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北航《Nano Res》:带波纹石墨烯振膜的超高灵敏度光纤麦克风,用于语音识别
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-06-06  点击数:212

  1成果简介


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  为了避免意外背景噪声的干扰并获得高保真语音信号,语音识别迫切需要高灵敏度、平坦频率响应和高信噪比(SNR)的声学传感器。氧化石墨烯(GO)因其厚度可控、断裂强度高等优点而受到广泛关注。然而,由于不理想的初始应力导致的低机械灵敏度(SM)限制了 GO 材料在语音识别领域的性能。为了缓解上述问题,本文,北京航空航天大学 李成副教授、清华大学 吕瑞涛教授等在《Nano Res》期刊发表名为“Ultra-high sensitivity fiber optic microphone with corrugated graphene-oxide diaphragm for voice recognition”的论文,研究提出了具有环形波纹的GO膜片。通过皮秒激光加工的可重复使用铜模,实现了波纹 GO 膜片的制造和转移,从而实现了法布里-珀罗(F-P)声学传感器。
  得益于波纹状GO膜片的结构优势F-P声学传感器具有高SM(43.70
nm/Pa@17 kHz)、平坦的频率响应(300-3500 Hz 内 -3.2 至 3.7 dB)和高 SNR(76.66 dB@1 kHz)。此外,进一步的声学测量还证明了其他优点,包括出色的频率检测分辨率(0.01 Hz)和高时间稳定性(90 分钟内输出相对变化小于 6.7%)。鉴于上述优点,带有波纹 GO 膜片的 F-P 声学传感器可作为声学检测和语音识别的高保真平台。结合深度残差学习框架,通过训练和测试制备的F-P声学传感器记录的数据,实现了 98.4% 的高识别准确率。
  2图文导读 


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  图1、波纹氧化石墨薄膜F-P声传感器的制作过程示意图


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  图2、所提出传感器的结构和瓦楞最优参数的选择


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  图3、所提出的传感器的特性


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  图4、该传感器的声学测试结果


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  图5、该传感器的语音检测和识别性能
  3小结
  本文,提出一种基于波纹氧化石墨烯振膜的超高灵敏度光纤麦克风,由于在GO振膜中引入了波纹结构,所制成的F-P声传感器具有高的SM (43.70 nm/Pa@ 17 kHz),平坦的频率响应(在300 - 3500 Hz范围内- 3.2至3.7 dB)和高信噪比(76.66
dB@1 kHz)。此外,还测试了其他非凡的声传感性能,包括高时间稳定性(90分钟6.7%)和出色的频率检测分辨率(0.01 Hz)。此外,通过将基于波纹氧化石墨烯隔膜的F-P声传感器与152层残差CNN模型相结合,整体识别准确率达到98.4%,高于商用麦克风。这些结果表明,基于波纹氧化石墨烯隔膜的F-P声传感器在弱声传感和语音识别方面具有应用潜力。
  文献:


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