專利名稱：流體流測量裝置作為傳聲器的使用及含這種傳聲器的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體流測量裝置作為傳聲器的使用。
傳統(tǒng)的傳聲器是利用與聲頻信號相關(guān)的壓力波引起的一個膜片或類似物的機械振動，該振動借助于的轉(zhuǎn)換裝置被轉(zhuǎn)換成電變化信號，在電變化信號中產(chǎn)生的頻率相應(yīng)于聲頻信號的頻率。
本發(fā)明則是基于這樣的原理，壓力波及質(zhì)量流波總是與聲波相關(guān)，但是該流體波相對于壓力波具有相位移。與聲頻信號有關(guān)的流體波包括與壓力波相同的頻率分布，因此也能用作聲音測量的基礎(chǔ)。
流體測量裝置作為傳聲器使用已由R.O.Fehr“Infrasonic thermistor microphone”(“亞音頻熱敏電阻微音器”)，Journal of the Audio Engineering Society，1970年4月18卷第2期，第128-132頁所公知。該出版物公開了使用熱電阻風(fēng)速計作湍流的測量。在該裝置中，非常細(xì)的導(dǎo)線被電加熱并依賴于空氣的湍流被冷卻。導(dǎo)線的溫度變化被記錄為導(dǎo)線的電阻變化。電阻的變化可通過合適的電子測量電路來檢測，因此提供正比于容積流的電信號。但是熱電阻傳聲器是對容積流的方向不敏感的。此外，熱電阻傳聲器使容積流變化的頻率增倍。在R.O.Fehr發(fā)表的文章中，公開了使用兩個熱敏電阻來解決熱電阻傳聲器的這些問題。當(dāng)在兩個熱敏電阻的一個上具有容積流時，迎風(fēng)側(cè)熱敏電阻將被冷卻，而另一熱敏電阻將接收被風(fēng)傳遞的來自第一熱敏電阻的熱。接著，通過將該兩熱敏電阻連接到一個電橋電路的對立臂上，這兩個熱敏電阻的溫度變化被轉(zhuǎn)換成變化的電信號。在該文章中所述的傳聲器據(jù)報導(dǎo)僅工作在從0.1到20Hz的頻率上。所使用的熱敏電阻的直徑據(jù)報導(dǎo)約為330μm(13mill)。因為由R.O.Fehr發(fā)表的該文章大約在25年前，在聲頻范圍中用于檢測聲波的基于流體流的傳聲器的發(fā)展方面的研究并沒有被展開。
美國專利4932250建議使用流體流測量裝置作為用于檢測超聲波的傳聲器。而在可聽聲音范圍內(nèi)用此檢測聲波的方案沒被建議。
從多個文獻(xiàn)中已公知了一種微型流體流測量裝置，它包括至少一個加熱元件及至少兩個布置在加熱元件兩相反位置上的溫度傳感器；例如參見德國專利申請3611614，歐洲專利申請0268004，英國專利申請2,226,139，及T.S.J.Lammerink等人的“微體流傳感器”Sensor and Actuator A，37-38(1993)，第45-50頁。在這些文獻(xiàn)中沒有一篇公開了使用流體流傳感器作為傳聲器。
本發(fā)明的目的是提供一種傳聲器，它能夠基于流體流測量來檢測可聽頻率范圍內(nèi)的聲波。
為了實現(xiàn)該目的，最好是使用其本身是公知的用于流體流測量的技術(shù)及裝置。一個典型的能被有利地用于根據(jù)本發(fā)明的傳聲器中的流體流傳感器的例子被描述在“T.S.J.Lammerink等人的文章“Micro-liquidflow sensor”Sensors and ActuatorsA，37-38(1993)第45-50頁中，如上所述。
本發(fā)明提出使用流體流測量裝置作為檢測聲波的傳聲器，所述流體流測量裝置包括至少一個加熱元件，至少一個布置在距加熱元件第一預(yù)定間隔處的第一溫度傳感器，用于產(chǎn)生與第一溫度傳感器的溫度相對應(yīng)的第一電信號，其中該預(yù)定第一間隔小于300μm。
通過使用由微電子所公知的技術(shù)可以使這種流體流測量裝置構(gòu)成這樣微型的尺寸。意想不到的是，這種傳聲器的信噪比好，這直至10KHz或更高頻率。在本發(fā)明的一個實際實施中觀察到良好的信噪比，可直至10KHz，其中有一個加熱元件附加兩個溫度傳感器，后者位于加熱元件兩側(cè)距40μm的間隔上。因此當(dāng)在加熱元件與溫度傳感器之間提供的間隔小于50μm時可以用本發(fā)明的傳聲器獲得直到這樣高頻率上的良好信噪比。
