[发明专利]一种自校准的微机械扬声器

说明书

本发明公开了一种自校准的微机械扬声器，属于压电微机械技术领域，解决了现有技术中的微机械扬声器存在固有频率漂移而无法进行重新校准的问题，本发明包括基底，所述基底上安装有压电振膜，所述振膜上安装有驱动顶电极，振膜的半径大于所述驱动顶电极的半径，驱动顶电极安装于振膜的中心，振膜上围绕驱动顶电极外围设置有多个自校准感应电极。本发明的自校准的微机械扬声器可对扬声器相位进行完整检测，实现原位自校准。

技术领域

本发明属于压电微机械技术领域，具体涉及一种自校准的微机械扬声器。

背景技术

压电微机械扬声器是利用压电材料的逆压电效应，通过压电材料将电信号转换为机械结构的机械振动，从而向外界发出声波的一种微电子机械系统。

传统的压电微机械扬声器结构如图1所示，振膜1是压电微机械扬声器的可动机械结构，基底是器件的固定部分，电极半径为r，振膜半径为R，还包括驱动电极5。传统的压电微机械扬声器侧视图如图2所示，顶电极101是完全覆盖振膜1的，即r＝R，这是由于此时可以使扬声器的输出声压最大化，如图3所示。

然而，作为一种电-力-声多物理场耦合的微机械器件，压电微机械扬声器存在固有的频率漂移问题。频率漂移问题可能是短期原因造成的，比如温度、湿度的变化；也可能是长期原因造成的，比如压电材料的老化，机械结构的疲劳等原因。尤其是长期积累的谐振频率漂移，造成了器件频率稳定性的下降，因此需要对器件进行校准。

传统的器件校准方法，主要是在器件安装前，利用专业校准设备进行一次校准，这种方法的优点是校准精度高，缺点是器件安装后不能再单独取下，无法实现器件的原位自校准，因此对器件的长期频率漂移问题无能为力。

发明内容

本发明的目的在于：

为解决现有技术中的微机械扬声器存在固有频率漂移而无法进行重新校准的问题，提供一种自校准的微机械扬声器。

本发明采用的技术方案如下：

一种自校准的微机械扬声器，包括基底，所述基底上安装有振膜，所述振膜上安装有驱动顶电极，振膜的半径大于所述驱动顶电极的半径，驱动顶电极安装于振膜的中心，振膜上围绕驱动顶电极外围设置有多个自校准感应电极。

进一步地，所述驱动顶电极的半径大小与振膜的半径大小之比为0.8～0.9。

由电极半径r与振膜半径R的比值r/R与扬声器输出声压的关系可以看出：r/R值与输出声压呈递增关系，但在前中期增长较快，在r/R大于等于0.8后，输出声压增长明显减缓。故可以利用振膜边缘0.1～0.2倍的面积，设计扬声器自校准结构，实现扬声器工作状态的在线监测，使扬声器输出声压降低不大的情况下，解决压电微机械扬声器的长期频率漂移问题。

进一步地，所述自校准感应电极围绕驱动顶电极设置有六个，自校准感应电极均呈弧形，六个自校准感应电极的弧度分别为5°、15°、30°、60°、90°和120°，六个自校准感应电极由小至大围绕驱动顶电极依次设置，相邻两个自校准感应电极之间的间距弧度均为2.5°，自校准感应电极还连接有外接检测电路。

六个自校准感应电极的作用，是在扬声器工作前，通过检测电路来检测扬声器当前的谐振频率。当扬声器的谐振频率漂移超过阈值时，检测电路将结果反馈，调节激励信号的频率，使扬声器重新工作在谐振频率，实现对扬声器的原位自校准。

进一步地，所述驱动顶电极还连接有电信号走线，所述电信号走线安装于5°与120°的两自校准感应电极之间。电信号走线用于连接到基底的焊盘上，实现电信号对驱动顶电极的激励。

进一步地，所述自校准感应电极围绕驱动顶电极设置有三个，所述自校准感应电极均呈弧形，三个自校准感应电极面积大小相等且弧度均为55°，相邻自校准感应电极之间的间距弧度均为65°。基于相同原理，此为简化后的自校准的压电微机械扬声器。