一种振动传感器的制作方法

专利检索2022-05-11  1



1.本说明书实施例涉及传感器领域,特别涉及一种振动传感器。


背景技术:

2.振动传感器是一种将振动信号转换为电信号的能量转换器件。在一些情况下,振动传感器可以用作骨传导麦克风。在骨传导麦克风中,振动传感器可以检测人说话时的经皮肤传递的振动信号,将人皮肤传递来的振动信号转换为电信号,从而达到传声的效果。骨传导麦克风可以减少外界环境中通过空气传播的噪声对目标声源的干扰,达到更好的传声效果。振动传感器(例如,骨传导麦克风)在实际的应用场景中可能接收除目标声源之外的其他振动信号(例如,耳机中振动扬声器的振动信号、耳机的振动信号等),从而影响振动传感器的传声效果。
3.基于上述问题,本说明书提供一种振动传感器,可以用来降低非目标振动信号的影响,从而提高振动传感器对目标振动信号的传声效果。


技术实现要素:

4.本说明书实施例的一个方面提供一种振动传感器,包括:壳体结构和声学换能器,所述声学换能器与所述壳体结构物理连接,其中,至少部分所述壳体结构与所述声学换能器形成声学腔体;振动单元,将所述声学腔体分隔为包含第一声学腔体的多个声学腔体,所述第一声学腔体与所述声学换能器声学连通;所述振动单元包括至少一个弹性元件和质量元件,所述至少一个弹性元件和所述质量元件位于所述声学腔体中,所述质量元件与所述壳体结构或所述声学换能器通过所述至少一个弹性元件连接;所述壳体结构被配置为基于外部振动信号产生振动,所述振动单元响应于所述壳体结构的振动使所述第一声学腔体的体积改变,所述声学换能器基于所述第一声学腔体体积的改变产生电信号,其中,所述至少一个弹性元件在第一方向上分布在所述质量元件相反的两侧,使得目标频率范围内,所述振动单元对所述第一方向上壳体结构振动的响应灵敏度高于所述振动单元对第二方向上壳体结构振动的响应灵敏度,所述第二方向垂直于所述第一方向。
5.在一些实施例中,所述振动单元在所述第二方向上振动的谐振频率与所述振动单元在所述第一方向上振动的谐振频率的比值大于或等于2。
6.在一些实施例中,所述振动单元对所述第二方向上壳体结构振动的响应灵敏度与所述振动单元与所述第一方向上壳体结构振动的响应灵敏度的差值为

20db~

40db。
7.在一些实施例中,所述第一方向为所述质量元件的厚度方向,所述至少一个弹性元件的形心与所述质量元件的重心在第一方向上的距离不大于所述质量元件厚度的1/3。
8.在一些实施例中,所述至少一个弹性元件的形心与所述质量元件的重心在第二方向上的距离不大于所述质量元件边长或半径的1/3。
9.在一些实施例中,所述至少一个弹性元件包括第一弹性元件和第二弹性元件,所述第一弹性元件和所述第二弹性元件和与所述声学腔室对应的所述壳体结构或所述换能
装置连接;所述第一弹性元件和所述第二弹性元件在所述第一方向上相对于所述质量元件呈近似对称分布,其中,所述第一方向为所述质量元件的厚度方向,所述质量元件的上表面与所述第一弹性元件连接,所述质量元件的下表面与所述第二弹性元件连接。
10.在一些实施例中,所述第一弹性元件和所述第二弹性元件的尺寸、形状、材质、或厚度相同。
11.在一些实施例中,所述第一弹性元件和所述第二弹性元件为膜状结构,所述质量元件的上表面或下表面的尺寸小于所述第一弹性元件和所述第二弹性元件的尺寸。
12.在一些实施例中,所述第一弹性元件、所述第二弹性元件、所述质量元件以及与所述声学腔室对应的所述壳体结构或所述换能装置之间具有间隙,所述间隙中具有用于调节所述振动传感器的品质因子的填充物。
13.在一些实施例中,所述第一弹性元件和与所述声学腔室对应的所述壳体结构或所述换能装置之间形成的声学腔体的体积大于或等于所述第二弹性元件和与所述声学腔室对应的所述壳体结构或所述换能装置之间形成的第一声学腔体的体积。
14.在一些实施例中,所述质量元件的厚度为10um~1000um;所述第一弹性元件和所述第二弹性元件的厚度为0.1um~500um。
15.在一些实施例中,所述第一弹性元件和所述第二弹性元件为柱状结构,所述第一弹性元件和所述第二弹性元件分别沿着所述质量元件的厚度方向延伸并与所述壳体结构连接。
16.在一些实施例中,所述第一弹性元件的外侧、所述第二弹性元件的外侧、所述质量元件的外侧和与所述声学腔室对应的所述壳体结构或所述换能装置之间具有间隙,所述间隙中具有用于调节所述振动传感器品质因子的填充物。
17.在一些实施例中,所述质量元件厚度为10um~1000um,所述第一弹性元件和所述第二弹性元件的厚度为10um~1000um。
18.在一些实施例中,所述第一弹性元件包括第一子弹性元件和第二子弹性元件,所述第一子弹性元件和与所述声学腔室相对应的壳体结构或换能装置通过所述第二子弹性元件连接,所述第一子弹性元件与所述质量元件的上表面连接;所述第二弹性元件包括第三子弹性元件和第四子弹性元件,所述第三子弹性元件和与所述声学腔室相对应的壳体结构或换能装置通过所述第四子弹性元件连接,所述第三子弹性元件与所述质量元件的下表面连接。
19.在一些实施例中,所述第一子弹性元件的周侧与所述第二子弹性元件的周侧近似重合,所述第三子弹性元件的周侧与所述第四子弹性元件的周侧近似重合。
20.在一些实施例中,所述振动传感器还包括固定片,所述固定片沿所述质量元件的周侧分布;所述固定片位于所述第一子弹性元件和所述第三子弹性元件之间,且所述固定片的上表面与下表面分别与所述第一子弹性元件和所述第三子弹性元件连接。
21.在一些实施例中,所述固定片、所述质量元件、所述第一子弹性元件以及所述第二子弹性元件之间的间隙具有用于调整所述振动传感器品质因子的填充物。
22.本说明书实施例提供另一种振动传感器,该振动传感器包括壳体结构和声学换能器,所述声学换能器与所述壳体结构物理连接,其中,至少部分所述壳体结构与所述声学换能器形成声学腔体;振动单元,将所述声学腔体分隔为包含第一声学腔体的多个声学腔体,
所述第一声学腔体与所述声学换能器声学连通;所述振动单元包括至少一个弹性元件和质量元件,所述至少一个弹性元件和所述质量元件位于所述声学腔体中,所述质量元件与所述壳体结构或所述声学换能器通过所述至少一个弹性元件连接;所述壳体结构被配置为基于外部振动信号产生振动,所述振动单元响应于所述壳体结构的振动使所述第一声学腔体的体积改变,所述声学换能器基于所述第一声学腔体体积的改变产生电信号;其中,所述至少一个质量元件在第一方向上分布在所述弹性元件相反的两侧,使得目标频率范围内,所述振动单元对所述第一方向上壳体结构振动的响应灵敏度高于所述振动单元对第二方向上壳体结构振动的响应灵敏度,所述第二方向垂直于所述第一方向。
23.在一些实施例中,所述振动单元对所述第二方向上壳体结构振动的谐振频率与所述振动单元对所述第一方向上壳体结构振动的谐振频率的比值大于或等于2。
24.在一些实施例中,所述振动单元对所述第二方向上壳体结构振动的响应灵敏度与所述振动单元与所述第一方向上壳体结构振动的响应灵敏度的差值为