該傳聲器的另一優(yōu)點是它具有非常低的截止頻率。傳統(tǒng)的傳聲器因為測量壓力波的膜或類似物的固有剛性，不能夠檢測非常低頻率的聲頻信號。在根據(jù)本發(fā)明的傳聲器中，一方面，非常低頻率的聲頻信號被轉(zhuǎn)換成非常低頻率的熱信號，后者又無衰減地轉(zhuǎn)換成低頻電信號。
本發(fā)明也涉及一種包括一傳聲器的系統(tǒng)，該傳聲器包括用于檢測聲波的流體流測量裝置，所述流體流測量裝置包括至少一個加熱元件，至少一個布置在距加熱元件第一預(yù)定間隔處的第一溫度傳感器，用于產(chǎn)生與第一溫度傳感器的溫度相對應(yīng)的第一電信號，其中預(yù)定第一間隔小于300μm，該傳聲器還包括一個電子測量電路用于測量所述第一電信號及提供一個電輸出信號，該系統(tǒng)還包括一個放大器，用以放大所述輸出信號及提供一個放大的輸出信號，以及一個與所述放大器相連接的揚聲器。
基于流體流波測量的傳聲器可有利地與基于壓力波測量的傳聲器組合地使用。利用這種型式的布置，可以測量聲頻信號的流體波及壓力波兩者，作為其結(jié)果，不但存在測量其幅值的可能性，而且也存在確定傳播聲頻信號的絕對傳播方向的可能性。
流體流測量裝置作為傳聲器的使用的有利實施例，及包括基于流體流測量的傳聲器的系統(tǒng)的有利實施例將由附設(shè)的權(quán)利要求中限定。
以下將參照附圖來解釋本發(fā)明，附圖中描繪了根據(jù)本發(fā)明的傳聲器的優(yōu)選實施例，并且它們旨在說明本發(fā)明而非本發(fā)明的限制。附圖為；

圖1a表示基于流體流測量的傳聲器的側(cè)視圖；圖1b表示在圖1a的傳聲器中引起的作為距離X函數(shù)的溫度分布；圖1c表示圖1a的傳聲器中多個部件的作為流體速度V的函數(shù)的溫度分布；圖1d表示根據(jù)本發(fā)明的傳聲器的另一實施例；圖1e表示在圖1d的傳聲器中對于不同的流體流引起的幾種溫度分布；圖2a表示圖1a所示的傳聲器的概要頂視圖；圖2b表示產(chǎn)生電信號的電橋電路，該電信號將代表由圖1a的傳聲器所測量的聲波；圖3表示用于產(chǎn)生聲波的概要電路圖4a-4d表示借助于根據(jù)本發(fā)明的傳聲器將聲波轉(zhuǎn)換成電信號的幾種替換電路圖。
圖1a表示用于測量通過通道1的流體流2的幾個參數(shù)的裝置的例子。所述裝置對于測量諸如氣體的物理參數(shù)，如氣體密度，靜態(tài)流情況下的流幅等參數(shù)其本身已是公知的。作為流體流傳感器，根據(jù)圖1a的裝置是基于公知的熱風(fēng)速計原理。該裝置包括加熱元件H及兩個傳感器S1、S2。加熱元件H及兩個傳感器S1，S2均被放置在通道1中，通過該通道提供流體流2。加熱元件H的寬度為2L。傳感器S1位于距加熱元件H的一距離xm1處，而傳感器S2位于距加熱元件H的一距離xm2處且與傳感器S1反向布置。加熱元件H及傳感器S1之間的間隔由標(biāo)記r1表示，而加熱元件H與傳感器S2之間的間隔用r2表示。為了簡化測量，兩個傳感器S1，S2可位于距加熱元件H的中心相同的距離上。但是，這并非嚴(yán)格需要的。傳感器S1，S2及加熱元件H也不必如圖1a中所示地位于一條線上。也不一定要用圖示的通道1。可根據(jù)所希望的輸出信號，選擇其任何的幾何結(jié)構(gòu)。在與傳統(tǒng)的壓力波傳聲器的情況相類似的方式中，可使用幾何障礙，以便獲得依賴于應(yīng)用的流動波信號與電信號之間的希望的關(guān)系。
在使用期間，借助了外部能源(在圖1a中未示出)來加熱該加熱元件H。對兩個傳感器S1，S2的溫度可單獨地測量。
圖1b表示作為距加熱元件H的中心之距離x的函數(shù)的通道1內(nèi)溫度的變化。該溫度T在整個加熱元件H上是常數(shù)，因此在位置x＝-L及x＝L之間是恒定的。圖1b中的曲線a表示在無流體流2通過通道1的情況下作為距離x的函數(shù)的溫度T的變化。在此情況下，通道1內(nèi)溫度T的變化圖形是對加熱元件H的中點對稱的。
正如眾知的，從加熱元件H到其周圍的熱傳遞是通過對流、幅射和/或傳導(dǎo)進(jìn)行的。在與圖1b的曲線a相關(guān)的情況下，對流為零，因為沒有流體流2。
