Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 41
Текст из файла (страница 41)
а фирмой Зопйгоп. Его достоинством явилась высокая стабильность характеристик в широком диапазоне частот и температур, а также малое потребление энергии и высокий КПД. 5.3. Акустические иокгщиаииые системы бы его резонансная частота была несколько выше рабочего диапазона частот. Это позволяет использовать гидрофон диаметром несколько миллиметров для ь приема без искажений сигналов в диапазоне частот 10 ...10 Гц.
70 бО 2102 2 1О 2 1О .г, Гц Рис. 5.23. АЧХ пьезокерамического громкоговорителя ИСК-77 фирмы Боп11гоп Самым распространенным типом акустического приемника является ::. микрофон. В зависимости от принципа действия различают шесть основных типов микрофонов.' порошковые угольные, электродинамические, электростатические 1кондепсаторные и элсктрстные), пьезоэлектрическис, электро::;!. магнитные и полупроводниковые, Порошковый микрофон был разработан русским изобретателем М.
Махальским в 1878 г, и независимо от наго П, Голубицким в 1883 г. Сейчас используется только в ."",!:, телефонии. Электродмнамяческий .микрофон катушеч1юго типа изобрели вмсрикан- акис ученые Э. Венте и А. Терас в 1931 г. В нем применена фольговая диафрагма или ~'.;.:,'. очень тонкая 11...3 мкм) фольговая ленточка. Кондеиса~порлый микрофон был также ;.' изобретен Э. Венте в 1917 г., в электретный в 1923 г.
японцем Егути. Отличие элек:;;.- третного микрофона от конденсаторного заключается в том, что роль неподвижной -"':::::. вбкщаки конденсатора и источника постоянного напряжения в нем играет пластина ',:::-::- яз электрета. Недостатком его является высокое выходное сопротивление, что требу.';. ст применения истокового повторителя. Первый льезоэлектрический микрофон был ",;;;. создан в 1925 г, советскими учеными С. Ржевкиным и А. Яковлевым на базе кристал'",:. ла сегнетовой соли. В настоящее время это один из самых распространенных типов ';:;. микрофонов, используемых, в частности, в системах мобильной связи.
Злектромаг;::, нитные микрофоны конструктивно похожи на электродинамическис, ио в отличие от '!:"'~щледних в них применяют постоянные магниты, а мембрана жестко связана с яко- ~~:::. рем магнита. Действие полупроводниковых микрофонов основано на изменении со- 5. Локаиионные информаиионные системы противления эмиттсрного перехода транзистора под действием звукового давления на связанную с ним диафрагму. Несмотря на достаточно высокую чувствительность для полупроводниковых микрофонов характерна значительная неравномерность частотной характеристики, поэтому их, как порошковые и электромагнитные, применяют только в простых акустических устройствах, 0' 180 210 В современных системах звукозаписи, как правило, используют электродинамиче- 3 скис и конденсаторные (чаще электретные) микрофоны.
Они представляют собой по- 1) следовательную цепь преобразователей, содержащую, как правило, четыре каскада 90' 90 Ъ4 преобразования информации: акустический 0 (приемный), акустика-мехапический, меха- / ноэлектрический и электрический (согласу- / ющий). Первые два каскада служат для формирования необходимой диаграммы 1 направленности микрофона, в зависимости от котоРой Различают два типа микрофо- Рис. 5.24. Диаграммы направнов: ненаправленные (нулевого порядка, лснности микрофона: круговые), называемые также приемниками / — круговая; 2 — восьморкообраздавления, и направленные (градиентные) "ая' 3 кардиооида (рис. 5.24).
Градиентные микрофоны содержат несколько акустических входов, что позволяет получать диаграмму направленности требуемой формы. Так, в микрофоне с двумя симметричными акустическими входами (их называют двунаправленными) диаграмма направленности имеет форму восьмерки. Если же в микрофоне два или более несимметричных входа, диаграмма направленности имеет форму кардиоиды, В этом случае микрофоны 10 являются однонаправленными. От- мстим, что ненаправленные микро- 4 фоны не подавляют шума, На рис. 5.24 представлены идеализирова|пгыс диаграммы направленности микрофонов. Реальные диа- 2 ", З граммы направленности близки к 120 ним только в пределах узкого диапа- зона частот (рис, 5.25).
Особенно 150 о 150 сильно сказывается зависимость вида 180 диаграммы направленности от частоРис. 5.25. Диаграмма направленности ты для ненаправленных микрофонов. злсктродннамического микрофона МД-78 С увеличением частоты ширина диана частоте„г", равной 0,05 (1), 0,5 (2), 1 (3).„граммы направленности обычно 4 (4) н 10 кГц (5) уменьшается. 5.3. Акустические локационные системы В особую группу выделяют комбинированные микрофоны, или микрофоны с переменной диаграммой направленности.