20db~

40db。
25.在一些实施例中,所述至少一个弹性元件的形心与所述质量元件的重心在第一方向上的距离不大于所述质量元件厚度的1/3。
26.在一些实施例中,所述质量元件包括第一质量元件和第二质量元件,所述第一质量元件和所述第二质量元件在所述第一方向上相对于所述至少一个弹性元件呈对称设置。
附图说明
27.本说明书将以示例性实施例的方式进一步描述,这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的,在这些实施例中,相同的编号表示相同的结构,其中:
28.图1是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的应用场景图;
29.图2是根据图1所示的振动传感器的振动信号的示意图;
30.图3是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图;
31.图4是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图;
32.图5是根据本说明书一些实施例所示的振动传感器的结构示意图;
33.图6是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器在第一方向的振动模态图;
34.图7是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器在第二方向的振动模态图;
35.图8是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图;
36.图9是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图;
37.图10是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的频率响应曲线图;
38.图11是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的动态模拟图;
39.图12是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的动态模拟图;
40.图13是根据本说明书的一些实施例所示的振动单元的谐振频率图;
41.图14是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图;
42.图15是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图;
43.图16是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图;
44.图17是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。
具体实施方式
45.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术,并不用于限定本技术。
46.相反,本技术涵盖任何由权利要求定义的在本技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步,为了使公众对本技术有更好的了解,在下文对本技术的细节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本技术。
47.本技术实施例涉及振动传感器。振动传感器可以包括壳体结构、振动单元和声学换能器,壳体结构与声学换能器通过物理方式连接,至少部分壳体结构与声学换能器形成声学腔体,振动单元位于壳体结构与声学换能器形成的声学腔体中。在一些实施例中,振动单元可以包括至少一个弹性元件和质量元件,至少一个弹性元件和质量元件位于声学腔体中。壳体结构被配置为基于外部信号而产生振动,当壳体结构基于外部信号产生振动时,振动单元响应于壳体结构的振动同时振动,从而使第一声学腔体的体积改变,进而声学换能器产生电信号。在一些实施例中,至少一个弹性元件在第一方向上分布在质量元件相反的两侧,或者至少一个质量元件在第一方向上分布在质量元件相反的两侧,使得目标频率范围内(例如,3000 hz以下),振动单元对第一方向上壳体结构振动的响应灵敏度高于振动单元对第二方向上壳体结构振动的响应灵敏度,其中,第二方向垂直于第一方向。例如,至少一个弹性元件包括第一弹性元件和第二弹性元件,第一弹性元件和第二弹性元件分别位于质量元件的上表面和下表面,其中,第一弹性元件和第二弹性元件可以近似视为一个整体,该整体的形心与质量元件的重心近似重合。以振动传感器应用于耳机(例如,骨传导耳机)中作为示例,振动传感器可以作为骨传导麦克风采集用户说话时面部肌肉产生振动信号,并将振动信号转化为包含语音信息的电信号。振动传感器集成在耳机中时,振动传感器在接收用户讲话时的面部肌肉振动信号的同时也会接收其他振动信号(例如,扬声器的振动信号、耳机壳体的振动信号、外界空气中的噪声信号等),不同的振动信号具有不同的振动方向。本说明书实施例中将弹性元件的形心与质量元件的重心近似重合设置可以使得振动单元对第一方向上壳体结构振动的响应灵敏度高于振动单元对第二方向上壳体结构振动的响应灵敏度。在一些应用场景中,振动传感器用于采集用户讲话时的振动信号,第一方向对应用户讲话时的面部肌肉振动信号,第二方向对应其他振动信号(例如,扬声器的振动信号)的振动方向。在其他应用场景中,振动传感器用于采集外部环境的噪声信号时,第一方向对应外部环境的噪声信号的振动方向,第二方向对应其他振动信号(例如,扬声器的振动信号)的振动方向,进而提高振动传感器的方向选择性,降低其他振动信号对振动传感器所要采集的目标信号造成的干扰。
48.在一些实施例中,本说明书实施例中的振动传感器可以应用于移动设备、可穿戴设备、虚拟现实设备、增强现实设备等,或其任意组合。在一些实施例中,移动设备可以包括智能手机、平板电脑、个人数字助理(pda)、游戏设备、导航设备等,或其任何组合。在一些实施例中,可穿戴设备可以包括智能手环、耳机、助听器、智能头盔、智能手表、智能服装、智能背包、智能配件等,或其任意组合。在一些实施例中,虚拟现实设备和/或增强现实设备可以包括虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜、虚拟现实补丁、增强现实头盔、增强现实眼镜、增强现实
补丁等或其任何组合。例如,虚拟现实设备和/或增强现实设备可以包括google glass、oculus rift、hololens、gear vr 等。
49.图1是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的应用场景图。以振动传感器应用于耳机(例如,骨传导耳机)作为示例,如图1所示,耳机100可以包括振动扬声器110和振动传感器120。当用户佩戴图1所示的耳机100时,耳机100与用户头部皮肤区域相接触,耳机100在工作状态时,一方面,振动扬声器110基于音频信号产生振动信号,该振动信号通过耳机100的壳体或其他结构(例如,振动板)传递至用户头部皮肤,该振动信号通过头部的骨骼或肌肉传递至用户的听觉神经。另一方面,用户在通话状态或录音时,用户讲话时声带发出的声音经过骨骼传导到皮肤表面,并带动耳机100的壳体产生振动信号,振动传感器120可以基于采集该振动信号,并将该振动信号转化为包含语音信息的电信号。在一些应用场景中,例如,用户在使用耳机100进行通话或输入语音信息时,振动传感器120要采集的振动信号是用户讲话时面部肌肉产生的振动信号,这里的振动信号可以视为目标信号(目标振动信号的振动方向为图1中所示的双向箭头e),目标信号是振动传感器120所要采集的振动信号。耳机 100的振动扬声器110在工作状态时也会产生振动信号,外部空气振动也会作用于耳机100产生振动信号,这些振动信号可以视为噪声信号。为了防止噪声信号对目标信号噪声影响,可以将耳机100中振动扬声器110与振动传感器120垂直或近似垂直设置,这里振动扬声器110与振动传感器 120垂直或近似垂直设置是指振动扬声器110的振动方向(图1中所示的双向箭头n)与振动传感器120的振动方向(图1中所示的第一方向)相垂直或近似垂直。这里的近似垂直可以是指振动扬声器110的法线与振动传感器120的法线具有一定角度范围内的夹角。在一些实施例中,该夹角的范围可以为75
°‑
115
°
。优选地,该夹角的范围可以为80
°‑
100
°
。进一步优选地,该夹角的范围可以为85
°‑
95
°
。在一些实施例中,为了减少耳机100与用户面部皮肤接触产生的振动对目标信号的影响,振动扬声器 110的振动方向可以与用户皮肤接触区域所在的平面以一定夹角θ(例如,小于90
°
)进行设置。
50.图2是根据图1所示的振动传感器的示例性振动信号的示意图。结合图1和图2,振动传感器120中振动单元的振动方向为第一方向;振动扬声器120产生的振动信号为s
n
,其中,振动扬声器110的振动方向与用户皮肤接触区域不垂直时,振动扬声器110产生的振动信号s
n
在第一方向上具有信号分量s
e
,该信号分量s
e
也可以视为噪声信号;用户讲话时面部肌肉产生的振动信号(目标信号)为s
e
,其中,s
e
为目标信号s
e
在第一方向上的信号分量,该信号分量可以被振动传感器120拾取。本说明书实施例提供的振动传感器120中的振动单元中,将弹性元件的形心或重心与质量元件的重心近似重合设置可以使得振动单元对第一方向上壳体结构振动的响应灵敏度高于振动单元对第二方向上壳体结构振动的响应灵敏度,使得振动传感器120可以对用户讲话时面部肌肉产生的振动信号(目标信号 s
e
)在第一方向的有效分量s
e
更好的进行接收,同时使得振动扬声器110 在第二方向上的振动信号s
n
对于振动传感器120的影响较小,从而可以提高振动传感器的方向选择性,降低非目标振动信号对振动传感器所要采集的目标信号造成的干扰。需要注意的是,这里弹性元件的形心与质量元件的重心近似重合可以理解弹性元件为密度均匀的规则几何结构(例如,圆柱状结构、环状结构、长方体结构等)的形心与质量元件的重心近似重合,此时弹性元件的形心可以视为弹性元件的重心。在一些实施例中,弹性元件为不规则结构体时或密度不均匀时,则可视为弹性元件的实际重心与质量元件的重心近似重合。
51.图3是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图3所示,振动传感器300可以包括壳体结构310、声学换能器、振动单元320。在一些实施例中,振动传感器300的形状可以是长方体、圆柱体或其他不规则结构体。在一些实施例中,壳体结构310可以为具有一定硬度的材料制成,从而使得壳体结构310对振动传感器300及其内部元件(例如,振动单元320)进行保护。在一些实施例中,壳体结构310的材质可以包括但不限于金属、合金材料、高分子材料(例如,丙烯腈

丁二烯

苯乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯等)等中的一种或多种。在一些实施例中,壳体结构310与声学换能器连接,这里的方式连接可以包括但不限于焊接、卡接、粘接或一体成型等连接方式。在一些实施例中,壳体结构 310和声学换能器可以形成声学腔体,其中,振动单元320可以位于该声学腔体内。振动单元320可以将声学腔体分隔为第一声学腔体360和第二声学腔体370。声学换能器可以将壳体结构310内部声学腔体的振动信号转换为电信号。具体地,振动传感器300工作时,外部振动信号可以通过壳体结构310传递到振动单元320,振动单元330响应于壳体结构310的振动而发生振动。由于振动单元320的振动相位与壳体结构310和声学换能器的振动相位不同,振动单元320的振动可以引起壳体结构310中第一声学腔体360的体积变化,进而引起第一声学腔体360的声压变化,声学换能器360可以检测第一声学腔体360的声压变化并转换为电信号。在一些实施例中,声学换能器可以包括基板340,壳体结构310可以通过基板340 与声学换能器连接。在一些实施例中,基板340可以为刚性电路板(例如, pcb)和/或柔性电路板(例如,fpc)。在一些实施例中,基板340可以包括至少一个进声孔330,第一声学腔体360可以通过进声孔330与声学换能器连通。在一些实施例中,声学换能器还可以包括至少一个振膜(图3中未示出),振膜可以设置于进声孔330处,当外部振动信号作用于壳体结构310时,第一声学腔体360的声压发生变化,振膜响应于第一声学腔体 360的声压变化而发生机械振动,声学换能器的磁路系统基于振膜的机械振动产生电信号。
52.在一些实施例中,振动单元320可以包括弹性元件3202和质量元件 3201,质量元件3201和弹性元件3202位于声学腔体内,质量元件3201与壳体结构310通过弹性元件3202连接。具体地,弹性元件3202的周侧与壳体结构310的内壁连接,质量元件3201可以位于弹性元件3202的上表面或下表面。质量元件3201可以增大弹性元件3202相对于壳体结构310 的振动幅度,使得第一声学腔体360的体积变化值可以在不同声压级和频率的外部振动信号的作用下发生明显变化,进而提高振动传感器300的灵敏度。在一些实施例中,弹性元件3202的结构可以是膜状结构。在一些实施例中,质量元件3201可以为长方体、圆柱体等规则结构体或不规则结构体。在一些实施例中,质量元件3201的材质可以金属材料或非金属材料。金属材料可以包括但不限于钢材(例如,不锈钢、碳素钢等)、轻质合金 (例如,铝合金、铍铜、镁合金、钛合金等)等,或其任意组合。非金属材料可以包括但不限于聚氨酯发泡材料、玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维等。在一些实施例中,弹性元件3202的材质可以包括但不限于海绵、橡胶、硅胶、塑料、泡沫、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚酰亚胺(pi)等,或其任意组合。在一些实施例中,弹性元件3202的厚度可以为0.1um~500 um。优选地,弹性元件3202的厚度可以为0.5um~300um。更为优选地,弹性元件3202的厚度可以为1um~50um。在一些实施例中,质量元件3201 的厚度可以为10um~1000um。优选地,质量元件3201的厚度可以为20 um~800um。进一步优选地,质量元件3201的厚度可以为50um~500um。在一些实施例中,质量元件3201可以位于弹性元件3202的中心位置。在一些实施例中,质量元件
3201的尺寸(例如,长度和宽度)可以小于弹性元件3202的尺寸,其中,质量元件3201的周侧与壳体结构310的内壁具有间距,该间距可以防止质量元件3201相对于壳体结构310振动时发生碰撞。在一些实施例中,质量元件3201的周侧与壳体结构310内壁的间距可以为1um~1000um。优选地,质量元件3201的周侧与壳体结构310内壁的间距20um~800um。进一步优选地,质量元件3201的周侧与壳体结构 310内壁的间距50um~500um。在一些实施例中,通过调整质量元件3201 的尺寸(例如,长度、宽度)可以改变振动传感器在第二方向的谐振频率与第一方向的谐振频率的比值(也被称为相对横向灵敏度),使得振动传感器300在目标频率范围内,在保证振动传感器300在第一方向上的灵敏度不发生较大变化的前提下,降低振动传感器300在第二方向上的灵敏度。在一些实施例中,振动传感器在第二方向上的振动频率与第一方向上的振动频率的比值可以大于1。优选地,振动传感器在第二方向上的振动频率与第一方向上的振动频率的比值也可以大于1.5。进一步优选地,振动传感器在第二方向上的振动频率与第一方向上的振动频率的比值也可以大于2。在一些实施例中,质量元件3201的尺寸(例如,长度或宽度)与弹性元件 3202的尺寸的比值可以为0.2~0.9。优选地,质量元件3201的尺寸与弹性元件3202的尺寸的比值可以为0.3~0.7。进一步优选地,质量元件3201的尺寸与弹性元件3202的尺寸的比值可以为0.5

