[发明专利]使用悬浮体的声速麦克风

说明书

交叉引用

本申请要求于2010年7月29日提交的第12/845,794号美国临时专利申请和于2009年8月6日提交的第61/273,564号美国临时专利的权益，该两件美国临时专利申请在此合并引用。

简介

大多数的麦克风，即声波传感器，只能测量声波压力并不能区分入射声波的方向。换言之，这些麦克风是全向传感器。定向麦克风/传感器只对某一方向来到的声波敏感，而对其他方向的声波不敏感。在许多应用中，仅仅测量声压是不够的。其他参数，如压力梯度和声粒子速度，对于充分了解这些应用的声音特性是十分必要的。

附图说明

图1是一个典型的使用有限差分法的现有声压梯度传感器示意图；

图2是一个典型的现有声压力梯度传感器的频率响应曲线200，该曲线200的频率响应有20dB/decade斜率；

图3是符合本发明多种实施例的声波波长320所显示的典型悬浮体的示意图；

图4是符合本发明多种实施例的两个具有不同密度的不受约束的悬浮体的典型速度响应的典型曲线；

图5是符合本发明多种实施例的声速麦克风典型结构示意图，其使用细软的绳或弹簧把悬浮体限制在包括支架和底座的传感器框架中；

图6是符合本发明多种实施例的声速麦克风另一典型结构示意图，其使用楔形软体把悬浮体限制在包括支架和底座的传感器框架中；

图7是符合本发明多种实施例的一个典型的受约束的悬浮体的频率响应(振幅和相位)的曲线，，包括低频的安装共振(即峰值)；

图8是符合本发明多种实施例的一个典型的受约束的悬浮体的声速频率响应(振幅和相位)的曲线，包括低频的安装共振和高频的动态共振(即动态峰值)；

图9是符合本发明多种实施例的一个具有检测装置的典型声速麦克风示意图，其检测装置包括三个正交放置的激光光纤测速仪；

图10是符合本发明多种实施例的一个典型光学检测装置的示意图，其包括装在传感器机架底座里的测速仪光电网络；

图11是符合本发明多种实施例的一个典型声成像系统示意图，其包括一个悬浮体的二维(2D)阵列定向声传感器和扫描激光多普勒测速仪(LDV)；

图12是符合本发明多种实施例的包括电磁检测装置的声速麦克风示意图；

图13是符合本发明多种实施例的包括静电检测装置的声速麦克风示意图；

图14是符合本发明多种实施例的确定声波粒子速度的方法的流程图；

图15是符合本发明多种实施例的确定声波图像的方法的流程图。

在详细描述本发明一个或多个实施例之前，本技术领域的熟练技术人员应知道本发明并不限于以下详细说明或图示的构造细节，组件安置，步骤安排。本发明可以有其他实施例并且可以用各种方式实施。此外，应当理解的是，这里使用的术语和名词用于描述的目的，而不用于限定。

具体说明

向量类型的声学传感器例如声速麦克风不是声波压力标量麦克风，人们对其有着强烈的需要。目前，有两种方法用于定向声学传感。从根本上讲，这两种方法都是依靠声压梯度来得到传感器的输出。

图1是一个现有的使用有限差分法的压力梯度传感器100原理示意图。压力梯度传感器100包括两个完全匹配的全向麦克风，它们之间有一个小的分隔距离d。一振幅为P的平面声波以相对于沿着间距d的线(图中指定为X轴)角度θ入射，其数学表达式为：

p(x，t)＝P·e^{j(ωt-kx·cosθ)}                         (1)

其中k是波数(k＝ω/c)，c是空气中的声速，ω是角频率。

对以上压力函数相对于距离x求导数，即得到沿X轴的压力梯度。