声音传感器

关于声音传感器的研究报告

摘要：无线传感器网络是集成了传感器技术、计算机技术和无线通信技术

的一种新型的网络。它是获取外部环境的物理信息的一种有效的方法。可以工作在恶劣的环境下，获取人们自身无法得到的信息。本文主要介绍了传感器网络的基本概念、特点和应用。还有声音传感器节点的具体设计。

关键词：声音传感器无线传感器光纤传感器发展科技

引言：孩堤时代，我们总幻想着自己能像阿里巴巴一样，喊一声“芝麻开

门”就能打开通往宝藏之门。对于“芝麻开门”神奇的咒语力量，感到非常好奇与憧憬，其实这就是用语音开门的情景，这种能随心所欲控制自动门的强烈欲望，几百年来已深深铭刻入亿万天真儿童的心里。人们渴望着有朝一日也能像童话故事中描述的一样，说声“芝麻开门”或其它想说的话，便能打开自家的门，以及社区、学校和单位的大门。那个遥远的梦想现已慢慢走近我们的生活。

一、声音传感器的基本介绍

（一）传感器的定义

传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统。”

（二）传感器的能量转换

有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。按照其工作原理，它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。

（三）声音传感器的定义

声音传感器使用的是与人类耳朵相似具有频率反应的电麦克风。

（四）信号的传输方式

电路把信号放大并把信号传送给英国电讯接口。实际上，信号通过2条不同的线送达数据采集器。一个信号通过低电压输入线，在2。5V左右，另一信号通过电压输入线，在0V左右。

这就是最简单的声音传感器—麦克风的原理图：

7000系列超声波传感器

二、声音传感器的应用

（一）声响传感器在军事上的应用

声响传感器目前已在地面传感器侦察监视系统中广泛应用，其最大优点是分辨力强。如果运动目标是人员，则不仅可以直接听到声音，而且还能根据话音察明其国籍、身份和谈话内容；如果运动目标是车辆，则可根据声响判断车辆种类。如美国陆军使用的一种可悬挂在树上的被称为“音响浮标”的装置探测距离

300~400米，接近人的听觉范围。

（二）声响传感器在医疗上的应用

光纤麦克风具有对磁场的天然的抗干扰能力，可以应用于核磁共振成像的通信，是唯一在核磁共振成像扫描时可以在病人和医生之间进行通讯的麦克风。

（三）声响传感器在生活上的应用

1、音响入侵探测器

除了可用于门户的入口控制以外，还可用来监控入侵者出现的区域。其突出优点是，它可用来鉴别引起报警的原因。此外，声音传感器在汽车防盗及航空探测等方面都有涉及，声音传感器的对声纳系统的改进也贡献不小。各式各样的声控开关也大放异彩。

2、乐器扩音器

最佳的声源是音叉，但也许你想研究人类的声音、口哨、电子键盘以及其他的乐器。

（四）声音传感器在工业上的应用

用作汽车倒车防撞报警器装置，也被称为超声波倒车雷达或倒车声纳系统。超声波传感器通常由铝合金外壳、压电陶瓷换能器、吸声材料、引线电极所构成，具有水平方向特性宽，而垂直方向受到限制的方向性，原理上利用锆钛酸铅PZT 压电陶瓷在电能与机械能之间相互转换的正、逆压电效应，即在压电陶瓷加一电信号，便产生机械振动而发射超声波，当超声波在空气传播途中碰到障碍物立即被反射回来，作用于它的陶瓷时，则会有电信号输出，通过数据处理时间差测距，计算显示车与障碍物的距离。

（五）声音传感器在领海方面的应用

1、英国AQUA深水CTD

采用金属钛作为外壳，可在6000m深度范围内进行电导、温度、深度测量。仪器可安装在水下拖载工具上，也可安装在浮标、系锚设备上，还可作垂直剖面测量。数据记录可采用自容式记录或实时数据采集，数据也可传至PC机上进行编辑、存储。仪器设计牢固，具有小巧、轻便、高稳定性、低功耗的特点。

2、丹麦HMS1820----验潮仪

HMS1820是一种采用压力或声学传感器进行潮位测量的数据自动采集系统。系统为完全自容式记录，根据设定，可自动按固定时间间隔记录或按时间事件记录潮位。存储的数据可以输出到计算机或手持终端。此外，还可通过无线电或电话线进行遥控数据采集，该产品已在我国沿海海域得到了广泛应用。

（六）声响传感器在航天领域的应用

1、晶体式话筒

晶体的两面受到压力时，在两面间出现正负电荷，产生某一方向的电动势：当受到相反方向的应力时，晶体两面则产生与受压力相反的电荷和电动势。当晶体受到交变声波的作用时，便产生音频电动势。

2、计算机模拟技术

模拟现实 ( Virtual Reality，简称VR) 是一种可以创建和体验虚拟世界(Virtual World) 的计算机系统。其中虚拟世界为全体虚拟环境（Virtual Environment)或给定仿真对象的全体，它是由计算机产生，通过视、听、触觉等作用，使用户产生身临其虚境感觉的交互式视景仿真。因此，一个身临其境的虚拟现实系统是由包括计算机图形学、图像处理与模式识别、多传感器、语音处理与音像以及网络等技术所构成的大型综合集成环境。

三、声音传感器的发展

声音传感器随着传感器的热潮而得到发展。八十年代初，日本、美国、俄罗斯等国家纷纷致力于该项发展，声音传感器的作用由最初的单一话筒功能到现在的可以接受声波，显示声音的振动图像，而且能对噪声的强度进行测量，甚至配合电脑和各种采集器一起使用；而声音传感器的精度也得到了很大的提高，现在市场上流行的有1/8英寸超小型精密传声器，动态范围高达178dB。

四、声音传感器的前景

未来,传感器网络将向天空、海、陆地下一体化综合传感器网络的方向发展，最终将成为现实世界和数字世界的接口，深入到人们生活的各个层面，像互联网一样改变人们的生活方式。微型、高可靠、多功能、集成化的传感器，低功耗、高性能的专用集成电路，微型、大容量的能源，高效、高可靠的网络协议和操作系统，面向应用、低计算量的模式识别和数据融合算法，低功耗、自适应的网络结构，以及在现实环境的各种应用模式等课题是研究的重点。

随着科技的日益发展，人们进军其他星球的理想将逐步被实现，声学传感器将起到它至关重要的作用，作为无人化探测的重要工具。

将传感器应用到武器中去，例如应用到子弹上去，用微型的传感器可以感知目标的准确位置从而绝对地保证了准确性。