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电磁式接收换能器

来源: 作者:ndt 人气: 发布时间:2024-12-28
摘要:电磁式接收换能器的工作过程是FVEi,其工作过程可简述如下: 采用极化系统的电磁式接收换能器受到声波作用时,声波的声压推动振动膜片和衔铁振动,使空气隙h 发生交变变化,引起磁路中的磁阻发生变化(R 磁=2h/oSo)。于是通过线圈的磁通量发生变化,黑白密
电磁式接收换能器的工作过程是F→V→E→i,其工作过程可简述如下:
采用极化系统的电磁式接收换能器受到声波作用时,声波的声压推动振动膜片和衔铁振动,使空气隙h 发生交变变化,引起磁路中的磁阻发生变化(R 磁=2h/μoSo)。于是通过线圈的磁通量发生变化,黑白密度计 http://www.heibaimiduji.com 在线圈两端产生交变的感应电势。如果线圈两端接上负载构成回路时,回路中的电流又反过来对感应电势有影响,这样线圈两端的输出电压既是衔铁位移的函数,也是线圈电流的函数。
一.电路状态方程
穿过线圈的磁通量的变化所产生的感应电势为:U 感=-N(dΦ/dt),这与发射换能器的情况相比恰好相差一个负号,因此可以类似发射换能器的推导得到接收换能器的电路状态方程式:U 感=-Zo·i+mV 或 i=-U/Zo+mV/Zo
二.机械振动方程
假定声波作用在振动膜片上的声压为Po,声场畸变系数γ,振动膜片的面积So,则声波在振动膜片上的作用力为:F=Poγ·So,这是振动膜片所受到的第一项作用力,还有一项是由感应电势产生的反作用力,它对衔铁作用的方向总是企图反抗线圈内磁通的改变,即与声压作用力是反方向的。上述两项的合力应与第三项--机械振动惯性力与声阻力相平衡,由此可以得到机械振动方程:
(Zm+Zr)V=Po·γ·So-nU
等号左边为机械振动系统的平衡力,等号右边第一项为声波作用力,第二项为电磁平衡力(即F=nU)。
三.机电等效类比图
电路状态方程U 感=-Zo·i+mV 可改写成:U 感=(nV-i)Zo机械振动方程(Zm+Zr)V=Po·γ·So-nU 可改写成:nU= Po·γ·So-(Zm+Zr)V,于是可以得到如图3.4 所示的电磁式接收换能器的机电等效类比图:图3.4 电磁式接收换能器机电等效类比图
图中变换系数按电流变化与电压变化相反的原理确定。
在图3.4 中,振动速度V 与电流i 类比,作用力Po·γ·So 与电压U 类比,故仍为阻抗型类比。
四.电磁式接收换能器的开路接收灵敏度
当接收负载的电阻抗趋于无穷大时,感应电势U 感即是开路电压。把nU= Po·γ·So-(Zm+Zr)V 改写成:U 感= Po·γ·So/n-(Zm+Zr)nV/n2,即可把图3.4 中机械部分反映到电路部分中去,得到如图3.5所示的形式:
图3.5 图3.4 的变换形式
由图3.5 可以得到:
U= {(Po·γ·So/n)/[Zo+(Zm+Zr)/n2]}Zo (n=m/Zo)
= nPo·γ·SoZo/n2Zo+Zm+Zr
= mPo·γ·So/(m2/Zo)+Zm+Zr
当机电谐振时有最大开路接收电压:Umax=mPo·γ·So/(Rm+Rs)=NΦ∥Po·γ·So/ho(Rm+Rs)
谐振频率为:ωo={[1/(Mm+Ms)][1/Cm+m2/Lo]}1/2
谐振时的最大开路接收灵敏度(电压灵敏度)为:
MU=Umax/Po=NΦ∥·γ·So/ho(Rm+Rs)=(NB∥γ·So2/hoRs)η 声
此式给出了与接收灵敏度相关的量,同前面所述发射换能器的结果比较,可以看出,对于优良的发射换能器与接收换能器有基本一致的技术要求。
五.讨论
综合电动式与电磁式换能器的情况,在考虑提高它们的发射声功率时,无损检测资源网显然增大作用力F,减小力阻Rm 是有利的(在辐射条件一定时,如辐射面积、传声介质一定,则辐射阻Rs 已基本上为定值)。
对于电动式换能器有F=Bil,对于电磁式换能器有F=Φ2/μoSo=N2i2μoSo/4h2,因此,要提高F 就必然要加大电流i 或导线长度l(或者说线圈匝数N),这就必然导致线圈体积增大,从而增加振动部分的质量Mm 和力阻Rm,而且,由于占据的空间加大又会影响到磁通量Φ 或磁感应强度B。此外,为减小磁阻而减小空气隙h 的方法也同样受到限制,因为作用力F 增大的结果使振动膜片的振幅加大,因而h 不能小于
一定值。同理,加大辐射面积So 也因随之加大Mm、Rm 等而受到限制。对于铁磁性材料,其B 或Φ 的增加受材料本身性能所限,而且在结构上减小Rm 也是有限的。
综合这些因素的考虑表明,电动式和电磁式换能器一般难以获得较大的发射声功率。另外,从频率方面来考虑,由于谐振频率ωo 受振动部分质量Mm 的限制(ω=K/m,K 为力劲,m 为振动部分的质量),并且振动速度V 亦因作用力的增大受限而影响其提高[V=F/(Zm+Zr)],而Mm 减小时也会导致F 减小。因此,由于存在各种因素互相关联的影响,使得电动式和电磁式换能器通常只适用于较低的频率范围(如音频范围)。
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