0.7。仅作为具体示例,例如,质量元件3201的尺寸(例如,长度或宽度)可以是弹性元件3202的尺寸的1/2。又例如,质量元件3201的尺寸(例如,长度或宽度)可以是弹性元件3202的尺寸的3/4。在一些实施例中,第一方向可以是指质量元件3201 的厚度方向,第二方向与第一方向垂直。在本实施例中,弹性元件3202相比于壳体结构310更容易发生弹性形变,使得振动单元320可以相对壳体结构310发生相对运动。当外界的振动的作用于到壳体结构310时,壳体结构310、声学换能器、振动单元320等部件同时产生振动,由于振动单元 320的振动相位与壳体结构310、声学换能器的振动相位不相同,从而引起了声学腔体的体积变化,导致声学腔体的声压产生变化,并由声学换能器将其转化为电信号,实现了对声音的拾取。
53.需要说明的是,弹性元件3202的形状不限于图3中所示的膜状结构,还可以为其它可以发生弹性形变的结构,例如,弹簧结构、金属环片、膜状结构、柱状结构等。
54.图4是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图4所示的振动传感器400可以包括壳体结构410、声学换能器、振动单元420。图4中的振动传感器400可以与图3中的振动传感器300相同或相似。例如,振动传感器400的壳体结构410可以与振动传感器300的壳体结构300相同或相似,再例如,振动传感器400的基板结构440可以与振动传感器300的基板结构340相同或相似。又例如,振动传感器400 的第一声学腔体460可以与振动传感器300的第一声学腔体360相同或相似。关于振动传感器400的更多结构(例如,第二声学腔体470、进声孔 430、质量元件421等)可以参考图4及相关描述。
55.在一些实施例中,振动单元可以包括质量元件421和弹性元件422,弹性元件422位于质量元件421在第一方向上的一侧,例如,质量元件421 可以位于弹性元件422的上表面。在其他实施例中,质量元件421还可以位于弹性元件422的下表面。
56.在一些实施例中,图4中的振动传感器400与图3中的振动传感器 300的主要区别之处在于,弹性元件422可以包括第一弹性元件4221和第二弹性元件4222,第一弹性元件4221和第二弹性元件4222位于质量元件 421的同一侧,如图4所示,质量元件421通过第二弹性元件4222与第一弹性元件4221连接,第一弹性元件4221与声学换能器400的基板结构
440 连接。具体地,质量元件421、第二弹性元件4222、第一弹性元件4221由上至下依次连接,其中,第一弹性元件4221的下表面与声学换能器400的基板结构440连接,第一弹性元件4221的上表面与第二弹性元件4222的上表面连接,质量元件421位于第二弹性元件的上表面。
57.在一些实施例中,第一弹性元件4221可以为膜状结构,第二弹性元件4222为圆环状结构,第一弹性元件4221的内侧、第二弹性元件4222的下表面和声学换能器的基板结构440形成第一声学腔体460,第一声学腔体460与基板结构440处的进声孔430连通。第一弹性元件4221和第二弹性元件4222可以由相同或不同的材料制成,关于第一弹性元件4221和/或第二弹性元件4222的材料可以参考图3中弹性元件3202的描述,在此不做赘述。在一些实施例中,第一弹性元件4221和第二弹性元件4222可以作为一体结构或相互独立的结构。在一些实施例中,通过调整质量元件421 的尺寸(例如,长度、宽度)可以改变振动传感器在第二方向的谐振频率与第一方向的谐振频率的比值(也被称为相对横向灵敏度),使得振动传感器400在目标频率范围内,在保证振动传感器400在第一方向上的灵敏度不发生较大变化的前提下,降低振动传感器400在第二方向上的灵敏度。关于质量元件421的尺寸和弹性元件422的具体内容可以参考本说明书中其它地方的描述,例如,图3及其相关描述。
58.图5是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图5所示,振动传感器500可以包括壳体结构510、声学换能器、振动单元520。图5中所示的振动传感器与图4中所示的振动传感器400相同或相似。例如,振动传感器500的壳体结构510与振动传感器400的壳体结构410相同或类似。又例如,振动传感器500的第一声学腔体560与振动传感器400的第一声学腔体460相同或类似。再例如,振动传感器500的基板结构540和进声孔530与振动传感器400的基板结构440和进声孔430 相同或类似。
59.在一些实施例中,如图5所示,振动传感器500与振动传感器400 的主要区别之处在于,振动单元包括质量元件521和弹性元件522,质量元件521通过弹性元件522与基板结构540连接,弹性元件522与声学换能器500的基板结构540连接。具体地,质量元件521、弹性元件522和基板结构540由上到下依次连接,其中,质量元件521的下表面与弹性元件522 的上表面连接,弹性元件522的下表面与声学换能器500基板结构540连接。
60.在一些实施例中,弹性元件522为一个圆环状结构,弹性元件522 的内侧、质量元件521的下表面与基板结构540形成第一声学腔体560,第一声学腔体560与基板结构540处的进声孔530连通。关于弹性元件522 的材料可以参考图3中弹性元件3202的描述,在此不做赘述。在一些实施例中,弹性元件522和质量元件521可以作为一体结构或相互独立的结构。在一些实施例中,通过调整质量元件521的尺寸(例如,长度、宽度)可以改变振动传感器在第二方向的谐振频率与第一方向的谐振频率的比值 (也被称为相对横向灵敏度),使得振动传感器500在目标频率范围内,在保证振动传感器500在第一方向上的灵敏度不发生较大变化的前提下,降低振动传感器500在第二方向上的灵敏度。关于质量元件521的尺寸和弹性元件522的具体内容可以参考本说明书中其它地方的描述,例如,图 3及其相关描述。
61.图6是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器在第一方向的振动模态图;图7是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器在第二方向的振动模态图。如图6和图7所示,振动传感器600在接收不同振动方向的振动信号时,振动单元620的振动情况也有所不同。如图6所示,在一些实施例中,振动传感器600在接收来自第一方向的振动信号时,振
动单元620的质量元件621沿第一方向振动,同时弹性元件622在质量元件621的作用下产生在第一方向的弹性形变,这里质量元件621左侧和右侧在第一方向的位移相同,弹性元件622的左侧和右侧在第一方向的弹性形变量也相同。如图7所示,振动传感器600在接收来自第二方向的振动信号时,质量元件621和弹性元件622产生类似波浪式的运动,比如,质量元件621和弹性元件622左侧的振动和右侧的振动幅度不同。由此可知,振动传感器600在接收目标信号时,其他振动信号(例如,与目标信号振动方向不同的信号)会对目标信号造成干扰。在一些实施例中,为了使得振动传感器在接收目标信号时尽可能降低其他信号的干扰,可以通过对振动单元620(例如,弹性元件622和质量元件621)进行调整。例如,通过在振动传感器中设置相对于质量元件在第一方向上呈近似对称分布的至少一个弹性元件,或者设置相对于弹性元件在第一方向上呈近似对称分布的至少一个质量元件,使得质量元件的重心与至少一个弹性元件的形心之间的距离限定在特定范围(例如,至少一个弹性元件的形心与质量元件的重心在第一方向上的距离不大于质量元件厚度的1/3)内,从而可以降低振动传感器在第二方向上的灵敏度,进而提高振动传感器的方向选择性,增强振动传感器的抗噪声干扰能力。在关于进一步提高振动传感器在第一方向的灵敏度的同时降低第二方向的灵敏度的内容可以参考图8

图17及其相关描述。
62.图8是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图8所示,振动传感器800可以包括壳体结构810、声学换能器820和振动单元830。在一些实施例中,壳体结构810的形状可以是长方体、圆柱体或其他规则结构体或不规则结构体。在一些实施例中,壳体结构810可以为具有一定硬度的材料制成,从而使得壳体结构810对振动传感器800 及其内部元件(例如,振动单元830)进行保护。在一些实施例中,壳体结构810的材质可以包括但不限于金属、合金材料、高分子材料(例如,丙烯腈