圖1b中的曲線b與c表示對于流體流2的各種流率的作為距離x函數(shù)的溫度T的各種變化。對于曲線b及c，流體流2是向著圖1a的右面的。因此，傳感器S1的溫度低于傳感器S2上的溫度，因為作為對流結(jié)果的熱傳遞僅發(fā)生在向右的方向上。
圖1c表示作為流體流2的速度V的函數(shù)的加熱元件H、傳感器S1及傳感器S2的溫度。對于圖1c，也是正速度V相應(yīng)于向圖1a中右方的流體流2。在圖1c中，Th表示加熱元件H的溫度，T1表示傳感S1的溫度，T2表示傳感器S2的溫度，及ΔT表示傳感器S1及S2的溫度之差，故ΔT＝T2-T1。
對于傳感器S1及S2圍繞加熱元件H的對稱布置，所示Th(V)的曲線對T軸對稱，及ΔT(V)的曲線對原點對稱?？梢詮膱D1C得到，流體流2的速度V可以通過傳感器S1及S2的溫度測量單值地被確定。圖1C中曲線的精確形狀取決于加熱元件H產(chǎn)生的熱，及作為傳導(dǎo)及輻射結(jié)果的熱傳遞，因而將需要標(biāo)定分度。
可以看到，在根據(jù)圖2a的布置中，傳感器S1及S2也被加熱，當(dāng)然，在此情況下將引起不同于圖1b及1c中所示的溫度分布，但這些不同的溫度分布也將在通道1中單值地確定流體流2。
圖1d表示根據(jù)本發(fā)明的傳聲器的變型實施例。該傳聲器不是應(yīng)用如圖1a中所示的一個加熱元件H加上兩個傳感器S1及S2，而是基于僅使用兩個傳感器S1及S2，然而，至少傳感器S1及S2中的一個需相對于流體流2的溫度被加熱。
圖1e表示可以在根據(jù)圖1d的布置中發(fā)生三種溫度分布。圖1e中的曲線a表示其中不具有液體流的平衡狀態(tài)。對于曲線a假定兩個傳感器S1及S2均被加熱到相同程度，但是這不是嚴(yán)格需要的。甚至當(dāng)傳感器S1及S2被不同地加熱時，仍存在一個能使傳聲器定標(biāo)的被單值地定義的曲線。曲線b代表當(dāng)流體流2向右方向即從傳感器1向傳感器2的一種狀態(tài)。從而，傳感器S1比傳感器S2更加被流體流2冷卻，因為流體流從傳感器S1向傳感器S2傳遞熱。曲線C表示其中流體流2在相反方向傳導(dǎo)，即從傳感器S2到傳感器S1的狀態(tài)。根據(jù)圖1d的布置被預(yù)期比根據(jù)圖1a的布置在音頻范圍上具有更高的頻率特性。但是，根據(jù)圖1a的布置是最敏感的一種，因為使用了兩個傳感器。
在根據(jù)圖1d的布置中，傳感器S1或是傳感器S2的加熱可被省去。當(dāng)僅是一個傳感器S1或S2被加熱，而另一個用作非加熱傳感器時，該布置也可正確地工作。在這個后一布置中，加熱元件甚至不必作為傳感器使用，也即，僅測量元件S1或S2的一個上(變化的)輸出信號就夠了，另一元件僅作為加熱器使用。該情況在圖1d中用“H/S2”來表示，意味著最后方的元件可以是傳感器S2、加熱元件H或這兩者。
圖2a表示根據(jù)圖1a的流體流布置的實際實施例的頂視圖。關(guān)于該傳感器的數(shù)據(jù)例如在T.S.J.Lammerink等人的“微液體流傳感器”，傳感器及致動器A37-38(1993)第45-50頁中已經(jīng)給出。通道1可以被布置在一個300μm厚的硅盤上。通道1的高度(在圖1a的側(cè)視圖中看)例如為250μm，而通道1的寬度(在圖2a中看)例如為1000μm。加熱元件H及傳感器S1和S2最好由具有厚度為例如1μm的SiN條組成，其頂部被蒸發(fā)沉積了一個金屬層。所述金屬層例如可包括一層具有200毫微米厚度的CrAu層。但是也可用另外的材料，例如PN結(jié)。也可是放置在彼此頂部的多個金屬層。因此加熱元件H及兩個傳感器S1及S2包括自由地浮在通道1中的具有預(yù)定電阻值的條。對于所述電阻值，如在圖2中用字母Rh，Ru及Rd分別表示電阻元件H、溫度傳感器S1及溫度傳感器S2的電阻值。電阻條R1及R2這樣的布置，以便形成電子測量橋，這將要參照圖2b加以說明。
每個電阻Rh，Ru，Rd，R1及R2可借助于適當(dāng)選擇尺寸的導(dǎo)電連接襯墊3-8連接到外部裝置上。
