專利名稱：光聲氣敏元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光聲氣敏元件，該光聲氣敏元件具有一個測量元件和一個參考元件，一個輻射器和一個用于測量測量元件和參考元件之間壓差的麥克風(fēng)裝置。
背景技術(shù)：
如DE-A-40 18 393中所述的這類光聲氣敏元件到現(xiàn)在為止都幾乎不曾得到應(yīng)用，原因是幾乎沒有可用的適合的麥克風(fēng)，并且通用的麥克風(fēng)僅非常有限地適用于典型的低信號頻率。為此，通常在電差動電路中使用兩個麥克風(fēng)，以抑制干擾聲源(關(guān)于該問題請參考EP-A-0 855592)。但是，這導(dǎo)致了這樣一個問題，即必須找到具有適當(dāng)?shù)偷南孪藿刂诡l率的麥克風(fēng)，因?yàn)橐纛l應(yīng)用中適用的麥克風(fēng)具有20到30Hz的典型下限3分貝頻率，也就是說位于氣敏元件的信號頻率范圍內(nèi)，這會導(dǎo)致截止頻率分散，和截止頻率被環(huán)境影響改變。此外，差動設(shè)計(jì)困難，因?yàn)辂溈孙L(fēng)必須在百分之一范圍內(nèi)的測量精度上相匹配。與上述3分貝頻率的漂移一起，這使得幾乎無法有效地抑制干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種開頭所述類型的光聲氣敏元件，其差動麥克風(fēng)成本低并且適用于光聲氣敏元件典型的低信號頻率。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過差動麥克風(fēng)實(shí)現(xiàn)的，該差動麥克風(fēng)由移動電話中所用類型的所謂噪聲消除麥克風(fēng)構(gòu)成。
由于這些麥克風(fēng)的頻率響應(yīng)在室外完全不可用，它們看起來對于從20到30Hz的典型信號頻率是不可用的。但是，實(shí)際試驗(yàn)產(chǎn)生了意外的結(jié)果，即麥克風(fēng)對于在光聲氣敏元件中的預(yù)期使用具有非常好的特性，頻率響應(yīng)一直到3分貝點(diǎn)都是平坦的。截止頻率通常約為1到4Hz，即遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于10Hz，所以對有用頻率的信號只有非常小的影響。此外，差動麥克風(fēng)特別便宜，并且具有非常多的不同的小型化形式。
根據(jù)本發(fā)明氣敏元件的第一優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，差動麥克風(fēng)具有同心圓環(huán)形的電極。差動麥克風(fēng)的下限截止頻率小于10Hz，優(yōu)選的是在1和4Hz之間。
第二優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，差動麥克風(fēng)具有一個盒形外殼，外殼底部構(gòu)成麥克風(fēng)正面，其背面具有一個用于固定背板的卷邊。
第三優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，差動麥克風(fēng)安裝在印刷電路板上，該印刷電路板具有用于定位所述卷邊的第一環(huán)形凹槽。
同心圓環(huán)形的麥克風(fēng)電極具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即往印刷電路板上安裝時，零件不必對準(zhǔn)，從而允許通過機(jī)器人進(jìn)行簡單的安裝。另外，通過第一環(huán)形凹槽又另外簡化了簡單的裝配過程，因?yàn)檫@會使麥克風(fēng)與其外殼一起被自動引導(dǎo)到正確的位置。
在從屬權(quán)利要求5至9中要求了根據(jù)本發(fā)明的光聲氣敏元件的其它優(yōu)選實(shí)施例和有利的改進(jìn)方案。


下面參考示例性實(shí)施例和附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的光聲氣敏元件的分解圖，圖2示出了圖1中所示氣敏元件的細(xì)節(jié)，圖3示出了解釋氣敏元件制造的第一示意性草圖，圖4示出了解釋氣敏元件制造的第一示意性草圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中所示的聲光氣敏元件包括一個測量元件1，一個參考元件2，一個布置在兩個元件1和2之間的雙向差動麥克風(fēng)3，一個與測量元件1相應(yīng)的微型白熾燈4和一個帶有反射器的反射器外殼5，其中反射器用于將微型白熾燈4發(fā)出的光聚焦到一個窗口上，該窗口布置在測量元件1面向微型白熾燈4的側(cè)壁上，一個紅外帶通濾光器6插入在該窗口內(nèi)。從它們的設(shè)計(jì)和尺寸上看，測量元件1和參考元件2是絕對相同的。測量元件1和參考元件2在一個外側(cè)壁上都備有一個窗口，可透過氣體的膜7或7’分別插入在窗口內(nèi)。差動麥克風(fēng)3安裝在印刷電路板8上，在差動麥克風(fēng)3兩個側(cè)面中的每一個上都(可選擇地)備有一個密封件9。類似地，微型白熾燈4安裝在一個印刷電路板上，該印刷電路板以附圖標(biāo)記10表示。