丁二烯

苯乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯等)等中的一种或多种。在一些实施例中,壳体结构810和声学换能器820通过物理方式连接,这里的物理方式连接可以包括但不限于焊接、卡接、粘接或一体成型等连接方式。在一些实施例中,至少部分壳体结构810和声学换能器820 可以形成声学腔体。在一些实施例中,壳体结构810可独立形成具有声学腔体的封装结构,其中,声学换能器820可以位于该封装结构的声学腔体内。在一些实施例中,壳体结构810可以是内部中空且其一端具有开放式敞口的结构,声学换能器820与壳体结构810的敞口端物理连接实现封装,从而形成声学腔体。在一些实施例中,振动单元830可以位于声学腔体内,振动单元830可以将声学腔体分隔为第一声学腔体840和第二声学腔体 850。在一些实施例中,第一声学腔体840与声学换能器820声学连通,第二声学腔体850可以为声学密封的腔体结构。需要说明的是,振动单元830 将声学腔体分隔为的多个声学腔体不限于第一声学腔体840、第二声学腔体850,还可以包括更多个声学腔体,例如,第三声学腔体、第四声学腔体等。
63.振动传感器800可以将外部振动信号转换为电信号。在一些实施例中,外部振动信号可以包括人说话时的振动信号、皮肤随人体运动或随靠近皮肤的扬声器工作等原因产生的振动信号、和与振动传感器接触的物体或空气产生的振动信号等,或其任意组合。进一步地,振动传感器产生的电信号可以输入外部电子设备。在一些实施例中,外部电子设备可以包括移动设备、可穿戴设备、虚拟现实设备、增强现实设备等,或其任意组合。在一些实施例中,移动设备可以包括智能手机、平板电脑、个人数字助理 (pda)、游戏设备、导航设备等,或其任何组合。在一些实施例中,可穿戴设备可以包括智能手环、耳机、助听器、智能头盔、
智能手表、智能服装、智能背包、智能配件等,或其任意组合。在一些实施例中,虚拟现实设备和/或增强现实设备可以包括虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜、虚拟现实补丁、增强现实头盔、增强现实眼镜、增强现实补丁等或其任何组合。例如,虚拟现实设备和/或增强现实设备可以包括google glass、oculus rift、 hololens、gear vr等。具体地,振动传感器800工作时,外部振动信号可以通过壳体结构810传递到振动单元830,振动单元830响应于壳体结构 810的振动而发生振动。由于振动单元830的振动相位与壳体结构810和声学换能器820的振动相位不同,振动单元830的振动可以引起第一声学腔体840的体积变化,进而引起第一声学腔体840的声压变化。声学换能器820可以检测第一声学腔体840的声压变化并转换为电信号,通过焊点 (图8中未示出)传递到外部电子设备。这里的焊点可以与耳机、助听器、辅听器、增强现实眼镜、增强现实头盔、虚拟现实眼镜等设备的内部元件 (例如,处理器)通过数据线电连接,所述内部元件获取的电信号可以通过有线或无线的方式传递到外部电子设备。在一些实施例中,声学换能器820可以包括至少一个通孔811,通孔811与第一腔室840连通,在通孔 811的位置处设有振膜(图8中未示出),第一声学腔体840的声压发生变化时,第一声学腔体840内部的空气发生振动并通过通孔811而作用于振膜,使振膜发生形变,声学换能器820将振膜的振动信号转化为电信号。
64.在一些实施例中,振动单元830可以包括质量元件831和至少一个弹性元件832,质量元件831和至少一个弹性元件832位于壳体结构810和声学换能器820形成的声学腔体中。在一些实施例中,至少一个弹性元件 832可以在第一方向上分布在质量元件831相反的两侧。第一方向可以是指质量元件831的厚度方向。例如,第一方向可以为图8中箭头所示的“第一方向”。在一些实施例中,质量元件831可以与壳体结构810和/或声学换能器820通过至少一个弹性元件832连接。例如,至少一个弹性元件832 可以包括第一弹性元件8321和第二弹性元件8322,第一弹性元件8321位于质量元件831背离声学换能器820的一侧,也可以理解为,第一弹性元件8231位于质量元件831的上表面,其中,第一弹性元件8321的一端与壳体结构810连接,第一弹性元件8321的另一端与质量元件831连接。第二弹性元件8232可以位于质量元件831靠近声学换能器820的一侧,也可以理解为,第二弹性元件8232位于质量元件831的下表面,其中,第二弹性元件8232的一端与声学换能器820连接,第二弹性元件8232的另一端与质量元件831连接。在其它的实施例中,至少一个弹性元件832还可以位于质量元件831的周侧,其中,至少一个弹性元件832的内侧与质量元件831的周侧连接,至少一个弹性元件832的外侧与壳体结构810和/或声学换能器820连接。这里所说的质量元件831的周侧是相对于质量元件831 的振动方向(例如,第一方向)而言,为方便起见,可以认为质量元件831 相对于壳体结构810振动的方向为轴线方向,此时,质量元件831的周侧表示质量元件831上环绕所述轴线设置的一侧。在一些实施例中,质量元件831可以为长方体、圆柱体等规则结构体或不规则结构体。在一些实施例中,质量元件831的材质可以金属材料或非金属材料。金属材料可以包括但不限于钢材(例如,不锈钢、碳素钢等)、轻质合金(例如,铝合金、铍铜、镁合金、钛合金等)等,或其任意组合。非金属材料可以包括但不限于聚氨酯发泡材料、玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维等。在一些实施例中,弹性元件832的形状可以为圆管状、方管状、异形管状、环状、平板状等。在一些实施例中,至少一个弹性元件832可以具有较容易发生弹性形变的结构(例如,弹簧结构、金属环片、膜状结构、柱状结构等),其材质可以是容易发生弹性形变能力的材料,例如,硅胶、橡胶等。在本说明书的实
施例中,至少一个弹性元件832相比于壳体结构810更容易发生弹性形变,使得振动元件830可以相对壳体结构810发生相对运动。需要注意的是,在一些实施例中,质量元件831和至少一个弹性元件832中的任一弹性元件832可以是由相同或不同的材料所组成,再通过组装在一起形成振动单元830。在一些实施例中,质量元件831和至少一个弹性元件 832中的任一弹性元件832也可以是由同种材料组成,再通过一体成型形成振动单元830。至少一个弹性元件832与质量元件831、声学换能器820、壳体结构810之间可以采用粘结剂进行粘接,也可以采用本领域技术人员熟知的其它连接方式(例如,焊接、卡接等),对此不作限制。
65.在一些实施例中,第一弹性元件8321和第二弹性元件8322可以在第一方向上相对于质量元件831呈近似对称分布。在一些实施例中,第一弹性元件8321和第二弹性元件8322可以与壳体结构810或声学换能器820 连接。例如,第一弹性元件8321可以位于质量元件831背离声学换能器 820的一侧,第一弹性元件8321的一端与壳体结构810连接,第一弹性元件8321的另一端与质量元件831的上表面连接。第二弹性元件8322可以位于质量元件831朝向声学换能器820的一侧,第二弹性元件8322的一端与声学换能器820连接,第二弹性元件8322的另一端与质量元件831的下表面连接。在一些实施例中,通过在振动传感器800中设置相对于质量元件831在第一方向上呈近似对称分布的第一弹性元件8231和第二弹性元件 8232,使得质量元件831的重心与至少一个弹性元件832的形心近似重合,进而使得振动单元830在响应于壳体结构810的振动而产生振动时,可以降低质量元件831在第二方向上的振动,从而降低振动单元830对第二方向上壳体结构810振动的响应灵敏度,进而提高振动传感器800的方向选择性。这里的第二方向垂直于第一方向。在一些实施例中,至少一个弹性元件832的形心可以是指弹性元件832的几何中心。弹性元件832的形心与弹性元件832的形状和尺寸相关。例如,至少一个弹性元件832的长方形板状结构时,至少一个弹性元件832的形心可以在长方形板状结构的两条对角线的交点位置。在一些实施例中,弹性元件832可以近似视为密度均匀的结构体,此时弹性元件832的形心可以近似视为弹性元件832的重心。
66.在一些实施例中,第一弹性元件8321和第二弹性元件8322的尺寸、形状、材质、或厚度等可以相同。在一些实施例中,第一弹性元件8321的结构和第二弹性元件8322的结构可以是膜状结构、柱状结构、管状结构等,或其任意组合结构。在一些实施例中,第一弹性元件8321和第二弹性元件 8322的材质可以包括但不限于海绵、橡胶、硅胶、塑料、泡沫、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚酰亚胺(pi)等,或其任意组合。在一些实施例中,塑料可以包括但不限于聚四氟乙烯(ptfe)、高分子聚乙烯、吹塑尼龙、工程塑料等或其任意组合。橡胶,可以是指能达到同样性能的其他单一或复合材料,可以包括但不限于通用型橡胶和特种型橡胶。在一些实施例中,通用型橡胶可以包括但不限于天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等或其任意组合。在一些实施例中,特种型橡胶可以包括但不限于丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶、环氧丙烷橡胶等或其任意组合。其中,丁苯橡胶可以包括但不限于乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶。在一些实施例中,复合材料可以包括但不限于玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、石墨纤维、纤维、石墨烯纤维、碳化硅纤维或芳纶纤维等增强材料。
67.仅作为示例性说明,第一弹性元件8321和第二弹性元件8322均为膜状结构、采用相同材质(例如,聚四氟乙烯)、尺寸和厚度均相同时,由于第一弹性元件8321和第二弹性元
件8322在第一方向上相对于质量元件 831呈近似对称分布,可以使得至少一个弹性元件832的形心与质量元件 8321的重心重合或近似重合,进而使得振动单元830响应于壳体结构810 的振动而产生振动时,可以降低质量元件831在第二方向上的振动,从而降低振动单元830对第二方向上壳体结构810振动的响应灵敏度,进而提高振动传感器800在接收振动信号时的方向选择性。
68.在一些实施例中,第一弹性元件8321和第二弹性元件8322在第一方向上分布在质量元件831相反的两侧,这里第一弹性元件8321和第二弹性元件8322可以近似视为一个弹性元件,该弹性元件的形心与质量元件的重心近似重合,可以使得目标频率范围(例如,3000hz以下)内,振动单元830对第一方向上壳体结构810振动的响应灵敏度高于振动单元830对第二方向上壳体结构810振动的响应灵敏度。在一些实施例中,振动单元 830对第二方向上壳体结构810振动的响应灵敏度与振动单元830对第一方向上壳体结构810振动的响应灵敏度的差值可以为

20db~

60db。在一些实施例中,振动单元830对第二方向上壳体结构810振动的响应灵敏度与振动单元830对第一方向上壳体结构810振动的响应灵敏度的差值可以为

25db~

50db。在一些实施例中,振动单元830对第二方向上壳体结构 810振动的响应灵敏度与振动单元830对第一方向上壳体结构810振动的响应灵敏度的差值可以为

30db~

40db。在一些实施例中,目标频率范围可以指小于或等于3000hz的频率范围。
69.在一些实施例中,振动单元830响应于壳体结构810的振动在第一方向产生振动。第一方向上的振动可以视为振动传感器800所期待拾取的声音信号,第二方向上的振动可以视为噪声信号。因此,在振动传感器800 工作过程中,可以通过降低振动单元830在第二方向上产生的振动,从而降低振动单元830对第二方向上壳体结构810振动的响应灵敏度,进而提高振动传感器800的方向选择性,降低噪声信号对声音信号的干扰。
70.在一些实施例中,至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心可以重合或者近似重合。在一些实施例中,振动单元830响应于壳体结构810的振动而产生振动时,至少一个弹性元件832的形心与质量元件 831的重心重合或者近似重合,可以在振动单元830对第一方向上壳体结构810振动的响应灵敏度基本不变的前提下,降低质量元件831在第二方向上的振动,从而降低振动单元830对第二方向上壳体结构810振动的响应灵敏度,进而提高振动传感器800的方向选择性。在一些实施例中,可以通过调整弹性元件832的厚度、弹性系数、质量元件831的质量、尺寸等改变(例如,提高)振动单元830对第一方向上壳体结构810振动的响应灵敏度。
71.关于至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心可以重合或者近似重合可以理解为弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第一方向上和第二方向上满足特定条件。在一些实施例中,特定条件可以为至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第一方向上的距离可以不大于质量元件831厚度的1/4,以及至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第二方向上的距离不大于质量元件831边长或半径的1/4。在一些实施例中,特定条件可以为至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第一方向上的距离可以不大于质量元件831厚度的 1/3,以及至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第二方向上的距离不大于质量元件831边长或半径的1/3。在一些实施例中,至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第一方向上的距离可以不大于质量元件831厚度的1/2,以及至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第二
方向上的距离不大于质量元件831边长或半径的1/2。例如,质量元件831为正方体时,至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第一方向上的距离不大于质量元件831厚度(边长)的1/3,至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第二方向上的距离不大于质量元件831边长的1/3。又例如,质量元件831为圆柱体时,至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第一方向上的距离不大于质量元件831厚度(高度)的1/4,至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心在第二方向上的距离不大于质量元件831上表面(或者下表面)圆形半径的1/4。
72.在一些实施例中,当至少一个弹性元件832的形心与质量元件831 的重心重合或者近似重合时,可以使得振动单元830在第二方向上振动的谐振频率向高频偏移,而不改变振动单元830在第一方向上振动的谐振频率。在一些实施例中,当至少一个弹性元件832的形心与质量元件831的重心重合或者近似重合时,振动单元830在第一方向上振动的谐振频率可以保持基本不变,例如,振动单元830在第一方向上振动的谐振频率可以为人耳感知相对较强的频率范围(例如,20hz

