Меню
Главная
УСЛУГИ
Авторизация/Регистрация
Реклама на сайте
 
Главная arrow БЖД arrow Надзор и контроль в сфере безопасности
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >

Шумомер. Виды микрофонов

Шумомер – прибор, предназначенный для объективного измерения уровня громкости звука. Шумомер содержит ненаправленный измерительный микрофон, усилитель, корректирующие фильтры, детектор и стрелочный индикатор. Общая схема шумомера выбрана так, чтобы его свойства приближались к свойствам человеческого уха. Чувствительность уха зависит от частоты звука, а вид этой зависимости изменяется с изменением интенсивности измеряемого шума (звука). Поэтому в шумомере имеются три комплекта фильтров, обеспечивающих нужную форму частотной характеристики при малой громкости (A) ~40 фон (используется в диапазоне 20–55 фон), средней громкости (В) ~70 фон (55–85 фон) и большой громкости (С) -125 фон (85–140 фон). Характеристика при большой громкости равномерна в полосе частот 30–8000 Гц. Шкала А применяется также для измерения уровня громкости, выраженного в единицах – децибел с пометкой А, т.е. дБ (A), при любой громкости. Величиной уровня звука в дБ (A) пользуются при нормировании громкости шума в промышленности, жилых домах и на транспорте. Переключение фильтров производится вручную в зависимости от громкости измеряемого звука (шума).

Современный шумомер представляет собой компактный портативный прибор, питание которого осуществляется при помощи находящихся внутри сухих батарей. Микрофон, электронная схема и индикатор шумомера должны быть предельно устойчивы по отношению к изменениям температуры, влажности, барометрического давления, а также стабильны во времени. Принцип работы шумомера основан на измерении электрического сигнала, поступающего с измерительного микрофона и пропорционального звуковому давлению акустических шумов.

Микрофон – датчик, работающий в слышимом диапазоне. По существу, микрофон является датчиком давления, приспособленным для преобразования звуковых волн в широком спектральном диапазоне, из которого обычно исключены очень низкие частоты (ниже нескольких Гц). Микрофоны обычно характеризуются чувствительностью, направленностью, полосой частот, динамическим диапазоном, размерами, стоимостью и т.д. Для работы в разных средах используются различные конструкции акустических датчиков. Например, для детектирования волн в воздухе или вибраций в твердых телах приме няются микрофоны, а для работы в жидкой среде – гидрофоны. Основное отличие между обычным датчиком давления и акустическим преобразователем заключается в том, что последнему не приходится измерять постоянное или очень медленно меняющееся давление. Его рабочий частотный диапазон начинается с нескольких Гц (иногда с десятков милигерц), а заканчивается в районе нескольких мегагерц для ультразвуковых датчиков, и даже нескольких гигагерц для устройств, реализованных на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Любой микрофон или гидрофон состоит из диафрагмы и преобразователя перемещений, преобразующего отклонение диафрагмы в электрический сигнал. Поэтому все акустические преобразователи отличаются только конструкцией этих двух компонентов. Хотя некоторые из них могут также включать дополнительные компоненты, такие как звукопоглотители, фокусирующие отражатели или линзы и т.д.

Резистивные микрофоны состоят из полупроводникового порошка (обычно графита), объемное удельное сопротивление которого меняется в зависимости от величины приложенного звукового давления. Такие устройства обладают очень ограниченным динамическим диапазоном, плохими частотными характеристиками и высоким уровнем шума. В современных шумомерах резистивные микрофоны не используют.

Электростатические микрофоны – такие устройства иногда называются конденсаторными или емкостными микрофонами. Напряжение на конденсаторе устройства можно описать выражением

(7.5)

где q – заряд на пластинах конденсатора; d – расстояние между пластинами; А – площадь пластин; о = 8,8542; εo = 8,8542 • 10-12 – электрическая постоянная, Кл2/(Н/м2).

Уравнение (7.5) лежит в основе принципа действия емкостных микрофонов. Электростатический микрофон преобразует расстояние между пластинами в электрический сигнал, который усиливается последующими электронными цепями. Очевидно, что для работы такого устройства необходим источник электрического заряда q, от величины которого зависит чувствительность микрофона. Заряд может быть получен либо от внешнего источника питания, вырабатывающего напряжение в диапазоне 20–200 В, либо от внутреннего источника, способного выдавать аналогичный заряд, для чего в подложке микродатчика формируется электретный слой, представляющий собой поляризованный диэлектрический кристалл.