通過將加熱元件H連接到預(yù)定的加熱電壓上或?qū)λ峁╊A(yù)定的加熱電流，所述元件將產(chǎn)生熱。傳感器S1及S2的電阻值Ru及Rd分別依賴于所述傳感器的溫度，因此電阻Ru及Rd的測量是對傳感器S1及S2的溫度的直接測量。
圖2b表示用于連接根據(jù)圖2a的流體流傳感器的電路圖，其方式為可產(chǎn)生出輸出電壓ΔU。該輸出電壓是對于提供給根據(jù)圖2a的液體流傳感器上聲頻信號的直接量度。因此，圖2b表示一種電路，當(dāng)它連接到根據(jù)圖2a的裝置上的適于提供一種微音量。在根據(jù)圖2b的電路中，連接片7連接到加熱電壓Uh，而連接片4連接到地。電阻Ru位于連接片3和4之間，而電阻Rd位于連接片5及4之間。包括電阻R3，R5及R4的串聯(lián)電路設(shè)置在連接片3和5之間。電阻R5是一個可變電阻，它具有一個連接點，在其上可連接用于由電阻Ru，Rd，R3，R5及R4組成的測量橋的調(diào)整電壓Ub。連接片8連接到電容C1及連接片6連接到電容C2。在工作期間，在根據(jù)圖2b的電路輸出端上產(chǎn)生出分別依賴于傳感器S1及S2的電阻值Ru及Rd的輸出電壓ΔU。所述輸出電壓ΔUo是電阻Ru及Rd的電阻變化值的函數(shù)，因此也是傳感器S1及S2的溫度差變化值的函數(shù)。作為使用電容器C1及C2的結(jié)果，根據(jù)圖2b的電路僅適于測量電壓的變化而不適于測量傳感器S1及S2上連續(xù)的電壓差。換言之，根據(jù)圖2b的電路適于測量通過通道1的流體流2的幅值變化。當(dāng)然，可使用另外合適的高通濾波器取代電容器C1和C2。
利用圖2a中的裝置，首先使流體流的幅值變化轉(zhuǎn)換成傳感器S1及S2的溫度差變化。因為該轉(zhuǎn)換步驟，僅當(dāng)傳感器S1，S2及加熱元件H之間的隔開間隔r1，r2不是太大時，流的變化速度能被正確的測量。如果選擇的間隔r1，r2太大，流體流2中的高頻變化將難于在傳感器S1及S2上產(chǎn)生出可檢測的溫度差變化。但相反地，如果選擇的間隔非常小，流體流2的幅值變化將產(chǎn)生出傳感器S1及S2溫度的易于檢測的變化。
現(xiàn)在為了使圖2a中所示裝置適于作為用于可聽范圍內(nèi)頻率的傳聲器，就必須易于檢測具有可聽范圍內(nèi)頻率的流體流2的幅值變化。在實際已被制造的微音器中，傳感器S1及S2和加熱元件之間的隔開間隔r1，r2分別為40μm。為了用作音頻范圍的傳聲器，隔開間隔最好小于300μm。使用根據(jù)圖2b的電路，可以使用該傳聲器檢測達(dá)到非常高頻率的聲頻波達(dá)到至少10KHz，將得到良好的信噪比。
基于根據(jù)圖2a的流體流傳感器的傳聲器的附加優(yōu)點是，聲頻波的低頻也可使用該傳聲器未衰減地被測量。傳統(tǒng)的壓力傳聲器幾乎不能對聲頻波的低頻進(jìn)行響應(yīng)，因此僅是帶有衰減地重放出這些低頻。
圖3概要地表示一個放大器9及一個與其連接的揚聲器10，通過它們可使輸出信號ΔUo轉(zhuǎn)換成放大的聲頻信號。因為基于流體流測量的傳聲器表現(xiàn)出一個1/f的特性(f是音頻波的頻率)，放大器9最好具有線性的f特性，或換句話說，表現(xiàn)出第一階特性。
在圖2b中所示的電阻的標(biāo)定值例如為以下值Rh＝800Ω，Ru＝Rd＝3300Ω，R1＝R2＝725Ω，R3＝R4＝3300Ω及R5＝100Ω。Rh，Ru及Rd也可為另外的值。最好，Rh，Ru及Rd的電阻值在20-5000Ω的范圍內(nèi)。
對于本領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員來說，顯然可看出圖2b僅是一個圖解的電路實施例，通過它可以對傳感器S1及S2的溫度變化進(jìn)行電測量。另外的電路也是可能的，如下面參照圖4a-4d所說明的。唯一的基本特征是，傳感器S1及S2的溫度差變化借助于合適的電路轉(zhuǎn)換成交變電壓，其頻率分別相當(dāng)于傳感器S1及S2的溫度T1及T2的溫度變化頻率。在根據(jù)圖2a的布置中，形成根據(jù)圖2b橋連接部分的電阻R1及R2也被集成在傳聲器中。但是不一定為該情況。它們甚至可被整個地去掉，即R1＝R2＝0Ω。另一方面，也可以集成電阻R3，R5及R4(圖2b)。當(dāng)然，所述電阻R1至R5必須被布置在離加熱元件H的一段距離處，以使后者對它們的阻值無影響。