2000hz、2000hz

3000hz 等)内的频率。振动单元830在第二方向上振动的谐振频率可以向高频偏移而位于人耳感知相对较弱的频率范围(例如,5000hz

9000hz、1khz

14 khz等)内的频率。基于振动单元830在第二方向上振动的谐振频率向高频偏移,振动单元830在第一方向上振动的谐振频率保持基本不变,可以使得振动单元830在第二方向上振动的谐振频率与振动单元830在第一方向上振动的谐振频率的比值大于或等于2。在一些实施例中,振动单元830 在第二方向上振动的谐振频率与振动单元830在第一方向上振动的谐振频率的比值也可以大于或等于其他数值。例如,振动单元830在第二方向上振动的谐振频率与振动单元830在第一方向上振动的谐振频率的比值也可以大于或等于1.5。
73.在一些实施例中,振动单元830在第二方向上振动的谐振频率与振动单元830在第一方向上振动的谐振频率的比值的大小可以反映振动传感器800拾取的噪声信号对声音信号的影响。例如,振动单元830在第二方向上振动的谐振频率与振动单元830在第一方向上振动的谐振频率的比值越大,则振动单元830在第二方向上振动的谐振频率越高,此时,振动单元830对第一方向上较低频段(例如,2000hz以下)的声音的灵敏度较高,振动单元830对第二方向上较高频段(例如,2000hz以上)的声音的灵敏度较高,而人耳对较高频段(例如,大于2000hz)的声音信号不敏感,而对较低频段(例如,2000hz以下)的声音信号敏感,振动单元830拾取的第二方向的较高频段范围内的噪声信号对第一方向上拾取的目标声音信号的干扰较小。
74.在一些实施例中,调整质量元件831的尺寸也可以降低振动单元830 对第二方向上壳体结构810振动的响应灵敏度。例如,在不改变质量元件 831的质量的条件下,可以通过降低质量元件831的厚度(或者增加质量元件831的上表面和/或下表面的面积),使得振动单元830在第二方向上振动的谐振频率位于高频频率范围(例如,大于3000hz),从而降低目标频率范围(例如,小于3000hz)内振动单元830对第二方向上的振动的响应灵敏度。
75.图9是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图9所示的振动传感器900可以包括壳体结构910、声学换能器、振动单元930。在一些实施例中,壳体结构910的形状可以是长方体、圆柱体或其他规则结构体或不规则结构体。在一些实施例中,壳体结构910可以为具有一定硬度的材料制成,从而使得壳体结构910对振动传感器900及
其内部元件(例如,振动单元930)进行保护。在一些实施例中,壳体结构910 的材质可以包括但不限于金属、合金材料、高分子材料等中的一种或多种。在一些实施例中,壳体结构910可以与声学换能器上表面的基板结构920 连接,这里的连接的方式可以包括但不限于焊接、卡接、粘接或一体成型等连接方式。在一些实施例中,基板结构920可以为刚性电路板(例如, pcb)和/或柔性电路板(例如,fpc)。在一些实施例中,至少部分壳体结构910和声学换能器上表面的基板结构920可以形成声学腔体。在一些实施例中,壳体结构910可独立形成具有声学腔体的封装结构,其中,声学换能器可以位于封装结构的声学腔体内。在一些实施例中,壳体结构910可以是内部中空且其一端具有开放式敞口的结构,声学换能器上表面的基板结构920与壳体结构910的敞口端物理连接实现封装,从而形成声学腔体。在一些实施例中,振动单元930可以位于声学腔体内。振动单元930可以将声学腔体分隔第一声学腔体940和第二声学腔体950。在一些实施例中,第一声学腔体940可以通过位于基板结构920上的通孔921与声学换能器声学连通,第二声学腔体950可以为声学密封的腔体结构。需要说明的是,振动单元930将声学腔体分隔为的多个声学腔体不限于第一声学腔体940、第二声学腔体950,还可以包括更多个声学腔体,例如,第三声学腔体、第四声学腔体等。
76.在一些实施例中,振动单元930可以包括质量元件931和弹性元件 932,其中,弹性元件932可以包括第一弹性元件9321和第二弹性元件9322。在一些实施例中,第一弹性元件9321和第二弹性元件9322可以为膜状结构。在一些实施例中,第一弹性元件9321和第二弹性元件9322可以在第一方向上相对于质量元件931呈近似对称分布。第一弹性元件9321和第二弹性元件9322可以与壳体结构910连接。例如,第一弹性元件9321可以位于质量元件931背离基板结构920的一侧,第一弹性元件9321的下表面可以和质量元件931的上表面连接,第一弹性元件9321的周侧可以和壳体结构910的内壁连接。第二弹性元件9322可以位于质量元件931朝向基板结构920的一侧,第二弹性元件9322的上表面可以和质量元件931的下表面连接,第二弹性元件9322的周侧可以和壳体结构910的内壁连接。需要说明的是,第一弹性元件9321和第二弹性元件9322的膜状结构可以为矩形、圆形等规则和/或不规则结构,第一弹性元件9321和第二弹性元件9322 的形状可以根据壳体结构910的截面形状进行适应性调整。
77.在一些实施例中,第一弹性元件9321和第二弹性元件9322为膜状结构时,质量元件931的上表面或下表面的尺寸小于第一弹性元件9321和第二弹性元件9322的尺寸,质量元件931的侧表面和壳体结构910的内壁形成间距相等的环形或矩形。在一些实施例中,质量元件931的厚度可以为10um~1000um。在一些实施例中,质量元件931的厚度可以为6um~500 um。在一些实施例中,质量元件931的厚度可以为800um~1400um。在一些实施例中,第一弹性元件9321和第二弹性元件9322的厚度可以为0.1 um~500um。在一些实施例中,第一弹性元件9321和第二弹性元件9322的厚度可以为0.05um~200um。在一些实施例中,第一弹性元件9321和第二弹性元件9322的厚度可以为300um~800um。在一些实施例中,每个弹性元件(例如,第一弹性元件9321或第二弹性元件9322)与质量元件931的厚度比可以为2~100。在一些实施例中,每个弹性元件与质量元件931的厚度比可以为10~50。在一些实施例中,每个弹性元件与质量元件931的厚度比可以为20~40。在一些实施例中,质量元件931与每个弹性元件(例如,第一弹性元件9321或第二弹性元件9322)的厚度差值可以为9um~500 um。在一些实施例中,质量元件931与每个弹性元件的厚度差值可以为50 um~400um。在一
些实施例中,质量元件931与每个弹性元件的厚度差值可以为100um~300um。
78.在一些实施例中,第一弹性元件9321、第二弹性元件9322、质量元件931以及与声学腔体对应的壳体结构910或声学换能器之间可以形成间隙960。如图9所示,在一些实施例中,间隙960可以位于质量元件931的周侧,当质量元件931响应于外部振动信号时,质量元件931在相对于壳体结构910振动时,间隙960可以防止质量元件931振动时与壳体结构910 发生碰撞。在一些实施例中,间隙960中可以包括填充物,通过在间隙960 中设置填充物可以对振动传感器900的品质因子进行调整。优选地,间隙 960中设置填充物可以使得振动传感器900的品质因子为0.7~10。较为优选地,间隙960中设置填充物可以使得振动传感器900的品质因子为1~5。在一些实施例中,填充物可以是气体、液体(例如,硅油)、弹性材料等中的一种或多种。示例性的气体可以包括但不限于空气、氩气、氮气、二氧化碳等中的一种或多种。示例性的弹性材料可以包括但不限于硅凝胶、硅橡胶等。
79.在一些实施例中,第一弹性元件9321和与声学腔体对应的壳体结构 910之间形成的声学腔体(例如,第二声学腔体950)的体积可以大于或等于第二弹性元件9322和与声学腔体对应的壳体结构910、基板结构920之间形成的第一声学腔体940的体积,使得第一声学腔体940的体积与第二声学腔体950的体积相等或近似相等,从而提高振动传感器900的对称性。具体地,第一声学腔体940和第二声学腔体950内部具有空气,当振动单元930相对于壳体振动时,振动单元930压缩两个声学腔体内部的空气,第一声学腔体940和第二声学腔体950可以近似视为两个空气弹簧,第二声学腔体950的体积大于或等于第一声学腔体940的体积,使得振动单元 930在振动时压缩空气带来的空气弹簧的系数近似相等,从而进一步提高质量元件931上下两侧弹性元件(包含空气弹簧)的对称性。在一些实施例中,第一声学腔体940的体积和第二声学腔体950的体积可以为10 um3~1000um3。优选地,第一声学腔体940的体积和第二声学腔体950的体积可以为50um3~500um3。
80.图10是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的频率响应曲线图。如图10所示,横轴表示频率,单位为hz,纵轴表示振动传感器的灵敏度,单位为db。曲线1010表示包括一个弹性元件的振动传感器(例如,图3的振动传感器300)在第一方向上的灵敏度。曲线1020表示包括两个近似对称的弹性元件(例如,图9所示的第一弹性元件9321和第二弹性元件9322)的振动传感器在第一方向上的灵敏度。曲线1030表示包括一个弹性元件的振动传感器(例如,图3的振动传感器300)在第二方向上的灵敏度。曲线1040表示包括两个近似对称的弹性元件(例如,图9所示的第一弹性元件9321和第二弹性元件9322)的振动传感器在第二方向上的灵敏度。曲线1010(或曲线1030)中对应的振动传感器的弹性元件与曲线 1020(或曲线1040)中对应的振动传感器的两个弹性元件的材质和形状相同,区别之处在于曲线1010(或曲线1030)中对应的振动传感器的弹性元件的厚度近似等于曲线1020(或曲线1040)中对应的振动传感器的两个弹性元件的总厚度。需要注意的是,这里近似等于的误差不超过50%。
81.对比曲线1010和曲线1020可以看出,在特定频率范围(例如,3000 hz以下)内,具有一个弹性元件的振动传感器在第一方向上的灵敏度(图 10中曲线1010)与具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第一方向上的灵敏度(图10中曲线1020)近似相等。也可以理解为,在特定频率范围(例如,3000hz以下)内,振动传感器包括的弹性元件的数量及分布情况对振动传感器在第一方向上的灵敏度的影响较小。另外,在曲线1010和曲线1020中,f1
是具有一个弹性元件的振动传感器在第一方向上的谐振峰的谐振频率,f2是具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第一方向上谐振峰的谐振频率,其中,具有一个弹性元件的振动传感器在第一方向上的谐振峰的谐振频率f1与具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第一方向上谐振峰的谐振频率f2近似相等。也就是说,在特定频率范围内,具有一个弹性元件的振动传感器在第一方向的灵敏度与具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第一方向的灵敏度近似相等。考虑到振动传感器为非理想性器件,导致振动传感器中第一方向的谐振频率在第二方向中具有映射(也被称为分量),相应地,在曲线1030中,f3用于表征具有一个弹性元件的振动传感器中第一方向的谐振频率在第二方向频响曲线中的映射(也可以理解为第一方向的谐振频率在第二方向频响曲线中的分量), f5是具有一个弹性元件的振动传感器在第二方向的谐振频率,在曲线1040 中,f4用于表征包括两个弹性元件的振动传感器中第一方向的谐振频率在第二方向频响曲线中的映射,f6是具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向的谐振频率。由于映射关系的存在,第三曲线1030中的谐振频率f3与第一曲线1010中的谐振频率f1近似相等,第四曲线1040中的谐振频率f4与第二曲线1020中的谐振频率f2近似相等。对比曲线1030 和曲线1040可以看出,在特定频率范围(例如,3000hz以下)内,包括一个弹性元件的振动传感器中在第二方向上的灵敏度(图10中曲线1030) 大于包括两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的灵敏度 (图10中曲线1040)。也可以理解为,在特定频率范围(例如,3000hz 以下)内,振动传感器包括的弹性元件的数量及分布情况对振动传感器在第二方向上的灵敏度的影响较大。另外,结合曲线1030和曲线1040可以看出,f1与f2近似相等(或者,f3与f4近似相等)时,在特定频率范围(例如,3000hz以下)内,具有一个弹性元件的振动传感器中在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f5明显小于包括两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6。在一些实施例中,通过在振动传感器中设置两个近似对称的弹性元件,可以使得振动传感器在第二方向上的谐振峰的谐振频率位于更高频范围,从而降低振动传感器在距离谐振频率较远位置的中低频范围内的灵敏度。进一步地,在特定频率范围(3000hz)内,包括两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的灵敏度(图10中曲线1040)相对于包括一个弹性元件的振动传感器在第二方向上的灵敏度(图10中曲线1030)更加平坦。
82.基于上述的曲线分析,可以知道,通过在振动传感器中设置近似对称的第一弹性元件和第二弹性元件,可以实现在特定频段(例如,3000hz 以下),在基本不改变振动传感器在第一方向上的灵敏度的同时降低振动传感器在第二方向上的灵敏度的前提下,进而增大振动传感器在第二方向上的灵敏度与振动传感器在第一方向上的灵敏度的差值,提高振动传感器的方向选择性,增强振动传感器的抗噪声干扰能力。在一些实施例中,为了进一步降低第二方向的灵敏度,在特定频率范围(例如,3000hz以下) 内,具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器中在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与具有一个弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f5的比值可以大于2。在一些实施例中,在特定频率范围(例如,3000hz以下)内,具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器中在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与具有一个弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f5的比值可以大于3.5。在一些实施例中,在特定频率范围(例如,3000hz以下)内,具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器中在第二方向上的谐振峰对
应的谐振频率f6与两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f5的比值可以大于5。在一些实施例中,具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与其在第一方向上的谐振峰对应的谐振频率f2可以大于1。优选地,具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与其在第一方向上的谐振峰对应的谐振频率f2可以大于1.5。进一步优选地,具有两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振峰对应的谐振频率f6与其在第一方向上的谐振峰对应的谐振频率f2可以大于2。
83.图11是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的动态模拟图;图12是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的动态模拟图。图11中的(a)示出了包括一个弹性元件的振动传感器中质量元件在第一方向上振动的位移,其中,振动传感器在第一方向上的谐振频率为1678.3 hz。图11中的(b)示出了包括一个弹性元件的振动传感器中质量元件在第二方向上振动的位移,其中振动传感器在第二方向上的谐振频率为 2372.2hz。图12中的(a)示出了包括两个近似对称的弹性元件的振动传感器中质量元件在第一方向上振动的位移,其中,振动传感器在第一方向上的谐振频率为1678hz。图12中的(b)示出了包括两个近似对称的弹性元件的振动传感器中质量元件在第二方向上振动的位移,其中振动传感器在第二方向上的谐振频率为14795hz。需要说明的是,在图11和图12中,除弹性元件的厚度不同外,弹性元件的长度、宽度及质量元件的长度、宽度、厚度均相同。
84.参照图11,包括一个弹性元件的振动传感器在第一方向上的谐振频率(1678.3hz)与包括一个弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振频率(2372.2hz)均位于目标频率范围(例如,0hz

