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电动式接收换能器

来源: 作者:ndt 人气: 发布时间:2024-11-06
摘要:电动式接收换能器的工作过程是FVEi,这里的F 是声波作用力(声压)。 一.机械振动方程式 声压Po 作用在接收换能器振动膜片上的力为:F=PoS式中:S-振动膜片的面积;-声场畸变系数,这里引入 的原因是由于接收换能器占据有一定的空间,以至所接收到的声压并不
电动式接收换能器的工作过程是F→V→E→i,这里的F 是声波作用力(声压)。
一.机械振动方程式
声压Po 作用在接收换能器振动膜片上的力为:F=γPoS式中:S-振动膜片的面积;γ-声场畸变系数,这里引入γ 的原因是由于接收换能器占据有一定的空间,以至所接收到的声压并不是真实的原自由声场中的声压Po与声波作用力F 相平衡的作用力有两个,一个是机械振动系统的反作用力V(Zm+Zr)--惯性力,另一个是感应电流产生的电磁力Bil,黑白密度计 http://www.heibaimiduji.com 由此可得到机械振动系统的力平衡方程式,亦即机械振动方程式:γPoS=Bil+V(Zm+Zr) 或者 F=Bil+V(Zm+Zr)
二.电路状态方程式
当振动膜片以速度V 振动时,线圈两端的感应电势为:U 感=BlV此时电路中有电流i,则可以得到接收换能器的电路状态方程式:U 感=i(Zo+Ze)式中:Zo-接收换能器的电阻抗;Ze-接收换能器负载(如放大处理及显示电路)的电阻抗。
三.机电等效类比图
根据:U 感=i(Zo+Ze) 和 F=Bil+V(Zm+Zr)我们可以把接收换能器的电学部分与机械振动部分联系起来得到图2.5 所示的机电等效类比图:
图2.5 中的变换比例按电压变化,即U 感/V=BlV/V=Bl/1图2.5 与前面的图2.1 几乎是相同的,不同之处只是用负载阻抗Ze 把原来的开路状态闭合起来。如果说,在作为发射换能器时的电源内阻抗恰好等于接收换能器的负载阻抗,则两图就完全相同了。这说明了发射换能器与接收换能器的可逆性反映在机电等效类比图上也是可逆的。
这里把力F 与电流i 类比,振动速度V 与电压U 类比,故仍然是导纳型类比。
图2.5 电动式接收换能器的机电等效类比图
四.电动式接收换能器的开路接收灵敏度
开路接收灵敏度的定义是指线圈两端的开路电压(感应电势)与换能器所在处自由声场压力(声压)之比:Mu=|U 感/Po|
接收灵敏度的高低反映电动式接收换能器把声压信号转换成电信号的能力。
U感=BlV 为一有限值,在Ze→∞时有i→0,因此F=Bil+V(Zm+Zr)可以改写成:F/Bl=BlV/[(Bl)2/(Zm+Zr)]则图2.5 可改成图2.6 的形式:
图2.6 图2.5 的变换形式图2.6 是把图2.5 中机械振动部分反映到电学部分,无损检测资源网此时的开路电压为:
U 感=BlV=BlF/(Zm+Zr)=BlγPoS/(Zm+Zr)
∵开路时F=V(Zm+Zr) 即V=F/(Zm+Zr)
∵F=γPoS ∴开路接收灵敏度为:Mu=BlγS/(Zm+Zr)
由此可知,开路接收灵敏度仅与机械振动系统的机械阻抗相关而与电阻抗无关,它随声波的频率而改变。最大接收灵敏度应发生在机械谐振频率之时,即:当ωo=1/[(Mm+Ms)Cm]1/2 时有最大接收灵敏度:Mumax=BlγS/(Rm+Rs)=BlγSη 声/Rs [η 声=Rs/(Rm+Rs)]为了提高电动式接收换能器的接收灵敏度,显然加大换能器接收面积S 和增大Bl 值是比较有利的(但增大Bl 导致机械力阻抗Zm 加大,接收器频率响应降低),此时也将增大了声场畸变系数γ,亦即失真度增加。此外,设法提高机电转换效率η 声也是一个提高灵敏度的途径,要注意前提是在Rs 相对一定(辐射声阻,这是对传声介质而言的)。
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