圖4a-4d表示用于將Ru及Rd的電阻值變化轉(zhuǎn)換成電信號即變化電流或變化電壓的一些替換電路。
每個圖4a-4d的替換電路是基于一種Widlar電流鏡或“小器件(gadget)”的應(yīng)用，其中電阻Ru作為發(fā)射極電阻連接到晶體三極管T1，該晶體管的基極與其集電極短路，電阻Rd作為發(fā)射極電阻與晶體三極管T2相連接。晶體管T1及T2的基極彼此相連接。
晶體管T1的集電極可通過電阻R11與電源電壓Vb相連接，如圖4a中所示，或可與一電流源I相連接，如圖4b中所示。在圖4a的實施例中，晶體管T2的集電極通過電阻R12與電源電壓Vb相連接。輸出電壓Vo可在晶體管T2的集電極與地之間得到，如圖4a所示。
在根據(jù)圖4b的布置中，輸出信號是晶體管T2的集電極電流Io。但是，在圖4b電路中的Io可通過在晶體管T2的集電極上連接一電阻而轉(zhuǎn)換成輸出電壓。
圖4c表示另一替換電路，但是其中晶體管T1，T2及電阻Ru，Rd的基本連接沒有改變。晶體管T1的集電極經(jīng)由電阻R13與一個pnp晶體管T3的集電極相連接。晶體管T3以Widlar電流鏡的結(jié)構(gòu)與pnp晶體管T4及發(fā)射極電阻R11和R12相連接，如圖4c所示。晶體管T4的集電極與晶體管T2的集電極相連接。電阻R11，R12可以是基于流體流測量的另一傳聲器的傳感器，如電阻Ru，Rd那樣。另一方式是，或是電阻Ru和R12，或是Rd和R11相組合作為基于流體流測量的傳聲器的一部分。類似地，任何電阻Ru，Rd，R11或R12可作為僅具有一個加熱元件及一個電阻的微音器(見圖1d)的一部分。
圖4d表示將電阻Rd及Ru電阻值變化轉(zhuǎn)換成變化電信號的一個電路，在其中使用了三個級聯(lián)式Widlar電流鏡。第一電流鏡等于圖4b的電流鏡布置，它的輸出連接到晶體管T3，T4及發(fā)射極電阻R11，R12的一個pnp Widlar電流鏡的輸入端。后一pnp Widlar電流鏡的輸出連接到由晶體管T5，T6及發(fā)射極電阻R15，R16組成的一個npn Widlar電流鏡的輸入端相連接。晶體管T6的集電極電流提供為該電路的輸出電流Io。通過在晶體管T6的集電極上連接一個電阻，如在圖4a中的電阻R12可將輸出電流Io轉(zhuǎn)換成輸出電壓。與根據(jù)圖4c的電路布置相類似，電阻R11，R12，R15，R16可以或是單獨地或是與另一相組合作為基于流體流測量的傳聲器的一部分。
根據(jù)圖4a-4d的布置的優(yōu)點在于，它們易于操作并比圖2b的惠斯登電橋結(jié)構(gòu)具有更大的容差。
應(yīng)該指出，圖4a-4d所示的電路包括雙極性晶體管，并且，也可替代地使用MOSFET或JFET，對于更詳細(xì)地考察根據(jù)圖4a-4d的電路，讀者可參考H.E.de Bree等人的“The μ-Flown，a novel device measuring acousticalflows”于95年斯得哥爾摩傳感器會議發(fā)表(1995年6月26日)；H.E.de Bree著的“The Wheatstone Gadget，a simple circuit for measuring differential resistance Variations”(待出版)。
可以看出，用于測量兩個(或多個)可變電阻Ru，Rd之間的差分電阻值的圖4a-4d的電測量電路也可用在另外的結(jié)構(gòu)、即其中電阻Ru、Rd不是作為基于流體流測量的傳聲器的一部分的結(jié)構(gòu)中。
因為尺寸小及其低頻的靈敏度，上述的傳聲器提供了許多有利的應(yīng)用，其中的一些列在下面1、對于測量湍流，需要應(yīng)用對非常低的頻率敏感的小傳聲器。根據(jù)本發(fā)明的傳聲器適合此種需要。
2、根據(jù)本發(fā)明的傳聲器可應(yīng)用于聲感成象(聲感全息攝影)領(lǐng)域中。聲感成象是借助一個傳聲器陣列(例如128×128個位置)來測量聲頻場的方法。在目前，該方法可借助壓力傳聲器而實現(xiàn)。但是，壓力傳聲器價格貴，并更有甚者，壓力傳聲器總體上影響了聲頻場。這里所述的傳聲器預(yù)計成本只為壓力微音器成本的幾分之一。此外，因為根據(jù)本發(fā)明的傳聲器是基于流體流的測量，因此它幾乎不影響待測之聲頻場。
