[发明专利]一种自驱动声波换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种声波换能器，特别涉及一种基于摩擦发电的自驱动声波换能器。

背景技术

声波换能器是一种声-电转换装置，主要功能是对声音信号进行收集并将其转换为电信号以供分析或传输使用，其中一个最为典型的应用是麦克风。从麦克风的更新换代，就可以了解声波换能器领域的发展情况。目前，已经见诸报道的麦克风有三种不同的工作机理：分别是动圈式麦克风、电容式麦克风和驻极体电容麦克风。其中，动圈式麦克风的基本构造包括线圈、振动膜和永久磁铁三部分，当声波进入麦克风，振动膜受到声波的压力而振动，从而使线圈在磁场中移动，进而产生感应电流。这种麦克风的灵敏度很低，高低频率响应很差，而且含有线圈和磁铁，不轻便。电容式麦克风的工作机理是靠电容两片隔板之间的距离变化来产生电量的变化。但是，这种类型的麦克风需要外加的电源才能工作。驻极体电容麦克风使用了可保有永久电荷的驻极体物质，因而不需要对电容器供电。但是，一般的驻极体麦克风元件内部建有电子电路以放大讯号，因此，仍需以低电压供电。

可见，现有的三种声波换能器器在使用的过程中都各有不足：以动圈式机理工作的换能器灵敏度低、高低频率响应差、体积大，电容式和驻极体换能器在没有外部电源的条件下，是不可以工作的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种结构简单、轻巧、便携、无需外部电源的新型声波换能器。

本发明提供一种声波换能器，其特征在于包括弹性部件、绝缘基板和声电转换装置，其中所述声电转换装置从上至下依次包括第一电极层、第一薄膜层、与第一薄膜层间隔放置的第二薄膜层和第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层通过导线与外电路相连，所述弹性部件和所述绝缘基板用于固定声电转换装置；所述弹性部件在声波的作用下，能够发生振动，从而带动与其相连的所述第一电极层和所述第一薄膜层发生周期性的往复移动，使得所述第一薄膜层与所述第二薄膜层发生周期性的接触和分离，产生电信号输出；

优选地，所述弹性部件为弹性薄膜或弹性丝；

优选地，所述弹性薄膜和弹性丝由超弹性材料构成；

优选地，所述弹性部件由橡胶或聚氨酯材料构成；

优选地，所述橡胶选自天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶或乙丙橡胶，所述聚氨酯材料为聚氨酯纤维和/或聚氨酯弹性体；

优选地，所述弹性薄膜的厚度为10μm-800μm；

优选地，所述弹性薄膜的厚度为40μm-500μm；

优选地，所述弹性薄膜的厚度为80μm-200μm；

优选地，所述弹性丝由聚酯纤维制成。

优选地，所述第一薄膜层和/或第二薄膜层由具有不同摩擦电特性的高分子聚合物构成；

优选地，所述第一薄膜层或第二薄膜层由金属材料构成；

优选地，所述高分子聚合物选自聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯丁二烯、天然橡胶、聚丙烯腈和聚双苯酚碳酸酯；

优选地，所述金属材料选自、金、铜、银、钯和铂；

优选地，所述第一薄膜层面向第二薄膜层的表面和/或第二薄膜层面向第一薄膜层的表面具有纳米结构；

优选地，所述纳米结构包括纳米线、纳米颗粒、纳米棒、纳米管或纳米花；

优选地，所述纳米结构包括由纳米线、纳米管或纳米棒组成的纳米阵列；

优选地，所述第一薄膜层和/或第二薄膜层的厚度为100nm-1mm；

优选地，所述第一薄膜层和/或第二薄膜层的厚度为1μm-800μm；

优选地，所述第一薄膜层和/或第二薄膜层的厚度为10μm-600μm；

优选地，所述第一电极层和/或所述第二电极层由导电薄膜构成；

优选地，所述导电薄膜选自金属薄膜或铟锡氧化物薄膜；

优选地，所述第一电极层和/或所述第二电极层的厚度为10nm-1μm；

优选地，所述第一电极层和/或所述第二电极层的厚度为20nm-800nm；

优选地，所述第一电极层和/或所述第二电极层的厚度为50nm-500nm；

优选地，所述声波换能器还包括外壳，并且所述第一电极层和所述第一薄膜层通过所述弹性部件固定在所述外壳内。