听觉也是机器人的重要感觉之一,是机器人识别周围环境的重要感知能力。听觉是指耳膜受外界振动冲击而感知信息,模仿人听觉的传感器称为听觉器。
听觉传感器是一种能把声音信号的大小变化转换成电信号大小变化的器件,当外部有声音的时候,传感器会把接收到的声音转化为电信号,并传输给机器人的主控系统,主控系统进行识别和判断,然后下令给机器人的操作系统。
常用的听觉传感器是传声器。传声器是一种将声信号转换为电信号的换能器件,俗称话筒、麦克风。
传声器的种类很多,按换能原理可分为动圈式、电容式、电磁式、压电式、半导体式传声器;按接收声波的方向性可分为无指向性和有方向性两种,其中有方向性传声器包括心形指向性、强指向性、双指向性等;按用途可分为立体声、近讲、无线等传声器。
1.动圈式传声器
动圈式传声器是一种最常用的传声器,主要由振动膜片、音圈、永久磁铁和升压变压器等组成,其结构示意图如图5-39所示。在膜片的后面粘贴着一个由漆包线绕成的线圈,也叫音圈。在膜片的后面还安装了一个环形的永久磁铁,并将线圈套在永久磁体的一个极上,线圈的两端用引线引出。
图5-39 动圈式传声器结构示意图
动圈式传声器的工作原理是当膜片随着声音信号前后颤动时,将带动音圈在磁场中振动,音圈振荡式地切割磁场,根据电磁感应原理,在线圈两端就会产生感应音频电动势,从而完成了声电转换,即将声音信号转化为电信号。
动圈式传声器结构简单、稳定可靠、使用方便、固有噪声小,但其缺点是灵敏度较低、频率范围窄。(www.xing528.com)
2.电容式传声器
电容式传声器是靠电容量的变化工作的。电容式传声器采用超薄的镀金振动膜作为电容的一个极(薄膜电极),和其相隔零点几毫米,有另外一个固定电极,这样形成一个电容器,薄膜电极跟随声波振动而造成电容的容量变化,利用极间电容的变化,直接将振动膜的声音转换为电信号,其结构原理如图5-40所示。
与动圈式传声器相比,电容式传声器具有较高的灵敏度和更好的音质,且体积较小。
3.声呐
声呐,主要应用于水下机器人,也可用于轮船、潜艇等。图5-41所示为一款装备了声呐的水下机器人。该机器人可用于海洋地形地貌的探测,或海底工程设施的观测及检查。
图5-40 电容式传声器结构原理
图5-41 装备了声呐的水下机器人
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