3、根據(jù)本發(fā)明的傳聲器可使用在水中測聲的領(lǐng)域，例如它被用來減小船舶產(chǎn)生的噪音。為此目的，需要的傳聲器是不會在水中降級的并呈現(xiàn)高達(dá)5KHz的頻率范圍。當(dāng)使用一種本技術(shù)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員本身所公知的具有如水一樣的聲頻阻抗的膠時，根據(jù)本發(fā)明的微音頻器可構(gòu)成不易受水的影響。
4、根據(jù)本發(fā)明的傳聲器可有利地應(yīng)用于飛機。為了測量飛機的的聲波，目前，測量壓力波及流體波兩者。在現(xiàn)在，流體波是從不同地點的壓力波推導(dǎo)出來的。但是，在低頻(即100Hz左右)該方法由于相位移問題導(dǎo)致誤差。該問題的解決是在一個位置上測量容積流，這可以用這里所述的傳聲器很容易地實現(xiàn)。該傳聲器在100Hz左右很敏感，且該傳聲器的尺寸可使得能在一個位置上測量容積流。
5、根據(jù)本發(fā)明的傳聲器可用于評價一個管內(nèi)的駐波，在這種分析時借助于駐波管測量材料的反射系數(shù)。但是，這是很復(fù)雜的方法，它可以借助壓力傳聲器和基于流體流測量的傳聲器的組合來簡化。
6、根據(jù)本發(fā)明的傳聲器可用作單極性傳聲器，用于在單一點上進(jìn)行立體聲測量。這樣一種傳聲器可有利地用于明線電話機(open line telephones)中。這種電話機使用在貨幣及股票市場的領(lǐng)域中。這是一種離手式電話機，即沒有收話器但包括一傳聲器R和一布置在室內(nèi)的大揚聲器，但是其特點是揚聲信號總不能被抑制。在離手式電話機中，一旦某人對傳聲器說話，揚聲信號就被抑制以免聲音回饋。在使用單極性傳聲器時，可避免這種聲音回饋。這種單極性可以通過將壓力傳聲器及基于流體流測量的傳聲器的組合及疊加兩者的輸出信號來實現(xiàn)。
7、根據(jù)本發(fā)明的傳聲器可使用于超聲速測量。由螺旋漿及蝸輪風(fēng)扇式發(fā)動機產(chǎn)生的噪音在風(fēng)速約為聲速的風(fēng)道中作測試。在這種測試期間空氣流不被擾動是非常重要的。聲波壓力為140dBSPL數(shù)量級，而觀察的頻率低于2Hz。因此，這里所述的傳聲器非常適于用在該測量布置中。根據(jù)本發(fā)明的微音器很小，并且聲波壓力非常高，而頻率相對的低。大體上，可使用一個傳感器及一個加熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量。
8、根據(jù)本發(fā)明的傳聲器可用于測量飛機機體的聲波幅射。為了盡可能精確地測量，需要盡可能接近機體進(jìn)行測量。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的強度傳感器顯得太大而不能勝任。但是基于流體流測量的傳聲器及壓力傳聲器的組合能用于進(jìn)行這種測量。
9、聲波是由壓力波及流體波整體地確定的。因此，通過壓力傳聲器及基于流體流測量的傳聲器的組合，可以精確地測量聲波。因此，這種組合在防噪音系統(tǒng)中比僅用壓力傳聲器提供了更好的可能性，以便盡可能精確地測量聲波。
10、借助于例如三個垂直布置的基于流體流測量的傳聲器及壓力傳聲器可以測量聲波的方向。最好，在這種布置中，基于流體流測量的傳聲器必須作成只對一個方向敏感。
權(quán)利要求
