一种声矢量传感器

技术领域

本发明涉及声矢量传感装置领域，具体涉及一种声矢量传感器。

背景技术

对声场的完整描述包含标量声压和矢量质点振速信息两部分。同时检测标量声压和矢量振速信息，有助于提高声检测系统的线谱检测能力、抗相干干扰能力以及抗各向同性噪声的能力，在声源识别与方向定位技术中具有重要意义。声矢量传感器是声检测技术领域重点发展的重要工具之一。

热温差式声矢量传感器在空气声和水声矢量测量领域被认为是很有前景的一类声矢量传感器。现有常用的热温差式声矢量传感器的设计原型来自于热温差型微流量计，结构上由两根平行排列、不相互接触的铂电阻丝组成，铂电阻丝在的电流作用下加热到稳定温度，并在周围空间形成对称的温度不均匀场，声质点的振速将引起两根铂电阻丝表面的温度变化。利用铂丝的电阻对温度敏感的特性，可检测出两根铂电阻丝的温度变化，进而解算出声质点的振速信息。

但是由于温度传感器(热阻丝)长期工作于高温状态，会产生热噪声，因此噪声水平较高；而且由电加热的铂电阻产生的空间温度场分布主要由热扩散决定，温度梯度场存在不可控及非均匀等问题，进而导致输出响应的灵敏度不高、输出信号存在非线性等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种声矢量传感器，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高声矢量传感器的检测精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种声矢量传感器，包括检测块、温度梯度发生器、温度传感器和信息处理器，所述检测块内开设有发生器腔体，所述发生器腔体用于容置所述温度梯度发生器，所述温度梯度发生器用于生成温度梯度场，所述检测块的两端均开设有传声腔，各所述传声腔与所述发生器腔体连通，所述传声腔用于将外部声信号传递至所述温度梯度场内，各所述传声腔远离所述温度梯度发生器的一端均设置有用于封闭各所述传声腔的透声膜，所述温度梯度发生器包括两个半导体制冷片，两个所述半导体制冷片冷端相对且平行设置，所述半导体制冷片中部开设有温度检测孔，所述温度检测孔用于容置所述温度传感器，所述半导体制冷片和所述温度传感器均与所述信息处理器信号连接。

优选的，所述半导体制冷片为圆形，所述温度检测孔同轴开设在所述半导体制冷片中。

优选的，所述半导体制冷片侧壁上开设有两个温度传感器过孔，各温度传感器过孔的轴线均穿过所述半导体制冷片的中心，两个所述温度传感器过孔的轴线重合，所述温度传感器的一个电极与所述信息处理器信号连接，所述温度传感器的另一个电极穿过一个温度传感器过孔进入所述温度监测孔再穿过另一个所述温度传感器过孔与所述信息处理器信号连接。

优选的，所述温度传感器在所述温度检测孔内呈蛇形排布。

优选的，一个所述半导体制冷片由两个弧形制冷片拼接制成，一个所述弧形制冷片的冷段与另一个所述弧形制冷片的冷段设置在同一侧。

优选的，两个所述弧形制冷片端部之间具有能够使所述温度传感器的所述温度传感器通过的过孔。

优选的，所述半导体制冷片的两个侧面均抵接设置有热传导片，所述热传导片用于传递温度。

优选的，所述热传导片与所述半导体制冷片直径相同，所述热传导片与所述温度检测孔正对的区域为透声区，所述透声区内开设有透声孔。

优选的，所述传声腔的截面积由所述检测块外至所述检测块内逐渐减小。

优选的，所述传声腔面积较小的一端的面积不小于所述透声区的面积。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的声矢量传感器，检测块内开设有发生器腔体，发生器腔体用于容置温度梯度发生器，温度梯度发生器用于生成温度梯度场，检测块的两端均开设有传声腔，各传声腔与发生器腔体连通，传声腔用于将外部声信号传递至温度梯度场内，各传声腔远离温度梯度发生器的一端均设置有用于封闭各传声腔的透声膜，温度梯度发生器包括两个半导体制冷片，两个半导体制冷片冷端相对且平行设置，半导体制冷片中部开设有温度检测孔，温度检测孔用于容置温度传感器，半导体制冷片和温度传感器均与信息处理器信号连接。两个半导体制冷片冷端相对且平行设置，使温度梯度场的两侧温度高，中间温度低，而将温度传感器放置在温度检测孔内，避免温度传感器在高温环境中工作，减少热噪声的产生，从而提高检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中提供的声矢量传感器的结构示意图；

