超声波MEMS传感器SPM0404UD5的性能优势和实用性可能性

Knowles MEMS技术实现了独特的宽带商用超声波传感器元件。本文解释了产品的性能优势和实用性可能性。

超声波被定义为上面的循环声压力人类听觉的频率限制，大约20 kHz。这是超声波最明显的特征，但不一定是最重要的。根据应用要求，用户可能还会关注：

衍射和包装效果

对于许多音频设备，设备的尺寸和形状差别不大用于音频性能。当物理对象的大小约为1/4或更大时，衍射开始变得重要。在20 kHz时，1/4波长约为4 mm;在100 kHz时，1/4波长小于1 mm。

因此，超声波麦克风是方向性的，尽管它只有一个声学端口。方向图取决于麦克风的封装和测量方式。需要极性响应测量来确定特定频率下的精确方向模式。

传播损失和吸收

声强降低6每点距离点源的距离均为dB。

超声波也会因吸收效应而迅速失去能量，吸收随着频率和湿度的增加而增加。对于更高的湿度，在80 kHz频率下损耗可达到3 dB/m以上。

测量和校准

执行测量时，应考虑以下指南：

超声波声源

声学带宽要求决定了可以使用的扬声器类型。

普通的高音扬声器组件可能足以测量高达50 kHz的频率。检查组件规格。

对于高达100 kHz的测量，需要专门的扬声器。一个例子是Murata ES-105A（停产）。

超声波参考麦克风

用于测量对于50 kHz，建议使用1/4英寸参考麦克风。请咨询Bruel和Kjaer或GRAS，了解可用的类型和所需设备。

对于高达100 kHz的测量，建议使用1/8英寸的参考麦克风。请咨询Bruel和Kjaer或GRAS，了解可用的类型和所需设备。

校准测量

将测试麦克风和参考麦克风放入声音在距离1米的扬声器处以90度入射的端口。麦克风端口应尽可能靠近放置而不要接触。

在感兴趣的频率范围内扫描声源，并比较参考麦克风输出以测试麦克风输出。计算测试麦克风对给定声压的响应。音频分析仪可用于促进测量。

使用和录制

在听力和录音应用中使用超声波传感器需要考虑以下因素： br》

用于超声波记录的设备必须具有足够的频率带宽，以避免滤出感兴趣的频率。

麦克风电平信号需要预放大，因此请检查任何前置放大器的规格用于收听或录音。

如果使用PC记录超声波信号，请确认声卡支持的采样率至少是最大感兴趣频率的两倍。在所使用的录像机程序的记录设置中设置足够的采样率（例如Adobe Audition或类似）。

典型传感器性能

SPM0404UD5的频率响应覆盖范围很广带 - 从亚音速到超声波（见图2）。在频率范围的两个极端情况下进行测量都需要专门的设备。 SPM0404UD5可用作传感器，传统麦克风或两者。

图2：SPM0404UD5的频率响应。

SPM0404UD5的频谱噪声为如图3所示。噪声是在一个密封的重型钢制外壳中测量的，该外壳靠在垫子上以限制振动传递（见图4）。

图3：光谱噪声对于SPM0404UD5。

图4：用于测量频谱噪声的铰链式噪声室

低频相对相位

如果将SPM0404UD5用于低频以及高频，均匀的相位性能对于阵列性能或前馈的一致性可能很重要系统。图5中的测量结果将SPM0404UD5相位噪声与密封腔内实验室参考麦克风的相位噪声进行了比较。

图5：SPM0404UD5相位噪声与实验室参考麦克风的对比。

典型的超声波传感器应用

使用超声波传感器的典型应用包括：

比较频域中的正常声学特征与异常声学特征：

条件监测：超声波声学传感可能是一种有吸引力的选择，用于监测物体，如轴承，阀门，电机，齿轮和泵，以预测故障或需要更换。声学传感器不需要与设备接触。在超声波范围内通常几乎没有竞争信号。

泄漏检测：超声波传感器可以监听压力和真空系统中的泄漏检测，例如锅炉，热交换器，冷凝器，冷却器，储罐

电气检测：识别电气设备的电弧和电晕。

到达时间：a可以使用两个或多个SPM0404UD5超声MEMS传感器阵列来确定近距离声源/发射器的方向/位置。

事件检测：可以使用一个或多个SPM0404UD5超声MEMS传感器进行检测产生超声能量的事件，如脉冲或声冲击波。

评估样品

SPM0404UD5可通过Digi-Key的库存分配获得。 Knowles还可以提供表面安装在小型PCB上的样品，以方便布线。