微型白熾燈4發(fā)出的光具有很寬的光譜，可以到達(dá)紅外頻帶；在大多數(shù)情況下，利用紅外頻帶的譜線進(jìn)行氣體檢測。紅外帶通濾光器6的通帶具有待檢測氣體的特征并且是窄光譜帶形式的，該窄光譜帶對于CO2檢測約為4.25微米，對于NH3檢測約為10微米，對于CH4檢測約為3.4微米。待檢測氣體穿過兩個可透過氣體的膜7和7’分別進(jìn)入測量元件1和參考元件2內(nèi)。測量元件1內(nèi)的氣體被來自罐形白熾燈4的調(diào)制光照射。氣體吸收光輻射并被加熱。這會導(dǎo)致熱膨脹，并且對應(yīng)光輻射的調(diào)制會產(chǎn)生周期性的壓力波動，從而引起聲壓力波，聲壓力波的強(qiáng)度與氣體濃度直接成比例。
從外面沖擊膜7，7’的干擾聲音被膜衰減，并且在各種情況下，這些干擾波在測量元件1和參考元件2中是以相同的強(qiáng)度出現(xiàn)的。因此，該干擾聲音在麥克風(fēng)3的膜上就被直接補(bǔ)償了，不會產(chǎn)生必須通過電子方法減去的大的信號。由于在麥克風(fēng)膜兩側(cè)發(fā)生相同的壓力波動，所以干擾聲音產(chǎn)生的信號在膜上被直接物理減去，因此麥克風(fēng)膜在最開始沒有任何變形。因此，麥克風(fēng)膜直接提供了氣體在測量元件1內(nèi)產(chǎn)生的聲壓，從而提供了尋求的濃度。
麥克風(fēng)3是如移動電話中使用的所謂噪聲消除麥克風(fēng)。如果該麥克風(fēng)用作差動麥克風(fēng)并安裝在兩個聲學(xué)上幾乎封閉的元件，特別是測量元件1和參考元件2之間，那么它具有非常好的特性，符合本發(fā)明的目的。
圖2示出了穿過麥克風(fēng)3的剖面。如圖所示，該麥克風(fēng)包括一個外殼G，該外殼一端開口并且是盒形的，其底部構(gòu)成麥克風(fēng)的正面。在該底部上備有孔11以使聲音能夠穿過到達(dá)麥克風(fēng)膜13，其中麥克風(fēng)膜夾在外殼G和金屬背面電極12之間，并且由噴鍍了金屬的塑料組成。外殼G的側(cè)壁在麥克風(fēng)背面卷邊并固定了一個背壁14，背壁備有小的均衡孔，即所謂的背孔15，并且在其面向金屬背面電極12的內(nèi)面上安裝了一個場效應(yīng)晶體管(FET)16，在其外面上帶有兩個圓形電極17和19。
背孔15對于低頻來說足夠大，并且使得麥克風(fēng)3的頻率響應(yīng)一直到下限截止頻率都平坦。該下限截止頻率由膜13的電容和使用的阻抗變換器的輸入阻抗控制，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10Hz，優(yōu)選的是在1到4Hz之間，因此在約20到30Hz的有用頻率，下限截止頻率對信號只有非常小的影響。
麥克風(fēng)3安裝在印刷電路板8上，該印刷電路板具有用于定位麥克風(fēng)3上的卷邊的凹槽19，分別供兩個圓形電極17和18用的環(huán)形接觸板20和21，以及一個環(huán)形凹槽22，該凹槽帶有許多從環(huán)形凹槽底部穿過印刷電路板8的孔23。孔23和環(huán)形凹槽22允許從背面向背孔15供給空氣和聲音，而不必將背孔與印刷電路板8中的任何孔對準(zhǔn)。
在安裝過程中麥克風(fēng)3和印刷電路板8不必對準(zhǔn)，從而使得易于利用機(jī)器人將它們裝配起來。通過環(huán)形凹槽19也簡化了裝配過程，該凹槽自動將麥克風(fēng)3上的卷邊引導(dǎo)到正確的位置以進(jìn)行安裝。環(huán)形電極17和18通過導(dǎo)電的環(huán)氧化物與印刷電路板17粘接并電連接。測量元件1，參考元件2和反射器外殼5的外部輪廓是相同的，因此這些零件可以作為擠壓輪廓低成本制造，將必須的機(jī)械加工減到最少。
傳感器的單個部件，即帶有其外殼5的反射器，測量元件1和參考元件2的兩個元件體，帶通濾光器6，麥克風(fēng)3和微型白熾燈4是在氣敏元件的制造過程中制造/提供的。帶通濾光器6粘接在測量元件1上，然后麥克風(fēng)3安裝在印刷電路板8上。測量元件1和參考元件2最好由鋁組成。