图2为温度梯度场关系图；

图3为温度传感器结构示意图；

图4为热传导片结构示意图。

图中：1-检测块；2-半导体制冷片；3-透声孔；4-传声腔；5-温度传感器；6-透声膜；7-热传导片；8-垫圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种声矢量传感器，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高声矢量传感器的检测精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供一种声矢量传感器，如图1-4所示，包括检测块1、温度梯度发生器、温度传感器5和信息处理器，检测块1内开设有发生器腔体，发生器腔体用于容置温度梯度发生器，温度梯度发生器用于生成温度梯度场，检测块1的两端均开设有传声腔4，各传声腔4与发生器腔体连通，传声腔4用于将外部声信号传递至温度梯度场内，各传声腔4远离温度梯度发生器的一端均设置有用于封闭各传声腔4的透声膜6，温度梯度发生器包括两个半导体制冷片2，两个半导体制冷片2冷端相对且平行设置，半导体制冷片2中部开设有温度检测孔，温度检测孔用于容置温度传感器5，半导体制冷片2和温度传感器5均与信息处理器信号连接。使用时，将两个半导体制冷片2通电，使两个半导体制冷片2的冷端相对，从而形成两侧温度高，中间温度低的温度梯度场，将温度传感器5放置在半导体制冷片2中的温度检测孔内，温度检测孔在冷端和热端之间，温度接近常温，使温度传感器5工作在较低的温度环境当中，因此，能够降低温度传感器5的热噪声，降低热噪声的影响，从而能够提高声矢量传感器的检测精度。

本实施例中，优选半导体制冷片2为圆形，温度检测孔同轴开设在半导体制冷片2中。

本实施例中，优选半导体制冷片2侧壁上开设有两个温度传感器5过孔，各温度传感器5过孔的轴线均穿过半导体制冷片2的中心，两个温度传感器5过孔的轴线重合，温度传感器5的一个电极与信息处理器信号连接，温度传感器5的另一个电极穿过一个温度传感器5过孔进入温度监测孔再穿过另一个温度传感器5过孔与信息处理器信号连接。

本实施例中，温度传感器5在温度检测孔内呈蛇形排布。蛇形排布能够增加温度传感器5检测的面积，实现温度的快速检测。

本实施例中，一个半导体制冷片2优选由两个弧形制冷片拼接制成，一个弧形制冷片的冷段与另一个弧形制冷片的冷段设置在同一侧。上述结构能够避免在半导体制冷片2上开孔。

本实施例中，两个弧形制冷片端部之间具有能够使温度传感器5的温度传感器5通过的过孔。两个弧形制冷片之间的间隙为温度传感器5通过的过孔。

本实施例中，半导体制冷片2的两个侧面均抵接设置有热传导片7，热传导片7用于传递温度。使用热传导片7传递热量，能够使形成的温度梯度场更加均匀。

本实施例中，优选热传导片7与半导体制冷片2直径相同，热传导片7与温度检测孔正对的区域为透声区，透声区内开设有透声孔3。透声孔3传递声信号进入温度梯度场，防止声信号被阻挡，提高检测精度。

本实施例中，传声腔4的截面积由检测块1外至检测块1内逐渐减小。传声腔4形成喇叭形，能够将声信号放，从而提高检测的灵敏度。

本实施例中，优选传声腔4面积较小的一端的面积不小于透声区的面积，能够减少声信号的损耗，提高检测精度。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。