3000hz)内。因此,质量元件在第二方向上的振动信号对振动传感器最终输出的电信号的影响较大。参照图12,包括两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第一方向上的谐振频率(1678hz)位于目标频率范围(例如,0hz

3000hz)内,包括两个近似对称的弹性元件的振动传感器在第二方向上的谐振频率(14795 hz)远高于目标频率。因此,质量元件在第二方向上的振动信号对振动传感器最终输出的电信号的影响较小。
85.在一些实施例中,质量元件的位移与振动传感器在第一方向和/或第二方向的谐振频率相关。具体地,质量元件的位移与振动传感器在第一方向和/或第二方向的谐振频率的平方成反比。也就是说,振动传感器在第一方向和/或第二方向的谐振频率越高,质量元件在第一方向和/或第二方向的位移越小。在一些实施例中,质量元件在第一方向和/或第二方向的位移越小,对振动传感器的输出电信号的影响越小。因此,为了降低质量元件在第二方向上的振动信号对振动传感器输出电信号的影响,可以减小质量元件在第二方向上的位移,即提高振动传感器在第二方向上的谐振频率。对比图11和图12,图12中的振动传感器的质量元件在第二方向上的位移小于图11中的振动传感器的质量元件在第二方向上的位移。因此,图12中的振动传感器在第二方向上的灵敏度相对于图11中的振动传感器在第二方向上的灵敏度更低,即,通过在振动传感器中设置近似对称的两个弹性元件,可以降低振动传感器在第二方向上的灵敏度,从而提高振动传感器的方向选择性,增强振动传感器的抗噪声干扰能力。
86.在一些实施例中,通过调整质量元件的尺寸(例如,长度、宽度)可以调整振动传感器在第一方向和第二方向上的谐振频率。在一些实施例中,通过调整质量元件的尺寸(例如,长度、宽度)可以改变振动传感器在第二方向的谐振频率与第一方向的谐振频率的比
值。在一些实施例中,振动传感器在第二方向上的振动频率与第一方向上的振动频率的比值可以为1

2.5。优选地,振动传感器在第二方向上的振动频率与第一方向上的振动频率的比值也可以为1.3

2.2。进一步优选地,振动传感器在第二方向上的振动频率与第一方向上的振动频率的比值也可以为1.5

2。关于通过调整质量元件的尺寸来调整振动传感器在第一方向和第二方向上的谐振频率及其比值的内容可以参考图13及其相关描述。
87.图13是根据本说明书的一些实施例所示的振动单元的谐振频率图。如图13所示,横轴表示质量元件的长度,单位为mm,纵轴表示不同长度的质量元件对应的频率,单位为hz。这里以图3中的振动传感器300作为示例性说明,这里振动单元320中的质量元件3201的宽度为1.5mm、厚度为0.3mm,振动单元320弹性元件3202的长度为3mm、宽度为2mm、厚度为0.01mm。曲线1310表示振动传感器300在第一方向上的谐振频率,曲线1320表示振动传感器300在第二方向上的谐振频率。参照图13中的曲线1310,质量元件3201的长度在0.6mm

0.8mm的范围内时,振动传感器300在第一方向上的谐振频率随质量元件3201长度的增大而降低。参照图13中的曲线1320,质量元件3201的长度在0.6mm

1.2mm的范围内时,振动传感器300在第二方向上的谐振频率,随质量元件931长度的增大而降低。质量元件3201的长度在1.2mm

2.4mm的范围内时,振动传感器300 在第一方向上的谐振频率随质量元件3201长度的增大而增大。质量元件 3201的长度在1.4mm

2.4mm的范围内时,振动传感器300在第二方向上的谐振频率随质量元件3201长度的增大而增大。在一些实施例中,振动传感器300在第二方向上的谐振频率与第一方向上的谐振频率的比值,可以随质量元件3201的长度而改变,也就是说,通过调整质量元件3201的尺寸(例如,长度、宽度),可以改变振动传感器300在第二方向上的谐振频率与第一方向上的谐振频率的比值(也被称为相对横向灵敏度)。在一些实施例中,振动传感器在第二方向上的谐振频率与第一方向上的谐振频率的比值可以为1

2.5。优选地,振动传感器在第二方向上的谐振频率与第一方向上的谐振频率的比值可以为1.5

2.5。进一步优选地,振动传感器在第二方向上的谐振频率与第一方向上的谐振频率的比值可以大于2。例如,图13中,当质量元件3201的长度约为0.2mm时,振动传感器300在第二方向上的谐振频率约为2200hz,振动传感器300在第一方向上的谐振频率约为1000hz,振动传感器300在第二方向上的谐振频率与第一方向上的谐振频率的比值约为2.2。进一步地,当质量元件3201的长度约为0.8 mm时,振动传感器300在第二方向上的谐振频率约为2000hz,振动传感器300在第一方向上的谐振频率约为800hz,振动传感器300在第二方向上的谐振频率与第一方向上的谐振频率的比值约为2。
88.通过改变质量元件的尺寸(长度或宽度)时,振动传感器在第二方向上的谐振频率与第一方向上的谐振频率的比值发生变化,这里,质量元件的质量与弹性元件的刚度也会同时发生变化,从而对振动传感器在第二方向上的谐振频率与第一方向上的谐振频率产生影响。在一些实施例中,为了在目标频率范围内,保证振动传感器在第一方向上的灵敏度不发生较大变化的前提下,降低振动传感器在第二方向上的灵敏度,质量元件的尺寸 (例如,长度或宽度)与弹性元件的尺寸的比值可以为0.2~0.9。优选地,质量元件的尺寸与弹性元件的尺寸的比值可以为0.3~0.7。进一步优选地,质量元件的尺寸与弹性元件的尺寸的比值可以为0.5

