一种语音识别方法及所基于的语音识别传感器的制备方法

技术领域

本发明属于语音识别领域，特别涉及一种利用语音气流的湿度变化信号进行语音识别的传感器与传感器制备方法及语音识别方法。

背景技术

驻极体、压电陶瓷等传统机电语音传感器始终面临着环境噪声干扰的挑战，为了克服噪声的干扰，一些新的语音传感器正在发展，2014年，Daeshik Kang等人在文献Ultrasensitive mechanical crack-based sensor inspired by the spider sensorysystem中提出了一种纳米裂纹传感器，这种传感器贴在颈部位置并通过直接采集颈部皮肤的运动信息来进行语音识别，由于不需要空气的传导，因而避免了来自空气的环境噪声，有较好的抗噪性能，但是这种传感器由于需要紧贴皮肤，舒适性与移动性较差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出基于语音气流湿度变化信号的语音识别传感器及识别方法，以提高语音识别的抗噪性能。

本发明采用的方案之一为：一种语音识别方法，所基于的语音识别传感器结构包括：硅基片、硅基片上方的二氧化硅层、二氧化硅层上表面的第一电极和第二电极、第一电极和第二电极之间的二氧化硅层上表面的聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜、聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜上的被聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜包裹的多个二氧化硅微球、以及聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜上表面上的氧化石墨烯量子点薄膜；

所述识别方法具体为：

A1、将所述的语音识别传感器与定值电阻串联；

A2、将语音识别传感器置于口腔附近，感知不同单词语音气流的湿度变化信号；

A3、采集所述的定值电阻两端的电压信号作为所述的不同单词语音气流的湿度变化信号；

A4、利用不同单词语音气流的湿度变化信号的差异，对不同单词进行语音识别。

所述第一电极与第二电极上表面还包括：聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜、聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜上的被聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜包裹的多个二氧化硅微球、以及聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜上表面上的氧化石墨烯量子点薄膜。

所述第一电极与第二电极呈梳齿状且交错排列，即相邻的第一电极之间设有第二电极，相邻的第二电极之间设有第一电极。

所述相邻第一电极与第二电极之间的间距小于或等于20微米，以获得较高的响应灵敏度。

所述氧化石墨烯量子点粒径小于或等于20纳米，以获得较快的响应速度。

所述二氧化硅微球粒径为10～10000纳米，以获得较好的支撑效果。

步骤A2中语音识别传感器置于距离口腔水平位置前端50cm范围内。

所述的定值电阻在1MΩ到1000MΩ之间，以获得适当幅度的输出电压。

本发明采用的技术方案之二为：一种语音识别传感器的制备方法，包括：

S1、在浓度为0.1～10.0毫克/毫升的二氧化硅微球溶液加入浓度为0.1～10.0毫克/毫升的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液，超声处理2～5小时，得到均匀的混合溶液，并使得二氧化硅微球表面附着一层聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜；

S2、在硅基片表面沉积一层二氧化硅层，然后采用真空镀膜法结合光刻工艺在二氧化硅层表面形成第一电极与第二电极，得到电极基片；

S3、将步骤S2得到的电极基片浸入步骤S1所述的混合溶液中浸泡10～20分钟，使第一电极和第二电极之间的二氧化硅层表面附着一层聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜及多个表面附着了聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜的二氧化硅微球；

S4、将步骤S3得到的电极基片在去离子水中刷洗1～5分钟，去除未牢固附着在第一电极和第二电极之间的二氧化硅层表面的聚二烯丙基二甲基氯化铵和二氧化硅微球；

S5、将经步骤S4处理后的电极基片放置于不高于50℃的烘箱中静置1～2小时，进行干燥处理；

S6、将经步骤S5处理后的电极基片浸入浓度为0.2～12.0毫克/毫升的氧化石墨烯量子点分散液中浸泡5～15分钟，通过静电力在二氧化硅层与二氧化硅微球表面的聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜的表面吸附一层氧化石墨烯量子点薄膜；

S7、将步骤S6得到的电极基片在去离子水中涮洗1～30分钟，去除掉未牢固吸附到支撑层表面的氧化石墨烯量子点；

S8、将步骤S7得到的电极基片放置于不高于50℃的烘箱中静置1～2小时，进行干燥处理。

本发明的有益效果：本发明提出的语音识别传感器将氧化石墨烯量子点敏感薄膜，通过静电力吸附在二氧化硅微球表面的聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜上，增强了的氧化石墨烯量子点敏感薄膜的附着力，改善了敏感薄膜的抗高湿性能，同时与平面敏感结构相比，微球球面吸附不仅显著增大了敏感薄膜的表面积，而且由于表面张力的原因，还会产生一个指向球心的附加吸附力，极大提高了传感器的响应速度，使其能感知语音气流中的快速湿度变化信号，利用不同单词语音气流的湿度变化信号的差异，可对不同单词进行语音识别；且由于湿度变化信号对环境噪声不敏感，因此，本发明的语音识别传感器具有良好的抗噪性能。