1.流體流測量裝置作為檢測聲波的傳聲器的使用，所述流體流測量裝置包括至少一個加熱元件(H)，至少一個布置在距加熱元件(H)第一預(yù)定間隔(r1)處的第一溫度傳感器(S1)，用于產(chǎn)生與第一溫度傳感器(S1)的溫度(T1)相對應(yīng)的第一電信號，其特征在于該預(yù)定的第一間隔(r1)小于300um。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的流體流測量裝置作為傳聲器的使用，其中加熱元件(H)及第一溫度傳感器(S1)分別由加熱電阻條(Rh)及第一傳感電阻條(Ru)，這些條在沿其能傳播聲波的通道中隔開一定距離地布置，該通道(1)具有預(yù)定的高度及寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的流體流測量裝置作為傳聲器的作用，其中預(yù)定的第一間隔(r1)小于50um。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項的流體流測量裝置作為傳聲器的使用，其中溫度傳感器(S1)在操作期間也被加熱。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項的流體流測量裝置作為傳聲器的使用，其中加熱元件(H)被作為第二溫度傳感器(S2)布置，用于產(chǎn)生與第二溫度傳感器(S2)的溫度(T2)相對應(yīng)的第二電信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的流體流測量裝置作為傳聲器的使用，其中設(shè)置了第二溫度傳感器(S2)，它布置在距加熱元件(H)第二預(yù)定間隔(r2)上，用于產(chǎn)生與第二溫度傳感器(S2)的溫度(T2)相對應(yīng)的第二電信號，該預(yù)定第二間隔(r2)小于300um。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的流體流測量裝置作為傳聲器的使用，其中第一預(yù)定間隔(r1)等于第二預(yù)定間隔(r2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的流體流測量裝置作為傳聲器的使用，其中包括一個電子測量電路，用于測量所述第一電信號并提供電輸出信號(ΔUo；Vo；Io)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6的流體流測量裝置作為傳聲器的使用，其中包括一個電子測量電路，用于測量所述第一電信號及所述第二電信號，并用以提供電輸出信號(ΔUo；Vo；Io)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的流體測量裝置作為傳聲器的使用，其中電子測量電路包括一個橋式電路及一個與所述橋式電路連接的高通濾波器(C1，C2)，橋式電路與一調(diào)整電壓(Ub)相連接，第一傳感器(S1)是依賴于第一溫度的電阻(Ru)及第二傳感器(S2)是依賴第二溫度的電阻(Rd)，所述依賴于第一及第二溫度的電阻(Ru，Rd)位于橋的不同支路中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的流體流測量裝置作為傳聲器的使用，其中電子測量電路包括一個Widlar電流鏡(“小器件”)，后者包括被耦合入電流鏡電路結(jié)構(gòu)的第一晶體管(T1)及第二晶體管(T2)，第一傳感器(S1)是依賴第一溫度的電阻(Ru)及第二傳感器(S2)是依賴于第二溫度的電阻(Rd)，所述依賴第一溫度的電阻(Ru)及所述依賴于第二溫度的電阻(Rd)分別作為發(fā)射極電阻與第一晶體管(T1)及第二晶體管(T2)相連接。
12.包括一種用于檢測聲波的傳聲器的系統(tǒng)，該傳聲器包括流體流測量裝置，所述流體流測量裝置包括至少一個加熱元件(H)，至少一個布置在驅(qū)加熱元件(H)第一預(yù)定間隔(r1)處的第一溫度傳感器(S1)，用于產(chǎn)生與第一溫度傳感器(S1)的溫度(T1)相對應(yīng)的第一電信號，其特征在于預(yù)定第一間隔(r1)小于300um，該傳聲器還包括一個電子測量電路用于測量所述第一電信號及提供一個電輸出信號(ΔUo；Vo；Io)，該系統(tǒng)還包括一個放大器(9)，用以放大所述輸出信號及提供一個放大的輸出信號，以及一個與所述放大器(9)相連接的揚聲器(10)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中加熱元件(H)及第一溫度傳感器(S1)分別由加熱電阻條(Ru)及第一傳感電阻條(Ru)構(gòu)成，這些條在沿其能傳播聲波的通道(1)中隔開一定距離地布置，該通道(1)具有預(yù)定的高度及寬度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的系統(tǒng)，其中預(yù)定第一間隔(11)小于50μm。