В настоящее время многие емкостные микрофоны реализуются на основе кремниевых диафрагм, которые преобразуют акустическое давление в перемещение и выполняют функцию подвижной пластины конденсатора.

При проведении прямых акустических измерений в условиях агрессивной окружающей среды требуются датчики, способные выдерживать высокие температуры нагрева и сильные вибрации. Для этих целей наилучшим образом подходят оптоволоконные интерферометрические микрофоны.

Интерферометр отслеживает отклонения диафрагмы, которые напрямую связаны с величиной акустического давления. Датчик все время охлаждается водой для обеспечения защиты от перегрева оптических материалов и для стабилизации механических свойств диафрагмы.

Для разработки простых микрофонов может использоваться пьезоэлектрический эффект (образование электростатических зарядов на поверхности диэлектрика при его деформации). Пьезоэлектрический кристалл является прямым преобразователем механического напряжения в электрический заряд. Наиболее часто используемым материалом для изготовления датчиков для пьезоэлектрических микрофонов является пьезоэлектрическая керамика, которая может работать на очень высоких частотах. По этой причине пьезоэлектрические датчики применяются для преобразования ультразвуковых волн.

Электретные микрофоны – это электростатические преобразователи, состоящие из металлизированной электретной диафрагмы и металлической пластины, отделенных друг от друга воздушным зазором. Электрет – это диэлектрический материал кристаллической структуры с постоянной электрической поляризацией.

Электретные микрофоны отличаются от других аналогичных устройств тем, что им для работы не требуется дополнительного источника постоянного напряжения. Тогда как при таких же размерах и чувствительности на емкостной микрофон необходимо подавать напряжение выше 100 В. Механическое напряжение диафрагмы обычно довольно маленькое (около 10 Н/м), поэтому возвратная сила определяется в основном сжимаемостью воздушного зазора. Для изготовления диафрагмы иногда используют тефлон ФЭП (ФЭП – фторированный этилен-пропилен). Температурная чувствительность электретных микрофонов составляет порядка 0,03 дБ/°С в диапазоне температур от -10 до +50°С.

Электретные микрофоны обладают рядом достоинств. Они могут работать в широком частотном диапазоне от 10-3 Гц до сотен мегагерц, у них плоская частотная характеристика (в пределах ±1 дБ), они обладают низким уровнем нелинейных искажений, высокой виброустойчивостью, хорошей реакцией на импульсное возмущение и нечувствительностью к магнитным полям. Чувствительность электретных микрофонов составляет порядка нескольких мВ/мкбар.

Для работы в инфразвуковом диапазоне в металлической пластине электретных микрофонов проделываются отверстия для выравнивания давления. Также здесь часто требуется подача дополнительного напряжения смещения (как в емкостном микрофоне) для усиления поляризации.

В настоящее время использование акустических датчиков гораздо шире, чем просто детектирование звука. Наибольшей популярностью сейчас пользуются микровесы и устройства на ПАВ, реализованные на принципе детектирования механических вибраций в твердых телах. Такие датчики используются для измерения перемещений, концентраций компонентов, механического напряжения, силы, температуры и т.д. Твердотельные акустические детекторы часто входят в состав более сложных датчиков, например химических анализаторов, акселерометров, датчиков давления и т.д. В химических и биологических датчиках акустические каналы, по которым распространяются механические волны, иногда покрываются специальными составами, вступающими в реакцию только с исследуемым веществом.

Генераторы (обычно пьезоэлектрические) заставляют атомы твердых тел совершать вибрационные движения вокруг положения равновесия. Соседние атомы, за счет действия восстанавливающих сил, стремятся возвратить смещающиеся атомы в их исходное положение. В акустических датчиках внешние воздействия влияют на такие параметры распространяющихся волн, как фазовая скорость и (или) коэффициент ослабления. Например, механические напряжения в теле акустических датчиков изменяют скорость распространения в них звука.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика