AM:实现听觉电子皮肤的高保真皮肤附着式声学传感器

2022-03-04
关注

点击蓝字 关注我们

研究背景

随着物联网(IoT )和人机交互的发展,声音识别通过提供各种服务渗透到日常生活中,如导航、调整硬件/软件设置和网上购物。对于更多的用户友好型应用, 如医疗保健和智能家居厂/城市,声音识别技术需要一个面向户的可穿戴式声学传感器,它既可以是个性化的,又可以舒适地附着在人体上。可穿戴式声学传感器缓解了靠近设备或大声说话的不适感,尤其是在嘈杂的环境中。这些传感器还能通过声音监测为增强现实/虚拟现实、医疗保健、音频监控和噪声污染提供周围环境信息,从而实现用户友好型智能系统。可穿戴式声学传感器应具有与人类听觉能力相当的感应性能。传感器必须有足够的带宽( 20-10,000 Hz)和声压范围( 30-120 dBSPL )。此外,声学传感器应该能够补偿人类听觉能力的固有缺陷,以及由于衰老或健康状况下降而导致的听觉退化。

各种利用压电、电容或压阻机制的可穿戴和柔性声学传感器己被开发。然而,这些可穿戴式传感器只用灵敏度作为性能参数进行了评估。高灵敏度是一个好的声学传感器的必要条件,但不是一个充分条件。只有当传感器具有足够的带宽和动态范围以及高灵敏度时,才可能实现精确的声音感应。然而,所报道的传感器不能在人类可听声音的频率上具有一致的灵敏度,因为共振位于该频段内。他们的多共振可以在共振附近促成高灵敏度,但它们会造成严重的灵敏度波动,大大限制了带宽。此外,由于传感结构和柔性材料的高阻尼特性,大多数报告的传感器难以检测到高频声音(>1,000 Hz)。此外,据报道,动态范围只有55 dB,这表明以前的传感器在检测微小的声音时,输出信号的噪声可能和灵敏度一样高,在检测大的声音时也有非线性。用这些传感器测量声音时,信号不可遍避免地会失真。到目前为止,所报道的可穿戴式声学传感器己经显示出它们的潜力,但还没有一个传感器显示出准确的声音感应,供实践使用。


成果简介

可穿戴式听觉传感器对于智能人机交互和物联网的用户友好型声音识别系统至关重要。然而,以前报道的可穿戴式传感器由于频率响应差和声压范围窄而导致声音感应质量有限。在这里,韩国浦项科技大学Wonkyu Moon和 Kilwon Cho教授团队提出了一种皮肤附着式声学传感器,它在比人更宽的听觉领域具有更高的感应精度,具有平坦的频率响应(15-10,000 Hz)和良好的线性范围(29-134 dBSPL),以及对柔性表面和人体皮肤的高保真性。相关工作以“High-fidelity skin-attachable acoustic sensor for realizing auditory electronic skin”为题发表在Advanced Materials期刊上。


研究亮点

1、提出了一种皮肤附着式声学传感器,它在比人更宽的听觉领域具有更高的感应精度,具有平坦的频率响应(15-10,000 Hz)和良好的线性范围(29-134 dBSPL),以及对柔性表面和人体皮肤的高保真性。
2、该声学传感器证明了实现听觉电子皮肤的可能性,因为它具有出色的传感性能,以及对人体皮肤和柔性基底的高可穿戴性和一致性。


图文导读


Figure 1. Configuration of the skin attachable acoustic sensor.


Figure 2. Mechanical properties of the skin attachable acoustic sensor.


Figure 3. Acoustic response of the high-fidelity skin attachable acoustic sensor.


Figure 4. Comparison of sensing response and operation stability.


Figure 5. Demonstration of high fidelity of the acoustic sensor.


Figure 6. Applications for flexible electronics and an auditory electronic skin.


总结展望

作者开发了一种超小的皮肤可附着的声学传感器,由超薄的聚合物薄膜和使用声学-机械-电学耦合等效电路模型设计的精密膜片结构组成。通过使用高分子材料,首次实现了复杂的电容式膜片结构的听觉传感器,该结构主要由无机材料如硅基材料和金属制成。该装置在可穿戴式听觉传感器中首次展示了具有高信噪比( 65 dB(A) )、宽带宽( 15-10,000 Hz )和宽动态范围( 29-134 dBSPL )的商业级高保真声音检测。所提出的声学传感器可以支持人类先天和后天对低频声音( 小于200 Hz)、大声音(超过85 dBSPL )和频率响应的不完善的听力能力。由于低杨氏模量和工艺优化,使热不匹配和聚合过程中产生的残余应力最小化,聚合物膜片显示出高灵敏度。此外,聚合物的高可加工性使得高侧视比电容结构( 400:1 )成为可能,与先前的可穿戴式听觉传感器相比,它在更宽的带宽和线性的基础上具有出色的声音感应精度。超小( 4-9 mm2)和薄( 420 μm)的声学传感器在附着在弯曲的表面(曲率半径<5 mm)和人体皮肤上时保持了其性能。与读出电路配对的声学传感器显示了高度的实用性,以及与手机中最新的语音识别技术的兼容性。因此,该声学传感器证明了实现听觉电子皮肤的可能性,因为它具有出色的传感性能,以及对人体皮肤和柔性基底的高可穿戴性和一致性。此外,该装置显示了作为下一代超小型可穿戴麦克风的强大潜力,以及可以集成到柔性电子器件上的声音识别装置。


文献链接

High-fidelity skin-attachable acoustic sensor for realizing auditory electronic skin.
DOI: DOI10.1002/adma.202109545.



您觉得本篇内容如何
评分

相关产品

Columbia Research Labs 567M7 测量传声器

567M7、高强度声学传感器(麦克风),567M7型高强度声学传感器(麦克风)是为工业应用中的气载声音测量而设计的。该传感器设计用于与316型不锈钢膜片兼容的腐蚀性环境。567M7型包含一个2针MIL-C-5015连接器接口。当与全焊接结构相结合时,传感器提供真正的密封性。,在电气方面,该装置包括压电陶瓷材料的传感元件,采用平衡和浮动配置,以增强对与许多工业环境相关的电气噪声的抑制。当与真正的差分输入放大器一起使用时,可以获得最佳性能。有关此传感器的定制版本,请咨询工厂。,注意:,连接器已配对或保护,装置已密封。

ABB Measurement & Analytics 艾波比 KMICRO 料位开关

KSONIK微型超声波液位发射器和开关设计用于测量液体(32英尺\/ 10米)和散装固体(10英尺\/ 3米)液位。范围可由键盘和显示器配置。KMICRO安装在容器或油箱的顶部。微处理器发射电子脉冲,传感器将其转换成声学脉冲。脉冲传播到被测量的电平,并反射回传感器。然后换能器将能量转换回电子信号,并停止微处理器中的计数器,这样就可以知道声音在空气中的速度,从而准确地确定距离。

Visual Sound C-1 音频麦克风

它提供了您在一流专业电容话筒中所期望的所有性能:超平坦的频率响应和超低噪音无变压器FET输入电路以及令人难以置信的音频透明度。凭借其高品质的传感器和镀金卡侬输出——C-1的声音非常中性,能够在无噪音传输的承诺。它还提供了幻影电源LED指示灯和旋转支架安装。无论是为声学或电子乐器拾音,还是将其用于人声或鼓声,BEHRINGER C-1都是现场和录音室应用的最佳选择。

PCE Instruments PCE-EM 886 气象仪器

PCE-EM 886是一种便携式手持多功能数字设备,用于测量声音、光、湿度、温度、AC/DC电流、电阻、电容和频率。这种多用途、一体式测量仪器在众多工业和环境中有着广泛的应用。它还可用于检查工作室、礼堂和音响系统的声学性能。作为测光表,该设备使用内置硅二极管测量照度,并根据光线的角度入射进行完全余弦校正。对于温度测量,设备使用带有K型热电偶的外部半导体传感器(包括在交付内容中)。湿度测量是通过设计用于评估室内环境条件的内置传感器进行的。

TelephoneStuff.com HD380PRO 耳机

HD380 PRO可折叠专业监听耳机提供扩展的频率响应和更高的声压级(高达110分贝),以便在要求苛刻的应用中精确地再现声音。HD380耳机功能:-关闭,环绕式设计,可出色地被动衰减环境噪音(高达32分贝)-非常轻巧舒适,可扩展听力-可更换的单面螺旋电缆,带3.5毫米插孔连接器和螺旋式1/4英寸适配器-根据人体工学声学优化(EAR)和Duofol减少梳状滤波器效果和失真振膜-提高声压级(110dB),以满足苛刻的使用要求-可折叠耳机设计-易于更换部件,使用寿命长-包括薄型便携包-也称为502717-传感器原理:动态,闭合-频率响应

TMP Pro Distribution AD-S82H 扬声器

扬声器采用了QSC革命性的IntelliDock™智能安装系统和先进的方向性可旋转波导管。这些伟大的声音,耐候性外壳可以油漆,以配合任何特定的装饰。这个外壳包含一个8防风雨,低频传感器与重型双卷布包围。这种高输出版本采用1出口压缩高频驱动器。高频驱动器与QSC独特的高级方向性旋转波导相结合,使扬声器无论安装方向如何,都能准确地发出聚焦的声音。扬声器外壳一步锁定在扩展底座上,同时进行电气连接并将扬声器固定到位。这种特殊的设计增加了安全性的好处,减少了被盗的可能性。当开放之夜到来时,将外壳卡入扩展坞并提供程序材料。配置:紧凑的双向端口外壳低频传感器:8高功率处理纸锥,2音圈,钕磁铁高频传感器:1高输出压缩驱动器频率响应(±3 dB):80 Hz-21 kHz可用频率范围(-10 dB):60 Hz-22 kHz标称阻抗:8欧姆功率容量:240 W(IEC,8小时)连接器:一对隐藏的5路接线柱,与IntelliDock结合使用安装/连接系统安装硬件:可选声学设计IntelliDock或轭架安装重量:净重16.9磅(7.7

Koss Corporation CC 01 In-Ear Headphones 线缆组件

旋转表盘和耳垫扩大,提供完美的适合耳朵耳机与巨大的声音。这是一个全新的最先进的人体工程学和声学设计。Koss入耳式耳机的设计可以产生完美的密封效果。这种密封使得可变匹配换能器可以直接与耳膜耦合。\CC_01入耳式耳机中的传感器采用定制端口设计,以增强频率响应并提供深低音。它与整个音乐谱的平衡性进行了交叉匹配。

Inspector Tools BA288013 漏液探测器

,Tru Pointe® 2100对商业和工业系统中的泄漏和摩擦声非常敏感,并提供最精确的读数,这是同类产品中的第一款,Tru Pointe® 2100使用两个软件控制的传感器来检测空气中的泄漏声音,以及检测和定位泄漏和轴承磨损产生的固体传播声音为便于使用和解释,Tru Pointe® 2100有两个数字LED显示器-一个20段条形图显示器,峰值保持和一个字母数字显示器,用于仪器设置和精确测量。使用可拆卸式触控探头传感器,仪器检测两个超声波频段的内部泄漏:16 kHz-24 kHz(低)和34 kHz-42 kHz(高)。此外,它还可以像听诊器一样工作,使用行业专用的声学波段,0-10kHz。,当与超声波发生器、SoundBlaster®(包括在内)结合时,Tru Pointe® 2100可以检测油箱、外壳、建筑门窗、汽车车窗和挡风玻璃的泄漏,步入式冷却器、洁净室船舶舱口和舱室

NTi Audio AG M4260 测量传声器

XL2分析仪的自动传感器检测(ASD)自动读取这些数据,即麦克风型号和校准数据。这有助于加快安装速度并确保精确测量。麦克风主体包含前置放大器。它们结合了高动态范围和宽频率范围和低噪声。这些测量话筒通过ASD电缆连接到XL2音频和声学分析仪,e、 g.用于远程测量或减少声音反射。 M2230-WP为XL2声级计提供了一个防风雨麦克风解决方案,允许在室外应用中采集环境噪声数据。特点:

Teledyne RESON 特励达瑞森 SeaBat 7101 水下声换能器

一个工作在240kHz的测深声纳,配备有一个杆(St)或扩展范围(ER)投影仪,7101可测量宽150 u00b0线束上平均间隔的多达511个离散声音。这种等距测深密度结合实时滚转稳定、高精度和坚固的底部探测,在所有声学环境中提供最大的性能和效率。SeaBat 7101传感器的深度额定为100m、120m,1500米或3000米,适用于安装在无人机和水面舰艇上,在这种情况下,高航速下,通过满足国际测量标准7,可提供非常高的效率。

评论

您需要登录才可以回复|注册

提交评论

广告

i学术i科研

这家伙很懒,什么描述也没留下

关注

点击进入下一篇

Allegro为电流传感器产品推出新型定制封装

提取码
复制提取码
点击跳转至百度网盘