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項的系統(tǒng)，其中溫度傳感器(S1)在操作期間也被加熱。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項的系統(tǒng)，其中加熱元件(H)被作為第二溫度傳感器(S2)布置，用于產(chǎn)生與第二溫度傳感器(S2)的溫度(T2)相對應(yīng)的第二電信號，及其中所述電子測量電路還被設(shè)置用于測量所述第二電信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項的系統(tǒng)，其中設(shè)置了第二溫度傳感器(S2)，它布置在距加熱元件(H)第二預(yù)定間隔(r2)上，用于產(chǎn)生與第二溫度傳感器(S2)的溫度(T2)相對應(yīng)的第二電信號，該預(yù)定第二間隔小于300μm，及其中所述電子測量電路也被設(shè)置用于測量所述第二電信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中第一預(yù)定間隔(r1)等于第二預(yù)定間隔(r2)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16或17的系統(tǒng)，其中電子測量電路包括一個橋式電路及一個與所述橋式電路相連接的高通濾波器(C1、C2)，該橋式電路與一調(diào)整電壓(Ub)相連接，第一傳感器(S1)是依賴于第一溫度的電阻(Ru)及第二傳感器(S2)是依賴于第二溫度的電阻(Rd)，所述依賴于第一及第二溫度的電阻(Ru，Rd)位于橋的不同支路中。
20.根據(jù)權(quán)利要求16或17的系統(tǒng)，其中電子測量電路包括一個Widlar電流鏡，后者包括被耦合入電流鏡電路結(jié)構(gòu)的第一晶體管(T1)及第二晶體管(T2)，第一傳感器(S1)是依賴第一溫度的電阻(Ru)及第二傳感器(S2)是依賴于第二溫度的電阻(Rd)，所述依賴第一溫度的電阻(Ru)及所述依賴第二溫度的電阻(Rd)分別作為發(fā)射極電阻與第一晶體管(T1)及第二晶體管相連接。
21.一種組合，其中第一傳聲器包括壓力測量裝置及第二傳聲器包括用以檢測聲波的流體流測量裝置，所述流體流測量裝置包括至少一個加熱元件(H)，至少一個布置在距加熱元件(H)第一預(yù)定間隔(r1)處的第一溫度傳感器(s1)，用于生成與第一溫度傳感器(S1)的溫度(T1)相對應(yīng)的第一電信號，其中該預(yù)定第一間隔(r1)小于300μm。
22.Widlar電流鏡(“小器件”)，包括以被耦合入電流鏡電路結(jié)構(gòu)的第一晶體管(T1)及第二晶體管(T2)，第一電阻(Ru)作為發(fā)射極電阻連接到所述第一晶體管(T1)，及第二電阻(Rd)作為發(fā)射極電阻連接到所述第二晶體管(T2)，其中所述第一電阻(Ru)及第二電阻(Rd)中至少一個具有可變電阻值，例如因溫度依賴性而變化。
全文摘要
流體流測量裝置作為檢測聲波的傳聲器的使用，所述流體流測量裝置包括至少一個加熱元件(H)，至少一個布置在距加熱元件(H)第一預(yù)定間隔(r1)處的第一溫度傳感器(S1)，用于產(chǎn)生與第一溫度傳感器(S1)的溫度(T1)相對應(yīng)的第一電信號，其中該預(yù)定第一間隔(r1)小于300μm。
文檔編號H04R23/00GK1151241SQ9519378
公開日1997年6月4日 申請日期1995年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月24日
發(fā)明者漢斯-埃利亞斯·德布雷, 特奧多魯斯·西蒙·約瑟夫·拉默因科, 邁克爾·庫爾特·埃爾威斯珀克, 約翰內(nèi)斯·赫爾曼納斯·約瑟夫斯·弗盧伊特曼 申請人:漢斯-埃利亞斯·德布雷