)SPM0404UD5超聲MEMS傳感器進(jìn)行檢測(cè)產(chǎn)生超聲能量的事件，如脈沖或聲沖擊波。

評(píng)估樣品

SPM0404UD5可通過(guò)Digi-Key的庫(kù)存分配獲得。 Knowles還可以提供表面安裝在小型PCB上的樣品，以方便布線。