ГЛАВА XII. ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Электроакустические преобразователи (ЭАП) используются в устройствах автоматики для получения информации о разнообразных физических явлениях и процессах, сопровождающихся изменением излучения акустического поля или изменением акустических свойств среды. ЭАП применяются также для оценки акустических свойств среды, расположения в ней некоторых объектов реагирования и т. д.
ЭАП служат для преобразования энергии акустического поля в электрическую и наоборот. В соответствии с этим ЭАП классифицируются на акустические приемники (АП) и акустические излучатели (АИ).
Акустические колебания могут распространяться в газообразных, жидких и твердых телах, поэтому ЭАП можно подразделить также на преобразователи для работы в газовой среде, на гидроакустические преобразователи и на вибродатчики.
В состав ЭАП входят следующие элементы:
— подвижные и неподвижные механические части, обеспечивающие связь преобразователя с физической средой;
— части, преобразующие механические колебания твердого или жидкого рабочего тела ЭАП в электрические колебания или обратно.
1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРАТИМЫХ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Действие электроакустических обратимых преобразователей, основанных на магнитных эффектах, описывается уравнениями
Для преобразователей, основанных на электрических эффектах соответственно:
и
где
— переменное синусоидальное напряжение, приложенное к зажимам преобразователя;
— ток, текущий в электрической цепи;
— переменная синусоидальная механическая сила;
— скорость колебаний подвижной части ЭАП;
М — коэффициент электромеханической связи, определяющий взаимное влияние электрической и механической сторон преобразователя друг на друга;
— собственное электрическое и механическое сопротивление электрической и, соответственно, механической части преобразователя:
при
(заторможенный преобразователь);
при
(преобразователь с разомкнутыми зажимами).
При выбранных в формулах (XII. I), (XII. 2) знаках перед
и и
положительные значения их соответствуют передаче энергии извне в ЭАП.
Поэтому, если преобразователь отдает энергию на внешнюю нагрузку
или то следует считать
и соответственно
При работе ЭАП в режиме излучателя на нагрузку
осуществляется преобразование электрической энергии в механическую (акустическую).
Полное электрическое сопротивление
потребляющее электрическую энергию и преобразующее ее на акустической стороне в механическую, найдем из уравнений (XII. 1), (XII. 2):
При работе ЭАП в режиме приемника полное механическое сопротивление
преобразователя, в который поступает акустическая мощность при подключении сопротивления
имеет вид
Чувствительность акустического приемника (АП), преобразующего акустическую мощность в электрическую, определяется по формуле
Верхние знаки относятся к магнитному, нижние — к электрическому типу преобразователей.
Чувствительность акустического излучателя (АИ) определяется как отношение звукового давления, развиваемого им на заданном расстоянии, к току, протекающему по его электрической цепи.
Чувствительность преобразующей части ЭАП определяется как отношение скорости подвижной системы, нагруженной механическим сопротивлением
к току в его электрической цепи:
или к напряжению на входе и