換能器原理介紹.doc

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1、電聲換能器電聲轉(zhuǎn)換器是把聲能轉(zhuǎn)換成電能或電能轉(zhuǎn)換成聲能的器件，電聲工程中的傳聲器、揚聲器和耳機是最典型的電能、聲能之間相互變換的器些器件統(tǒng)稱為電聲換能器。目錄·電聲換能器分類·電聲換能器系統(tǒng)組成·電聲換能器主要性能·電聲換能器分類o廣義的電聲應(yīng)用的頻率范圍很寬，包括次聲、可聽聲、超聲換能器。屬于可聽聲頻率范圍內(nèi)的電聲換能器有傳聲器、揚聲器、送受話器、助聽器等等。按照換能方式，它們又可以分成電動式、靜電式、壓電式、電磁式、碳粒式、離子式和調(diào)制氣流式等。其中后三種是不可逆的，碳粒式只能把聲能變成電能，離子式和調(diào)制氣流式的只能產(chǎn)生聲能。而其他類型換能器則是可逆的。即可用作聲

2、接收器也可用作聲發(fā)射器。?·電聲換能器系統(tǒng)組成o各種電聲換能器，盡管其類型、功用或工作狀態(tài)不同，它們都包含兩個基本組成部分，即電系統(tǒng)和機械振動系統(tǒng)。在換能器內(nèi)部，電系統(tǒng)和機械振動系統(tǒng)之間通過某種物理效應(yīng)相互聯(lián)系，以完成能量的轉(zhuǎn)換；在其外部，換能器的電系統(tǒng)與信號發(fā)生器的輸出回路，或前級放大器的輸入回路相匹配；而換能器的機械振動系統(tǒng)，以其振動表面與聲場相匹配。電聲換能器它包括三個互相聯(lián)系的子系統(tǒng)。1.以輻射或接受聲波的振動板為中心的機械一聲系統(tǒng)。2.起電一聲兩種能量之間相互變換作用的能量變換系統(tǒng)。3.擔(dān)任電信號輸入、輸出的電學(xué)系統(tǒng)。這三個子系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)之間的能量關(guān)系是非

3、常復(fù)雜的，是互相聯(lián)系密不可分的。這三種體系是互相牽制的，處理得不好往往會顧此失彼。例如，一個有效的磁系統(tǒng)可能會非常笨重，變成一種令人不能接受的聲障礙物；或者聲輸入阻抗或電輸出阻抗的數(shù)值，可能根本不能與周圍媒質(zhì)或附屬設(shè)備相匹配。由此可見，電聲換能器的設(shè)計總是在許多相互矛盾的因素中采取折衷的辦法?！る娐晸Q能器主要性能o1.換能器的工作頻率換能器工作頻率的設(shè)計依據(jù)涉及傳聲媒質(zhì)對超聲波能量衰減的因素、檢測目標(biāo)（如缺陷）對超聲波的反射特性、傳聲媒質(zhì)的本底噪聲以及輻射阻抗等等。決定換能器工作頻率的影響因素有很多，如激勵用電信號的頻率、換能器的組裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作原理的應(yīng)用范圍與限制

4、條件、換能元件自身的材料物理特性等等。換能器的許多重要性能，如指向性、發(fā)射聲功率、接收靈敏度以及聲場特性等都直接受其工作頻率的影響。因此，在確定或選擇工作頻率時必須兼顧各方面的因素予以綜合考慮。就一般而言，發(fā)射換能器在其諧振基頻上工作時可獲得最佳的工作狀態(tài)，即能獲得最大的電聲轉(zhuǎn)換效率和發(fā)射聲功率。同樣，在此條件下，作為接收換能器也能獲得最佳的頻率響應(yīng)和接收靈敏度。2.換能器響應(yīng)（靈敏度）這是指換能器（或整個儀器系統(tǒng)）輸出端的特定量與輸入端的另一特定量之比值，通常有以下幾種具體性能：[1]接收電壓靈敏度（又稱接收電壓響應(yīng)，自由場電壓靈敏度）：接收換能器輸出端的開路電壓與

5、聲場中引入換能器前存在于換能器聲中心位置處自由場聲壓之比。常用單位有伏特/微巴（V/μbar）、伏/帕（V/Pa）和分貝（dB）。這里所謂的自由場是指均勻各向同性媒質(zhì)中可以忽略邊界影響時的聲場。有效聲中心是指在發(fā)生器上或附近的一點，從遠處觀察時似乎聲波是從該點發(fā)出的球面發(fā)散聲波，即聲源直徑很小以至可以近似地把它看作點聲源。在給出換能器自由場電壓靈敏度時，一般還應(yīng)同時指明參考點，指定方向和輸出端。若是接收換能器輸出端阻抗無限大時，則此時的接收電壓靈敏度就稱為開路靈敏度（或稱開路響應(yīng)）。就所用單位而言，“伏特/微巴”意味著作用在換能器上的聲壓為1微巴（1μbar=0.1N

6、/m2=1達因/厘米2）時在換能器輸出端負載上可得到1伏特的電壓，顯然此值越大，則接收靈敏度越高，因為換句話來說，就是一定的聲壓作用能得到較大的開路電壓。在用分貝（dB）表示時：△dB=20lgM0（V/μbar）/1（V/μbar）這是以1V/μbar為零分貝（參考點靈敏度），將觀測到的靈敏度除以參考點靈敏度所得到的商再取以10為底的對數(shù)并乘以20，從而得到用分貝表示的自由場電壓靈敏度。[2]接收電流靈敏度（接收電流響應(yīng)，自由場電流靈敏度）：接收換能器輸出端的短路電流與聲場中引入換能器前存在于換能器聲中心位置處自由場聲壓之比。常用單位有安培/微巴（A/μbar），安

7、培/帕（A/Pa）和分貝（dB）。[3]聲壓靈敏度（聲壓響應(yīng)）：接收換能器輸出端開路電壓與換能器接收面上實際聲壓之比，單位為伏特/帕（V/Pa）。注意該參數(shù)與[1]是不同的。[4]發(fā)送電壓靈敏度（發(fā)送電壓響應(yīng)）：這是用于發(fā)射換能器的性能，它指在某頻率下，在指定方向上，離開發(fā)射換能器有效聲中心1米處的表觀聲壓與施加在發(fā)射換能器輸入端上的信號電壓之比，單位為帕/伏特（Pa/V），故此參數(shù)和[1]相反。[5]發(fā)送電流靈敏度（發(fā)送電流響應(yīng)）：這也是用于發(fā)射換能器的，它指在某頻率下，在指定方向上，離開發(fā)射換能器有效聲中心1米處的表觀聲壓與施加在發(fā)射換能器輸入端