Измеряемая величина. Классификационная схема принципов преобразования акустического давления. Пьезоэлектрическое преобразование

представляет силу, действующую на единицу поверхности, измеряется в Н/м², т.е. Па (Ньютон/метр в квадрате, Паскаль).

Микрофонный эффект - появление в цепях радиоэлектронной аппаратуры посторонних (паразитных) электрических сигналов, обусловленных механическими воздействиями (звуком, сотрясениями, вибрациями и т.п.). Свое название микрофонный эффект получил по аналогии с соответствующими процессами, происходящими в микрофоне. Наиболее сильно микрофонный эффект проявляется при работе электронных приборов (в усилителях электрических колебаний звуковых частот, супергетеродинных приемниках и т.п.

В электрических преобразователях (ЭП) используют два физических явления. Первое - это силовое воздействие на заряды в электрическом поле, второе - это силовое воздействие на электрический ток в магнитном поле.

Микрофон – ЭП, служащий для преобразования акустических колебаний воздушной среды в электрические и являющийся первым и одним из наиболее важных звеньев любого электроакустического тракта. Поэтому его свойства, параметры и условия эксплуатации оказывают решающее воздействие на качество функционирования этого тракта.

Звуковое давление изменяется в чрезвычайно широком диапазоне низких частот. Широка также и частотная характеристика звуковых колебаний. Поэтому чувствительные элементы преобразователей должны быть жесткими и иметь малую массу, а также небольшое отклонение. Наиболее распространенными типами микрофонов, используемых при звуковых измерениях, являются кристаллические (работающие на пьезоэлектрическом эффекте) и конденсаторные (работающие на емкостном эффекте.

Классификационная схема принципов преобразования акустического давления представлена на рисунке 1

Рисунок 1 - Классификационная схема принципов преобразования

акустического давления

1.2 Пьезоэлектрическое преобразование

В кристаллических диэлектриках различно заряженные ионы располагаются в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Поскольку разноименно заряжённые ионы чередуются и расположены так, что их заряды взаимно компенсируются, в целом кристалл электрически нейтрален. Одной из особенностей кристаллов является их симметрия. Кристаллы могут быть симметричны относительно некоторой оси, плоскости или центра. В соответствии с   видом симметрии по определенным законам построена кристаллическая решетка и расположены ионы. Электрическая структура кристалла, симметричного относительно оси или плоскости, схематически показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Электрическая структура кристалла, симметричного относительно оси или плоскости

В направлении оси Xионы различных знаков чередуются и взаимно компенсируют свои заряды. При действии на кристалл силы F_хв направлении Xкристаллическая решетка деформируется, расстояния между положительными и отрицательными ионами изменяются и кристалл электризуется в этом направлении. На его гранях, перпендикулярных оси X, появляется заряд, пропорциональный силе F_x

Коэффициент d₁₁, зависящий от вещества и его состояния, называется пьезоэлектрическим модулем. Индексы при коэффициенте dопределяются ориентацией силы и грани, на которой появляется заряд, относительно кристаллических осей. При изменении ориентации пьезоэлектрический модуль изменяется.

Электризация кристалла под действием внешних сил называется прямым пьезоэффектом. Вещества, обладающие пьезоэффектом, называются пьезоэлектриками. Для изготовления измерительных преобразователей наибольшее применение нашли естественные кристаллы кварца и искусственные пьезоэлектрические материалы — пьезокерамики, например цирконат-титанат свинца.

Заряд, образующийся на поверхности пьезоэлектрического кристалла, будет прямо пропорциональным приложенной силе

Чтобы измерить заряд, на противоположные поверхности кристалла методом осаждения наносятся электроды. Такое устройство образует конденсатор, и, таким образом, пьезоэлектрический датчик может рассматриваться как генератор зарядов с параллельно включенным конденсатором. В таблице 1 представлены характеристики для наиболее часто