Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 143
Текст из файла (страница 143)
и. относятся приемники внука (также необратимые), оснонаыные на изменении электрич. сопротивления чувствительного алемента под влнлыием звукового давлении, напр. угольный микрофон или полупронод- ~:~(---)ЕЛ Рис. 1. Эиергетаческая блок-схема элсктроакустического ыреобраэоэателя.
1— элсктрическа» сторона; я — механическая колебательиая система; л — анукоеое оолг; солоогиые стрелки — еяентромекаиичгское 1мекаиоолектрическое) ореобразозание, пунктирные — мекаиоакусгичсское сакустомеканичсское). пиковые приемники, в к-рых используетсы т. в. тензореаистиввый эффект — зависимость сопротивления полупроводников от механич. напряжений.
Задича теории 3. и.— расчет авукового давления р в поле излучателя по известным величинам напряжения (Г и тока 1 на его входе, а также расчет напряжения или тока на выходе приемника по заданному полю (звуковое давление р, колебат. скорость и). В теории Э. и. рассматриваются: колебании механич. систем, электромеханич.
преобразование, механоакустич. (акустомеханич.] преобразование (включал теории излучения и днфракции волн). Колебательныыи лгеханич. систелгамн Э. и. могут быть стержни, пластинки, оболочки, полые цилиндры, сферы, совершающие рааличного вида колебания, механич.
системы более сложной конфигурации, совершающие поршневые колебания на гибком подвесе, ыеханич. системы в виде комбинации перечисленных элементов. Цель расчбта механич. систем — устаыовление свиаи между скоростями колебаний их частей и приложенными внепгними силами, а также нахождение распределения деформаций, образующихся в системе под воздействием сил, распределенных по ей объеыу. В ряде случаев в механич. системе можно уиаэать элементы, колебания к-рых с достаточным приближением характеризуготся только кинетич., потенциальной энергией и энергией механич.
потерь. Эти элементы имеют характер соответственно массы М, упругости ПС и активного механич. сопротивления г (т. н. системы с сосредоточенныии параьгетрамн). В общем случае как потенциальная, так и кинетич. энергии имеют распределенный характер и их определение связано с интегрированием по объему механич. системы. Однако часто реальную систему удается искусственно сяести к эквивалентной ей в смысле баланса энергий системе с сосредоточенными параметрами, определии т.и.
эквивалснтнУго массУ Мокэ, УПРУ- гость 1)С „ и сопротивление трению (сопротивление механических потерь). Расчет механич. систем с сосредоточенными параметрами может быть проиаведен методом электромеханических аналогий (см. Элгктромеяаничггкиг и олектроакугтичегкие аналогии). В большинстве случаев при алектромеханич. преобразовании преобладает преобразование в механич.
энергию ЭЛЕКТРОАКНСТЕЧЕСККЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ зв( либо энергии электрич. поля, либо магнитного (и обратно), соответственно чему обратимые Э. п. могут быть разбиты на дне основные группы: () злектродинамич. преобразователи, действие к-рых основано на электродинамич. эффекте (элвктродиномичсскис излуыатсли) и электромагнитной индукции (влсктродиномичсскис призмники); электростатические, действие к-рых основано на иамененин заряда или напряжения при относительном перемещении обкладок конденсатора (сы.
Электростатические присмники) и изменении силы притлження обкладок при изменении напрлженнл; пьезоэлектрические сьрсобразоватсли; 2) электромагнитные преобразователи, оенованные на притяжении железного якоря магнитом и изменении магнитного потока при движении якори; магнитострикчионннс прсобразовотели, В электродинамич., электростатнч.
и электромагнитных преобразователях преобразование не зависит от распределении динамич, напрпжений в механич. системе и может быть охарактеризовано т. н. коэфф. электромеханич. трансформации п,не зависящим от вида иеханич. колебательной системы. Напр., при электродинаиич. преобразонании и= У~ =п~ =.Вй где  — индукции в заваре магнитной цепи, ) — длина проводника, Р— сила, действующая на заторможенную (о = О) механич. систему при протекании по проводнику тока (. Коэфф. электромеханич, трансформации вводит и для других Э.п. при сведении реальной колебательной системы к системе с сосредоточенными параметрами.