0.7。仅作为具体示例,例如,质量元件的尺寸(例如,长度或宽度)可以是弹性元件的尺寸的1/2。又例如,质量元件的尺寸(例如,长度或宽度)可以是弹性元件的尺寸的 3/4。
89.图14是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图14所示,振动传感器1400可以包括壳体结构1410、声学换能器、振动单元1430。图14中所示的振动传感器1400可以与图9中所示的振动传感器900相同或相似。例如,振动传感器1400的壳体结构1410可以与振动传感器900的壳体结构910相同或相似。又例如,振动传感器1400的第一声学腔体1440可以与振动传感器900的第一声学腔体940相同或相似。再例如,振动传感器1400的基板结构1420可以与振动传感器900的基板结构920相同或相似。关于振动传感器1400的更多结构(例如,第二声学腔体1450、通孔1421、质量元件1431等)可以参考图9及其相关描述。
90.在一些实施例中,图14中所示的振动传感器与图9所示的振动传感器900的主要区别之处在于,振动传感器1400的第一弹性元件14321和第二弹性元件14322可以为柱状结构,第一弹性元件14321和第二弹性元件 14322可以分别沿着质量元件1431的厚度方向延伸并与壳体结构1410或声学换能器上表面的基板结构1420连接。在一些实施例中,第一弹性元件 14321和第二弹性元件14322可以在第一方向上相对于质量元件1431呈近似对称分布。在一些实施例中,第一弹性元件14321可以位于质量元件1431 背离基板结构1420的一侧,第一弹性元件14321的下表面可以和质量元件 1431的上表面连接,第一弹性元件9321的上表面可以和壳体结构1410的内壁连接。在一些实施例中,第二弹性元件14322可以位于质量元件1431 朝向基板结构1420的一侧,第二弹性元件14322的上表面可以和质量元件 1431的下表面连接,第二弹性元件14322的下表面可以和声学换能器上表面的基板结构1420连接。需要说明的是,第一弹性元件14321和第二弹性元件14322的柱状结构可以为圆柱形、方柱形等规则和/或不规则结构,第一弹性元件14321和第二弹性元件14322的形状可以根据壳体结构1410的截面形状进行适应性调整。
91.在一些实施例中,第一弹性元件14321和第二弹性元件14322为柱状结构时,质量元件1431的厚度可以为10um~1000um。在一些实施例中,质量元件1431的厚度可以为4um~500um。在一些实施例中,质量元件 1431的厚度可以为600um~1400um。在一些实施例中,第一弹性元件14321 和第二弹性元件14322的厚度可以为10um~1000um。在一些实施例中,第一弹性元件14321和第二弹性元件14322的厚度可以为4um~500um。在一些实施例中,第一弹性元件14321和第二弹性元件14322的厚度可以为600um~1400um。在一些实施例中,弹性元件1430中的每个弹性元件 (例如,第一弹性元件14321和第二弹性元件14322)的厚度与质量元件 1431的厚度差值可以为0um~500um。在一些实施例中,弹性元件1430中的每个弹性元件的厚度与质量元件1431的厚度差值可以为20um~400um。在一些实施例中,弹性元件1430中的每个弹性元件的厚度与质量元件1431 的厚度差值可以为50um~200um。在一些实施例中,弹性元件1430中的每个弹性元件的厚度与质量元件1431的厚度比值可以为0.01~100。在一些实施例中,弹性元件1430中的每个弹性元件的厚度与质量元件1431的厚度比值可以为0.5~80。在一些实施例中,弹性元件1430中的每个弹性元件的厚度与质量元件1431的厚度比值可以为1~40。在一些实施例中,第一弹性元件14321的外侧、第二弹性元件14322的外侧、质量元件1431的外侧和与声学腔体对应的壳体结构1410或声学换能器之间可以具有间隙 1460。如图14所示,在一些实施例中,间隙1460可以位于质量元件1431 的周侧,当质量元件1431响应于壳体结构1410的振动而振动时,间隙1460 可以防止质量元件1431振动时与壳体结构1410发生碰撞。在一些实施例中,间隙1460中可以包括填充物,关于
填充物的更多描述可以参考图9及其相关描述,在此不做赘述。
92.图15是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图15所示,振动传感器1500可以包括壳体结构1510、声学换能器、振动单元1530。图15中所示的振动传感器1500可以与图9中所示的振动传感器900相同或相似。例如,振动传感器1500的壳体结构1510可以与振动传感器900的壳体结构910相同或相似。又例如,振动传感器1500的第一声学腔体1540可以与振动传感器900的第一声学腔体940相同或相似。再例如,振动传感器1500的基板结构1520可以与振动传感器900的基板结构920相同或相似。关于振动传感器1500的更多结构(例如,第二声学腔体1550、通孔1521、质量元件1531等)可以参考图9及其相关描述。
93.在一些实施例中,与振动传感器900不同的是,振动传感器1500的第一弹性元件15321可以包括第一子弹性元件153211和第二子弹性元件 153212。第一子弹性元件153211和声学腔体对应的壳体结构1510通过第二子弹性元件153212连接,第一子弹性元件153211与质量元件1531的上表面连接。如图15所示,质量元件1531的上表面与第一子弹性元件153211 的下表面连接,第一子弹性元件153211的上表面与第二子弹性元件153212 的下表面连接,第二子弹性元件153212的上表面与壳体结构1510的内壁连接。在一些实施例中,第一子弹性元件153211的周侧与第二子弹性元件 153212的周侧可以重合或近似重合。在一些实施例中,振动传感器1500的第二弹性元件15322可以包括第三子弹性元件153221和第四子弹性元件 153222。第三子弹性元件153221和声学腔体对应的声学换能器通过第四子弹性元件153222连接,第三子弹性元件153221与质量元件1531的下表面连接。如图15所示,质量元件1531的下表面与第三子弹性元件153221的上表面连接,第三子弹性元件153221的下表面与第四子弹性元件153222 的上表面连接,第四子弹性元件153222的下表面通过声学换能器上表面的基板结构1520与声学换能器连接。在一些实施例中,第三子弹性元件 153221的周侧与第四子弹性元件153222的周侧可以重合或近似重合。
94.在一些实施例中,第一子弹性元件153211的周侧与第二子弹性元件 153212的周侧(或者第三子弹性元件153221的周侧与第四子弹性元件 153222的周侧)也可以不重合。例如,当第一子弹性元件153211为膜状结构、第二子弹性元件153212为柱状结构时,第一子弹性元件153211的周侧可以与壳体结构1510的内壁连接,第二子弹性元件153212的周侧与壳体结构1510的内壁之间可以具有间隙。
95.在一些实施例中,第一子弹性元件153211与第三子弹性元件153221 可以在第一方向上相对于质量元件1531呈近似对称分布。第一子弹性元件 153211与第三子弹性元件153221的尺寸、形状、材质、或厚度可以相同。在一些实施例中,第二子弹性元件153212和第四子弹性元件153222可以在第一方向上相对于质量元件1531呈近似对称分布。第二子弹性元件 153212和第四子弹性元件153222的尺寸、形状、材质、或厚度可以相同。在一些实施例中,第一子弹性元件153211与第二子弹性元件153212(或者第三子弹性元件153221和第四子弹性元件153222)的尺寸、形状、材质、或厚度可以相同。例如,第一子弹性元件153211与第二子弹性元件153212 的材质均为聚四氟乙烯材料。在一些实施例中,第一子弹性元件153211与第二子弹性元件153212(或者第三子弹性元件153221和第四子弹性元件 153222)的尺寸、形状、材质、或厚度可以不同。例如,第一子弹性元件 153211为膜状结构,第二子弹性元件153212为柱状结构。
96.在一些实施例中,振动传感器1500还可以包括固定片1570。固定片 1570可以沿质量元件1531的周侧分布,固定片1570位于第一子弹性元件 153211与第三子弹性元件153221之间,且固定片1570的上表面和下表面可以分别与第一子弹性元件153211和第三子弹性元件153221连接。在一些实施例中,固定片1570可以是独立的结构。例如,固定片1570可以是厚度与质量元件1531近似相同的柱状结构,固定片1570的上表面可以与第一子弹性元件153211的下表面连接,固定片1570的下表面可以与第三子弹性元件153221的上表面连接。在一些实施例中,固定片1570也可以是与其他结构一体成型的结构。例如,固定片1570可以是与第一子弹性元件153211和/或第三子弹性元件153221一体成型的柱状结构。在一些实施例中,固定片1570也可以为贯穿第一子弹性元件153211和/或第三子弹性元件153221的柱状结构。例如,固定片1570可以贯穿第一子弹性元件 153211与第二子弹性元件153212连接。在一些实施例中,固定片1570的结构除了柱状结构,也可以是其他类型结构,例如,环状结构等。在一些实施例中,固定片1570为环状结构时,固定片1570均匀的分布在质量元件 1531的周侧,固定片1570的上表面与第一子弹性元件153211的下表面连接,固定片1570的下表面与第三子弹性元件153221的上表面连接。
97.在一些实施例中,固定片1570的厚度与质量元件1531的厚度可以相同。在一些实施例中,固定片1570的厚度与质量元件1531的厚度可以不同。例如,固定片1570的厚度可以大于质量元件1531的厚度。在一些实施例中,固定片1570的材料可以为弹性材料,例如,泡沫、塑料、橡胶、硅胶等。在一些实施例中,固定片1570的材料也可以为刚性材料,例如,金属、金属合金等。优选地,固定片1570的材料可以与质量元件1531的材料相同。在一些实施例中,固定片1570可以实现间隙1560的固定作用,固定片1570还可以作为附加质量元件,从而调节振动传感器的谐振频率,进而调节(例如,降低)振动传感器在第二方向上的灵敏度与振动传感器在第一方向上的灵敏度的差值。
98.在一些实施例中,固定片1570、质量元件1531、第一子弹性元件 153211、第二子弹性元件153212之间可以具有间隙1560。在一些实施例中,弹性元件1532的周侧、固定片1570的周侧、壳体结构1510的内壁、声学换能器之间也可以具有间隙1560。在一些实施例中,当质量元件1531 响应于壳体结构1510的振动而振动时,间隙1560可以防止质量元件1531 振动时与壳体结构1510发生碰撞。在一些实施例中,间隙1560可以包括填充物,关于填充物的更多描述可以参考图9及其相关描述,在此不做赘述。
99.图16是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图16所示,振动传感器1600可以包括壳体结构1610、声学换能器和振动单元1630。图16中所示的振动传感器1600可以与图9中所示的振动传感器900相同或相似。例如,振动传感器1600的壳体结构1610可以与振动传感器900的壳体结构910相同或相似。又例如,振动传感器1600 的第一声学腔体1640可以与振动传感器900的第一声学腔体940相同或相似。再例如,振动传感器1600的基板结构1620可以与振动传感器900的基板结构920相同或相似。关于振动传感器1600的更多结构(例如,第二声学腔体1650、通孔1621、声学换能器等)可以参考图9及其相关描述。
100.在一些实施例中,振动传感器1600与振动传感器900的不同之处在于振动单元的结构不同。振动传感器1600的振动单元1630可以包括至少一个弹性元件1632和两个质量元件(例如,第一质量元件16311和第二质量元件16312)。在一些实施例中,质量元件1631可以
包括第一质量元件 16311和第二质量元件16312。第一质量元件16311和第二质量元件16312 在第一方向上相对于至少一个弹性元件1632呈对称设置。在一些实施例中,第一质量元件16311可以位于至少一个弹性元件1632背离基板结构1620 的一侧,第一质量元件16311的下表面与至少一个弹性元件1632的上表面连接。第二质量元件16312可以位于至少一个弹性元件1632朝向基板结构 1620的一侧,第二质量元件16312的上表面与至少一个弹性元件1632的下表面连接。在一些实施例中,第一质量元件16311和第二质量元件16312 的尺寸、形状、材质、或厚度可以相同。在一些实施例中,第一质量元件 16311和第二质量元件16312在第一方向上相对于至少一个弹性元件1632 呈对称设置,可以使得质量元件1631的重心与至少一个弹性元件1632的形心近似重合,进而使得振动单元1630在响应与壳体结构1610的振动而产生振动时,可以降低质量元件1631在第二方向上的振动,从而降低振动单元1630对第二方向上壳体结构1610振动的响应灵敏度,进而提高振动传感器1600的方向选择性。
101.在一些实施例中,第一质量元件16311和第二质量元件16312在第一方向上分布在至少一个弹性元件1632相反的两侧,这里的第一质量元件 16311和第二质量元件16312可以近似视为一个整体的质量元件,该整体的质量元件的重心与至少一个弹性元件1632的形心近似重合,可以使得目标频率范围(例如,3000hz以下)内,振动单元1630对第一方向上壳体结构1610振动的响应灵敏度高于振动单元1630对第二方向上壳体结构 1610振动的响应灵敏度。在一些实施例中,振动单元1630对第二方向上壳体结构1610振动的响应灵敏度与振动单元1630对第一方向上壳体结构 1610振动的响应灵敏度的差值可以为

