ポリジメチルシロキサン-銀ナノワイヤをベースとしたマスブロックビーム構造を有するフレキシブルな音響定位センサ

A Flexible, Acoustic Localized Sensor with Mass Block-Beam Structure Based on Polydimethylsiloxane-Silver Nanowires.

• Qiang Zhang
• Chao Ji
• Licheng Lv
• Dong Zhao
• Jianlong Ji
• Kai Zhuo
• Zhongyun Yuan
• Wendong Zhang
• Shengbo Sang

抄録

フレキシブルひずみセンサは、動きの速い技術であり、多くの分野で利用されています。フレキシブルひずみセンサを用いたアレイの設計と応用は、現在の研究のホットスポットとなっている。しかし、フレキシブルセンサアレイを用いた音響測位の研究はほとんど報告されていません。ここでは、薄膜音響センサアレイの設計と一貫した製作を実現した。また、このセンサの音響センシング研究を実証した。本研究では、マスブロックビーム構造を持つポリジメチルシロキサン（PDMS）薄膜上に銀ナノワイヤーをコーティングしたフレキシブルな音響センサを簡便な作製法を用いて設計しました。この音響センサは、周波数領域が20-2000Hz、音量検出範囲が83-108dBの範囲内の音を記録することができます。センサーの共振周波数は380Hz、水平距離音検出限界は5cm、垂直距離音検出限界は3.5cmです。また、二次元空間では360°の方位検出を実現し、検出精度15°を実現しました。3次元空間では、音源の位置を検出するために2つのフレキシブル音響センサを用いたフレキシブル音響センサアレイを設計したが、本研究では、このフレキシブル音響センサアレイを用いることで、音源の位置を検出することができる。本研究では、まず、フレキシブル音響センサを用いて音源の方位を試験することを提案する。

The flexible strain sensor is a fast-moving technology and has been used in many fields. The array design and application based on flexible strain sensors have been the current research hotspots. However, there are few reports on research of acoustic positioning using the flexible sensor array. Herein, we designed and realized the consistent fabrication of a thin-film, acoustic sensor array. The acoustic sensing research of the sensor was demonstrated as well. We used a convenient fabrication method to design a flexible acoustic sensor using silver nanowires coated on a thin polydimethylsiloxane (PDMS) film with mass block-beam structure. The acoustic sensor can record sound within a frequency domain of 20-2000 Hz and volume detection range of 83-108 dB. The sensor's resonance frequency is 380 Hz, horizontal distance sound detection limit is 5 cm, and vertical detection limit is 3.5 cm. We also achieved 360° azimuth detection in two-dimensional space with a detection accuracy of 15°. In three-dimensional space, the flexible acoustic sensor array was designed with two flexible acoustic sensors to detect the position of the sound source. This research first proposes the use of flexible acoustic sensors to test the sound source orientation.