В них форма диаграммы определяется напряжением поляризации на электродах. Элсктродинамические микрофоны в зависимости от конструкции механической колебательной системы подразделяют на катушечные и ленточные. Ленточный микрофон обладает наиболее естественной передачей звука. Конденсаторные микрофоны бывают одно- и двухмембранныс. Примерами одномембранных являются кардиоидный электретпый микрофон МКЭ-13М и ненаправленный микрофон МКЭ-400.
В двухмембранных микрофонах (например, в отечественном МК-51, а также С87! и 089! фирмы Исип1апп) можно форму диаграммы направленности изменять от круговой через кардиоиду к восьмеркообразной. Важнейшим требованием, предъявляемым к микрофонам, является равномерность их АЧХ. У микрофонов с неравномерной АЧХ возникают нслинейныс искажения при передаче звука, которые могут привести к самовозбуждснию акустической системы. На рис.
5.26 представлены АЧХ элсктродинамического и электретного микрофонов. Как видно на рисунке, АЧХ элсктретного микрофона существенно равномернее, чем электродинамического. 20 1О 5 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 Х Гц а К,дБ 5 — 10 -15 20 50 1ОО 200 500 1000 2000 5000 10000 ~ Гц б Рис. 5.2б. АЧХ электролинамического микрофона МД-78 (и) и электретиого микрофона МКЗ-2 (6) Отдельный класс составляют направленные микрофоны, использующие '::;:-,::резонансные схемы и параболические отражатели. Серийно выпускают не:-', сколько моделей обоих типов с диапазоном частот !00...22 кГц.
Игольчатая .'-'-:;::::::Форма диаграммы направленности микрофона с параболическим отражате"..'-':::;::-лем позволяет контролировать речь на расстоянии до ! 500 м, 2!! 5. Локацианные информационные системы В табл. 5.4 представлены типовые характеристики микрофонов разных типов. Табяи Ча 5.4 Сравнительный анализ микрофонов различных типов ~ Неривиомсриость частотиоя характеристики. Для работ в водной среде достаточно широко применяют преобразователи из магнитострикционных материалов (никеля, железокобальтовых сплавов или феррита), сердечник которых имеет форму стержня или кольца.
В режиме излучения в этих устройствах используется магнитострикционный эффект (деформация ферромагнетика, помещснного в переменное магнитное поле), в режимс приема — магнитоупругий эффект (переменные деформации вызывают изменение магнитной проницаемости ферромагнетика и появление ЭДС). Магнитострикционные преобразователи работают приблизительно в том же частотном диапазоне, что и пьезоэлектрические, но обладают значительно большей акустической мощностью. Так„излучатель из никель-кобальтового феррита диаметром бО мм и высотой 40 мм на частоте 45 кГц развивает акустическую мощность около 5 Вт с амплитудой колебаний 10 мкм. Столь высокие деформации матсриала приводят к его быстрому разрушению в воздушной среде, поэтому такие устройства обычно используют в качестве гидроакустических излучателей.
Их КПД при работе в жидкости и в твердых телах в диапазоне низких и средних частот достигает 80 %. КПД преобразователей, работающих в гиперзвуковом диапазоне частот, существенно ниже. Для них используют специальные материалы на основе магнитострикционных пленок из никеля, пермаллоя или др. Параметры датчиков АЛС рассчитывают с йспользованием электромеханических уравнений обратимых преобразователей, связывающих механические конструктивные параметры преобразователя с электрическими характеристиками сигнала. Например, уравнения пьезоэлектрического преобразователя имеют вид 1 ==- КЕ+ Ау; Г = — АиЕ+7м, где У(1) = 1~е~ = 1И --- проводимость мсханически заторможенного преобразователя; Е(~) = Е~е~~' — напряжешюсть электрического поля; .::;;,." Аф) = Ао~е~'~' =-11ы и Аи(~) = Аи~е~~' = РЧ/ — обратный и прямой 212 5.3.
Акустические локсщиоиные сштемы факторы силы соответственно; Р(1) = Р~е~ — переменная сила; У(1) = У~е~ = РЪ вЂ” импеданс механической колебательной системы; ~ф) = 11е~ — — колебательная скорость поверхности преобразователя. Уравнения магнитострикционного преобразователя записываются аналогично: Е = ЛХ+ А о~, Е = — А„1+ Ъ. Для определения функции преобразования элсктроакустического преобразователя из пьезоэлектрического материала используют выражение, связывающее напряженность электрического поля Е с относительной линейной Х л/ деформацией ЛИ: Е =-4М,— —, где А~ — — размерный коэффициент; Х в„вО 1 — пьезоэлектрическая постоянная материала; 1 — расстояние между обкладками датчика. Поскольку электрическос напряжение на обкладках датчика У = Е|, то его функцию преобразования можно представить так: ' в,,во Здесь ~У и Ж являются комплексными величинами. Для магнитосгрикцион ного электроакустичес кого преобразователя функция преобразования описывается эмпирической зависимостью Ж=4М.,~т,.ц Н, где Ф,1 — размерный коэффициент; е, — магнитострикционная постоянная ; сердечника; Н вЂ” напряженность магнитного поля, причем Ы и Н также являются комплексными величинами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