20db~

60db。在一些实施例中,振动单元1630对第二方向上壳体结构1610振动的响应灵敏度与振动单元 1630对第一方向上壳体结构1610振动的响应灵敏度的差值可以为

25db~
‑ꢀ
50db。在一些实施例中,振动单元1630对第二方向上壳体结构1610振动的响应灵敏度与振动单元1630对第一方向上壳体结构1610振动的响应灵敏度的差值可以为

30db~

40db。
102.在一些实施例中,在振动传感器1600工作过程中,可以通过降低振动单元1630在第二方向上产生的振动,从而降低振动单元1630对第二方向上壳体结构1610振动的响应灵敏度,进而提高振动传感器1600的方向选择性,降低噪声信号对声音信号的干扰。
103.在一些实施例中,至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631 的重心可以重合或者近似重合。在一些实施例中,振动单元1630响应于壳体结构1610的振动而产生振动时,至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631的重心重合或者近似重合,可以在振动单元1630对第一方向上壳体结构1610振动的响应灵敏度基本不变的前提下,降低质量元件1631 在第二方向上的振动,从而降低振动单元1630对第二方向上壳体结构1610 振动的响应灵敏度,进而提高振动传感器1600的方向选择性。在一些实施例中,可以通过调整弹性元件1632的厚度、弹性系数、质量元件1631的质量、尺寸等改变(例如,提高)振动单元1630对第一方向上壳体结构1610 振动的响应灵敏度。
104.在一些实施例中,至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631 的重心在第一方向上的距离可以不大于质量元件1631厚度的1/3。在一些实施例中,至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631的重心在第一方向上的距离可以不大于质量元件1631厚度的1/2。在一些实施例中,至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631的重心在第一方向上的距离可以不大于质量元件1631厚度的1/4。在一些实施例中,至少一个弹性元件1632的形
心与质量元件1631的重心在第二方向上的距离不大于质量元件1631边长或半径的1/3。在一些实施例中,至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631的重心在第二方向上的距离不大于质量元件1631边长或半径的1/2。在一些实施例中,至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631的重心在第二方向上的距离不大于质量元件1631边长或半径的1/4。例如,质量元件1631为正方体时,至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631的重心在第二方向上的距离不大于质量元件1631边长的1/3。又例如,质量元件1631为圆柱体时,至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631的重心在第二方向上的距离不大于质量元件1631上表面(或者下表面)圆形半径的1/3。
105.在一些实施例中,当至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631 的重心重合或者近似重合时,可以使得振动单元1630在第二方向上振动的谐振频率向高频偏移,而不改变振动单元1630在第一方向上振动的谐振频率。在一些实施例中,当至少一个弹性元件1632的形心与质量元件1631 的重心重合或者近似重合时,振动单元1630在第一方向上振动的谐振频率可以保持基本不变,例如,振动单元1630在第一方向上振动的谐振频率可以为人耳感知相对较强的频率范围(例如,20hz

2000hz、2000hz

3000 hz等)内的频率。振动单元1630在第二方向上振动的谐振频率可以向高频偏移而位于人耳感知相对较弱的频率范围(例如,5000hz

9000hz、1 khz

14khz等)内的频率。基于振动单元1630在第二方向上振动的谐振频率向高频偏移,振动单元1630在第一方向上振动的谐振频率保持基本不变,可以使得振动单元1630在第二方向上振动的谐振频率与振动单元1630在第一方向上振动的谐振频率的比值大于或等于2。在一些实施例中,振动单元1630在第二方向上振动的谐振频率与振动单元1630在第一方向上振动的谐振频率的比值也可以大于或等于其他数值。例如,振动单元1630在第二方向上振动的谐振频率与振动单元1630在第一方向上振动的谐振频率的比值也可以大于或等于1.5。
106.图17是根据本说明书的一些实施例所示的振动传感器的结构示意图。如图17所示,振动传感器1700可以包括壳体结构1710、声学换能器、振动单元1730。图17中所示的振动传感器1700可以与图16中所示的振动传感器1600相同或相似。例如,振动传感器1700的壳体结构1710可以与振动传感器1600的壳体结构1610相同或相似。又例如,振动传感器1700 的第一声学腔体1740可以与振动传感器1600的第一声学腔体1640相同或相似。再例如,振动传感器1700的声学换能器可以与振动传感器1600的声学换能器相同或相似。关于振动传感器1700的更多结构(例如,第二声学腔体1750、通孔1721、质量元件1731等)可以参考图16及其相关描述。
107.与振动传感器1600不同的是,振动传感器1700还可以包括第二弹性元件17322和第三弹性元件17323。在一些实施例中,第一弹性元件17321 可以分别通过第二弹性元件17322和第三弹性元件17323与壳体结构1710 和/或声学换能器连接。如图17所示,第一弹性元件17321为膜状结构,第二弹性元件17322和第三弹性元件17323为柱状结构。第一弹性元件17321 的上表面与第二弹性元件17322的下表面连接,第二弹性元件17322的上表面与壳体结构1710的内壁连接。第一弹性元件17321的下表面与第三弹性元件17323的上表面连接,第三弹性元件17323的下表面通过声学换能器上表面的基板结构1720与声学换能器连接。在一些实施例中,第一弹性元件17321、第二弹性元件17322和第三弹性元件17323的周侧可以重合或近似重合。在一些实施例中,第一弹性元件17321、第二弹性元件17322 和第
三弹性元件17323的周侧可以不重合。例如,第一弹性元件17321为膜状结构,第二弹性元件17322和第三弹性元件17323为柱状结构时,第一弹性元件17321的周侧可以与壳体结构1710的内壁连接,第二弹性元件 17322和第三弹性元件17323的周侧与壳体结构1710的内壁之间存在空隙。
108.在一些实施例中,第一弹性元件17321与第二弹性元件17322和第三弹性元件17323的结构也可以相同。例如,第一弹性元件17321与第二弹性元件17322和第三弹性元件17323均为膜状结构。在一些实施例中,第一弹性元件17321与第二弹性元件17322和第三弹性元件17323的材质可以相同。在一些实施例中,第一弹性元件17321与第二弹性元件17322 和第三弹性元件17323的材质可以不同。
109.在一些实施例中,第一弹性元件17321的外侧、第二弹性元件17322 的外侧、第三弹性元件17323的外侧和与声学腔体对应的壳体结构1710或声学换能器之间可以具有间隙1760。在一些实施例中,当质量元件1731响应于壳体结构1710的振动而振动时,间隙1760可以防止质量元件1731与壳体结构1710发生碰撞。在一些实施例中,间隙1760中可以包括填充物,关于填充物的具体描述可以参考图9及其相关内容,在此不做赘述。
110.需要说明的是,本说明书实施例所示的振动传感器的振动单元(例如,图8所示的振动单元830、图9所示的振动单元930、图14所示的振动单元1430等)的设置方向为横向设置,在一些实施例中,振动单元的设置方向也可以为其他方向设置(例如,纵向设置或斜向设置),相应地,第一方向和第二方向随质量元件(例如,图8所示的质量元件831、图9所示的质量元件931、图14所示的质量元件1431等)的变化而改变。例如,振动传感器800的振动单元830(的质量元件831)纵向处置时,这里可以近似视为图8所示的振动单元830整体沿顺时针(或逆时针)方向旋转90
°
,相应地,第一方向和第二方向也随振动单元830的旋转而发生变化。振动单元纵向设置时的振动传感器的工作原理与振动单元横向设置时的振动传感器的工作原理相似,在此不做赘述。
111.本说明书实施例可能带来的有益效果包括但不限于:(1)通过在振动传感器中设置相对于质量元件在第一方向上呈近似对称分布的至少一个弹性元件,或者设置相对于弹性元件在第一方向上呈近似对称分布的至少一个质量元件,使得质量元件的重心与至少一个弹性元件的形心之间的距离限定在特定范围(例如,至少一个弹性元件的形心与质量元件的重心在第一方向上的距离不大于质量元件厚度的1/3)内,从而可以降低振动传感器在第二方向上的灵敏度,进而提高振动传感器的方向选择性,增强振动传感器的抗噪声干扰能力;(2)通过在振动传感器中设置相对于质量元件在第一方向上呈近似对称分布的至少一个弹性元件,使得质量元件受到至少一个弹性元件的作用力可以近似对称,从而提高振动传感器的稳定性和可靠性,进而提高振动传感器的抗冲击能力。需要说明的是,不同实施例可能产生的有益效果不同,在不同的实施例里,可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合,也可以是其他任何可能获得的有益效果。
112.以上仅为本技术的较佳实施例而已,并不用以限制本技术,凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本技术的保护范围之内。
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