什么是声音传感器？一文了解其结构、类型、工作原理及广泛应用

声音传感器作为连接声学世界与电子世界的桥梁，扮演着不可或缺的角色。在日常生活中，从智能设备到尖端科研领域的精密仪器，声音传感器的应用几乎无处不在。作为一种能够将声波转换为电信号的装置，声音传感器不仅推动了通信、娱乐和安防等行业的变革，还在医疗健康、军事侦察及环境监测等多个关键领域展现了巨大潜力。你对声音传感器了解多少呢？现在我们一起来看看。

什么是声音传感器

声音传感器，也常被称为声音探测器或麦克风，是一种电子设备，其主要功能是将声波信号转换为电信号。这类传感器通常内置有一个对声音敏感的元件，比如电容式驻极体话筒，其工作原理涉及声波引起话筒内部驻极体薄膜的振动，这种振动会导致电容值的变化，继而产生与声波对应的微小电压变化。这微小电压随后会被放大并转换为标准的电信号，通常是0-5V的电压范围，以便于进一步的处理。经过A/D（模拟到数字）转换后，信号可以被数据采集系统接收，并传输给计算机或其他电子设备进行分析、记录或显示。

声音传感器的结构

该传感器是一个内置的声敏电容驻极体麦克风。驻极体麦克风主要由两部分组成——声电转换部分和阻抗部分。声电转换的关键元件是驻极体振膜。它是一种极薄的塑料隔膜，一侧蒸镀有一层纯金。那么经过高压电场的驻极体后，两边都有各向异性的电荷。隔膜朝外并连接至金属外壳。

隔膜的另一侧通过薄绝缘衬里与金属板隔开。这样，金蒸馏膜和金属板之间就形成了一个电容器。当驻极体振膜遇到声波振动时，会引起电容器两端的电场发生变化，从而产生随声波变化的交变电压。驻极体振膜与金属板之间的电容比较小。因此，它的输出阻抗值很高，大约在几十兆欧以上。如此高的阻抗无法直接与音频放大器匹配。因此，将结型FET晶体管连接至麦克风以进行阻抗变换。

FET 的特点是极高的输入阻抗和低噪声系数。普通 FET 有三个极：有源 (S)、栅极 (G) 和漏极 (D)。使用专用 FET，在内部源极和栅极之间组合了一个二极管。连接二极管的目的是保护 FET 免受强信号影响。 FET 的栅极连接至金属板。这导致驻极体麦克风有两条输出线。即源极S，一般用蓝色塑料线，漏极D，一般用红色塑料线，并用编织屏蔽线连接到金属外壳。

声音传感器的常见类型

声音传感器现在主要分为三类：压电陶瓷、电容式和动态陶瓷。

①压电陶瓷传感器

压电陶瓷传感器的主要工作原理是正压电效应，因为在外力作用后，产生的电荷只有在回路具有无穷大输入阻抗的情况下才能保存下来，而实际上这种情况是不存在的，所以压电陶瓷传感器只能用来测量、感测动态或准静态的应力。主要用于加速度、压力、振动等各种物理量及其变化的测量。压电陶瓷传感器已成为各种控制系统和检测仪器的关键元件，应用十分广泛。

②电容式传感器

电容式传感器是一种利用各类电容器作为传感元件将被测量的物理量或机械量转换成电容变化的转换装置，它实际上是一个参数可变的电容器。电容式传感器广泛应用于位移、角度、振动、速度、压力、成分分析、介质特性等的测量。最常用的是平行板电容器或圆柱形电容器。

③磁电传感器

磁电传感器利用电磁感应原理将输入的运动速度转换成线圈中的感应电势输出。它直接将被测物体的机械能转换成电信号输出，不需要外接电源即可工作，是典型的有源传感器。由于该传感器输出功率较大，二次仪表电路大大简化。

声音传感器的应用有哪些

声音传感器已广泛应用于地面传感器侦察监测系统中，其最大优点是分辨率强。如果运动的目标是人，不仅可以直接听到声音，还可以根据声音检测出国籍、身份和谈话内容；如果运动的目标是车辆，则可以根据声音判断车辆的类型。例如，美国陆军使用一种名为“声音浮标”的装置，可以悬挂在树上，探测范围为300~400米，接近人类听觉范围。声音传感器在医疗中的应用：光纤麦克风对磁场具有天然的抗扰性，可以应用于MRI通信，是MRI扫描过程中唯一可以在患者和医生之间进行通信的麦克风。

声学入侵探测器：除了门的入口控制之外，它们还可以用于监视入侵者所在的区域。其突出优点是可以用来识别报警原因。此外，声音传感器还涉及汽车防盗和空中探测，声音传感器也为声纳系统的改进做出了贡献。各种声控开关也大放异彩。日本开发出一种声控电视，可以存储两个人的声控命令，包括开机工作、切换频道、改变颜色、关机等，都可以用声音命令来控制。

声音传感器不仅在日常生活中扮演着不可或缺的角色，在高端科技领域同样发挥着重要作用。随着技术的进步，未来的声音传感器有望实现更高的灵敏度、更低的功耗和更丰富的功能，为更多创新应用提供支持。