附图说明

图1是本发明一种语音识别传感器结构示意图；

其中，图1(a)为语音识别传感器剖视图，图1(b)为语音识别传感器的俯视图，图1(c)为语音识别传感器整体结构示意图；

图2是本发明语音识别方法的示意图；

图3是本发明实施例提供的语音气流所引起的湿度变化的信号特征图。

附图标记：1为硅基片，2为二氧化硅层，3为第一电极，4为第二电极，5为聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜，6为二氧化硅微球，7为氧化石墨烯量子点薄膜，8为语音识别传感器，9为定值电阻，10为导线。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

如图1(a)所示为语音识别传感器剖视图，本发明的语音识别传感器包括：硅基片1、硅基片1上表面的二氧化硅层2、二氧化硅层2上表面的第一电极3和第二电极4、第一电极3和第二电极4之间二氧化硅层2表面的聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜5、聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜5上的被聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜5包裹的多个二氧化硅微球6、以及聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜5表面的氧化石墨烯量子点薄膜7；

图1(b)为语音识别传感器的俯视图。

如图1(c)所示为语音识别传感器整体结构示意图，所述电极基片中电极图形为梳齿状且交错排列，即相邻的第一电极3之间设有第二电极4，相邻的第二电极4之间设有第一电极3；所述相邻第一电极3与第二电极4之间的间距小于或等于20微米。

所述的氧化石墨烯量子点粒径小于等于20纳米。

所述二氧化硅微球粒径为10～10000纳米。

如图2所示为本发明语音识别方法的示意图，本发明的语音识别方法包括以下步骤：(1)将语音识别传感器8与定值电阻9串联；(2)将语音识别传感器8置于口腔附近，感知不同单词语音气流的湿度变化信号；(3)根据串联分压原理，采集所述的定值电阻8两端的电压信号U0作为所述不同单词语音气流的湿度变化信号；(4)利用不同单词语音气流的湿度变化信号的差异，对不同单词进行语音识别。

如图3所示，单词“left”、“five”、“fly”、“zoo”的语音气流所引起的湿度变化的信号特征是互不相同的，因此本发明可以通过识别语音气流的湿度变化的信号特征来进行语音识别。图3中纵坐标Voltage表示电压，横坐标Time表示时间。

所述的语音识别传感器8与口腔的距离不超过50cm。

所述的定值电阻9在1MΩ到1000MΩ之间，优选的定值电阻9在20MΩ到50MΩ之间。

所述语音识别传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、在浓度为0.1～10.0毫克/毫升的二氧化硅微球溶液加入浓度为0.1～10.0毫克/毫升的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液，超声处理2～5小时，得到均匀的混合溶液，并使得二氧化硅微球表面附着包裹一层聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜；

S2、在硅基片表面沉积一层二氧化硅层，然后采用真空镀膜法结合光刻工艺在二氧化硅层表面形成第一电极与第二电极，得到电极基片；

S3、将步骤S2得到的电极基片浸入步骤S1所述的混合溶液中浸泡10～20分钟，使第一电极和第二电极之间的二氧化硅层表面附着一层聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜及多个表面附着包裹了聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜的二氧化硅微球；

S4、将步骤S3得到的电极基片在去离子水中刷洗1～5分钟，去除未牢固附着在第一电极和第二电极之间的二氧化硅层表面的聚二烯丙基二甲基氯化铵和二氧化硅微球；

S5、将步骤S4得到的电极基片放置于不高于50℃的烘箱中静置1～2小时，进行干燥处理；

S6、将步骤S5处理后的电极基片浸入浓度为0.2～12.0毫克/毫升的氧化石墨烯量子点分散液中浸泡5～15分钟，通过静电力在二氧化硅层与二氧化硅微球表面的聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜的表面吸附一层氧化石墨烯量子点薄膜；

S7、将步骤S6得到的电极基片在去离子水中涮洗1～30分钟，去除掉未牢固吸附到支撑层表面的氧化石墨烯量子点；

S8、将步骤S7得到的电极基片放置于不高于50℃的烘箱中静置1～2小时，进行干燥处理。

在传感器制备过程中，第一电极3与第二电极4上表面也会沉积有聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜5、聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜5上的被聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜5包裹的多个二氧化硅微球6、以及聚二烯丙基二甲基氯化铵薄膜5表面的氧化石墨烯量子点薄膜7；但是电极表面的这部分结构对传感器的灵敏度影响较小，虽然在本实施例的图1中未对电极表面的这部分结构进行显示，但是根据本实施例的记载，电极表面所包括的这部分结构对本领域技术人员来说也是清楚的。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。