如圖4中所示，然后將這些部件連在一起以構(gòu)成測量組件M，這是通過如圖3中所示的批量加工實(shí)現(xiàn)的。在各種情況下，參考元件2和配備的印刷電路板8，測量元件1，包含反射器24并插有微型白熾燈4的反射器外殼5，配備的微型白熾燈印刷電路板10連接起來以構(gòu)成一摞，這是通過將它們或者粘接或者夾在一起實(shí)現(xiàn)的。在前者情況下，密封件9(圖1)是不需要的，因?yàn)檎辰訉⒃w1和2的內(nèi)部密封。夾在一起是借助夾形的彈性元件，例如夾子實(shí)現(xiàn)的，該彈性元件在傳感器縱向(圖3中的箭頭方向)上起作用。
然后膜7，7’插入到完整的測量組件M的測量元件1和參考元件2內(nèi)，最后通過粘接或焊接將測量組件M安裝到組件印刷電路板P上。預(yù)裝配的測量組件M是完整的并且可以使用，并可在其安裝到組件印刷電路板P上之前作為單元預(yù)先檢驗(yàn)。測量組件M可以象部件一樣作為子組件安裝到任何希望的其它印刷電路板上，而對于麥克風(fēng)3，反射器24和微型白熾燈4卻不會有任何的公差或?qū)?zhǔn)問題。
很明顯，所述傳感器的制造比以前公知的制造方法大大簡化并且成本更低，在以前的制造方法中，麥克風(fēng)和微型白熾燈安裝在基礎(chǔ)印刷電路板上，然后測量元件分別包圍這些部件安裝。
權(quán)利要求
1.一種光聲氣敏元件，具有一個測量元件和一個參考元件(分別為1和2)，一個輻射器和一個用于測量測量元件和參考元件(分別為1和2)之間壓差的差動麥克風(fēng)(3)，其特征在于，差動麥克風(fēng)(3)是由移動電話中所用類型的所謂噪聲消除麥克風(fēng)構(gòu)成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的光聲氣敏元件，其特征在于，差動麥克風(fēng)(3)的下限截止頻率小于10Hz，優(yōu)選的是在1和4Hz之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的光聲氣敏元件，其特征在于，差動麥克風(fēng)(3)具有同心圓環(huán)(17，18)形狀的電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的光導(dǎo)氣敏元件，其特征在于，差動麥克風(fēng)(3)具有一個盒形外殼(G)，其底部構(gòu)成麥克風(fēng)正面，其后面具有一個用于固定背板(14)的卷邊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的光聲氣敏元件，其特征在于，差動麥克風(fēng)(3)安裝在一個印刷電路板(8)上，該印刷電路板具有一個定位所述卷邊的第一環(huán)形凹槽(19)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的光聲氣敏元件，其特征在于，在背板(14)中設(shè)有均衡孔(15)，其特征還在于，印刷電路板(8)具有第二環(huán)形凹槽(22)，這些凹槽帶有穿過印刷電路板(8)的孔(23)，第二環(huán)形凹槽(22)和所述孔(23)允許聲音從外面進(jìn)入到達(dá)均衡孔(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中之一所述的光聲氣敏元件，其特征在于，輻射器由一個微型白熾燈(4)和一個反射器(24)構(gòu)成，其中微型白熾燈安裝在一個印刷電路板(10)上，反射器位于一個反射器外殼(5)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的光聲氣敏元件，其特征在于，測量元件(1)，參考元件(2)和反射器外殼(5)具有相同的外輪廓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中之一所述的光聲氣敏元件，其特征在于，在差動麥克風(fēng)(3)兩個側(cè)面中的每一個上都設(shè)有一個小密封板(9)。
全文摘要
一種光聲氣敏元件包括一個測量元件和一個參考元件(分別為1和2)，一個輻射器和一個用于測量測量元件和參考元件(分別為1和2)之間的壓差的差動麥克風(fēng)(3)。差動麥克風(fēng)(3)由移動電話中所用類型的所謂噪聲消除麥克風(fēng)構(gòu)成，并具有同心圓環(huán)形電極，以及一個盒形外殼，外殼的底部構(gòu)成麥克風(fēng)正面，外殼背面具有用于安裝背板的卷邊。差動麥克風(fēng)(3)安裝在印刷電路板(8)上，該印刷電路板具有用于定位所述卷邊的第一環(huán)形凹槽。
文檔編號H04R9/02GK1667396SQ200510054500
公開日2005年9月14日 申請日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月8日
發(fā)明者R·普萊施, P·施泰納 申請人:西門子建筑技術(shù)公司