При зтоы под и понимают отношение возбуждающей механич. колебании силы к электрич. напрпжению. Преобрааонание энергии характеризуют также величиной эффективного коэфф. электромеханич, связи Кзфф ш Кое= где И' ., — часть подводимой к преобразователю электрич. энергии, преобразующейся в квазистатистич. режиые в упругусо энергию, И' з электрич. энергия, к-рая была бы сообпгена при зтом заторможенноыу преобразователю. Величина К,фф используетсл прн расчете Э. п.— излучателей, а также янлпется важной характеристикой электромеханич.преобразователей, используемых в качестве фильтров или реаонаторов. Значение Кофф зависит от свойств самого физич. эффекта преобрааовання (напр., от козфф. электромеханич.
сннзн пьезоэлектрич. или магнитострикционного материала), а также от конструкции в геометрич. параметров преобразователи. Механоакустич. преобразование характеризуетсл общей величиной акустич. анергии н ее распределением в пространстве. Величина акустич. мощности И' „ излучатели может быть э определена как И ак = йн)от(, где о — комплексная колебательпал скорость некоторой точки на поверхности излучателя, выбираемой в качестве центра приведения, Уп — механич.
сопротивление акустич. нагрузки. В случае, когда излучающая поверхность контактирует со сплошной средой, Ял явлнетсл сопротивлением излучЕния Ув (см. Излучзнис звука), зависящим от формы иалучающей поверхности н характера распределения о на ней. Характеристики направлвнности и Яв определпют путем решенин волнового ур-ния при заданных граничных условиях. Аналогичным образом определпетсн сила Р,„„, дейстнующан со стороны звукового поля на поверхность преобразователя в режиме приема.
Длн определения характеристик направленности, Я, и Ро в отдельных случапх можно пользоваться также приближенкылси ыетодами, основанными на непосредственном суммировании эффектов, создаваемых в окружающей среде каждой точкой колеблющейся поверхности. В общем случае Рон — любав сила, приложеннал к поверхности Э. п. в центре приведения.
Ур-ния, описывающие работу преобрааонателн, составллютсл гл. обр. на основе двух методов: и) решения дифференциального ур-ния колебаний механич. системы с учетом условий злектромеханич. преобразования и реакций акустич.нагрузки; б) знергетич, метода с применением ур-ний Лагранжа длл системы, к-рая пред- 882 ВЧЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С им, г„„г„ пл Б зеле рз-н г е Рне. 2. о — энергетическая зкэнеалентнзя схема електроакустячсского преобразователя; э положении переключзтеля н — излучателя, к положении и — пряемннка; б — удроныннея схема для режима приема; а — упрощенная схема для режнма излучения. ставлнет собой совокупность электрич.
и мехаиич. сторон преобрааователя, а также акустич. поле. Как правило, при использовании обоих методов решение задачи удается свести к расчету эквивалентной электромеханич. схемы. Решение по методу б) приводит к эквивалентяой схеме (рвс. 2,а), где ток в механич. контуре эквивалентен скорости колебаний центра приводевия на поверхности механич.
системы. В случае системы с сосредоточенными параметрами воличикы С, М и г ве зависят от частоты. В общем же случае элементы схемы имеют характер эквивалентных параметров, о к-рых говорилось выше, и зависят от частоты. На участках частотного диапазона, где распределение колебаний в механич. системе остается практически неизменным (области частот виже первого резонанса и в окрестности резонанса), эквивалентные параметры можно считать честотно-неэависииыми, и расчет преобразователя существенно упрощается. Свойства Э. п. — приемника характеризуются его чувствительностью в Режиме холостого хода Тхх.= (««Р и вяутревним сопротивлением Яэе (рис.
2,6). По виду частотной зависимости (««р различают широкополосные и резонансные приемники. Потенциальные воэможности приемника при работе на нагрувку оценивают величиной удельной чувствительности руд = = ухх«Ибвл( Работу Э. и.— излучателя характериауют: чувствительность, равная отношению р на определенном расстопвии от него на оси характеристики направленности к («или К внутреннее сопротивление, представляющее собой иагруаку для источника электрич.энергии; акустоэлектрич.
з(пд дэ!жн равный отношению активнои акустич. мощности в нагрузке В« „ к активной элекгрич. Потребляемой мощности В« „. Равличают кпд: механоэлектрйч. дм«эл и акустомехавич. г)з«м к-рые характеризуют потери энергии при соответствующих преобравованиях, причем з)э«зл = з)м«зз г)з«м Перечисленные параиетры зависит от частоты. Величины р и Ч„«о достигают максимального значевйя на частотах механич. резонанса, вследствие чего мощные излучатели делают, как правило, резонансными. Для расчетов в соответствии со схемой рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
