Об оптимальном сопротивлении нагрузки пьезоэлементов датчиков тонов Короткова

В традиционном случае пьезоэлементы датчиков нагружают на усилитель с большим входным сопротивлением, причём чем больше это сопротивление, тем ниже нижняя рабочая частота датчика. Последнее обстоятельство, тем не менее, является, скорее всего, неким стереотипом и данью традиции, чем технической необходимостью. Действительно, сигналом, пропорциональным звуковому давлению (а следовательно, и ТК), является ток, отдаваемый пьезоэлементом. Заряд же и напряжение являются интегралом от этого тока, поэтому пьезоэлектрические ДТК целесообразно нагружать на усилитель тока, что позволяет более точно определять момент появления ТК, т. е. повысить точность измерения артериального давления.

Но даже нагружая пьезодатчик ТК на усилители напряжения, вовсе не обязательно стремиться к очень высоким входным сопротивлениям. Суть этого замечания заключается в том, что спектр сигналов пульса и ТК существенно отличается, поэтому, изменяя RBX, можно улучшить соотношение сигнал ТК/сигнал пульса, т. е. с большей точностью определять моменты появления и прекращения ТК, а следовательно, повысить точность измерения АД.

На рисунке 6.37 показаны амплитудно-частотные характеристики ДТК для различных значений входного сопротивления усилителя, откуда видно, что, изменяя RliX, можно улучшить соотношение сигнал ТК/сигнал пульса.

На рисунке 6.38 показаны зависимости относительной чувствительности Soth на частоте 40 Гц от отношения реактивного сопротивления пьезоэлемента Хп = 1 / о)СП также на частоте 40 Гц к входному сопротивлению усилителя Rbx для различных диаметров пьезоэлемента dn (диметр металлической мембраны dM = 37 мм).

Амплитудно-частотные характеристики датчика для различных значений входного сопротивления усилителя

Рис. 6.37. Амплитудно-частотные характеристики датчика для различных значений входного сопротивления усилителя

Зависимость относительной чувствительности S на частоте 40 Гц и отношения 1// U по отношению Х/ /?для пьезоэлементов

Рис. 6.38. Зависимость относительной чувствительности Soth на частоте 40 Гц и отношения 1/тк/ Un по отношению Хп/ /?вхдля пьезоэлементов

различных диаметров

Как видно из рисунка 6.38, с уменьшением входного сопротивления усилителя (т. е. увеличением Хп / Квх) чувствительность уменьшается. Измерения проводились (рис. 6.23) при звуковом давлении 10 Па.

На этом рисунке показана также зависимость отношения сигналов ТК UTK к сигналам пульса Un также от входного сопротивления усилителя Хп / Явх для пьезоэлементов различных диаметров. Как видно из графика, сначала с увеличением Хп / RBX отношение UTK / Un растёт, а затем приХп / Явх > 3,5 начинает уменьшаться.

На рисунке 6.39 показана зависимость выходного напряжения датчика U от отношения Хп / RBX. На этом же рисунке приведён график зависимости/ср = 1 / 2лКвхСп от отношения Хп / RBX.

Зависимость выходного напряжения (У датчика и частоты среза

Рис. 6.39. Зависимость выходного напряжения (У датчика и частоты среза

fcp от отношения Хп / /?вх

Анализ графиков на рисунке 6.38 и 6.39 показывает, что оптимальным следует считать соотношение 1 < Zn / RBX <3,5. Этим значениям Zn / RBX соответствует частота среза 40...140 Гц. Пользуясь выражениями / = 1/2я • RBXCn и Z = 1/2л/Сп, нетрудно для/ср = 40...140 Гц получить соотношение для определения требуемого входного сопротивления RBX в зависимости от ёмкости пьезоэлемента Сп:

Измерения проводились с пьезоэлементами диаметром 10,20 и 30 мм (dn / dM = 0,27; 0,54 и 0,81 соответственно). Ёмкость пьезоэлемента 0 10 мм — 2730 пФ (Хп = 1,45 МОм на/= 40 Гц), 0 20 мм — 12 000 пФ (Хп = 332 кОм), 0 30 мм — 3000 пФ (Хп = 133 кОм). Датчики испытывались следующим образом: устанавливались в стенд ПР5151, создающий звуковое давление 10 Па, где измерялось напряжение на выходе датчика на частоте 40 Гц в зависимости от сопротивления Хп / ВЬх, после чего строилась зависимость частоты среза/ср = 1/2я • RbxCn для каждого пьезоэлемента от Хп / RBX.

Для этих же датчиков на цифровом осциллографе записывалась осциллограмма пульса и тонов при измерениях АД и определялось отношение амплитуды сигнала тонов UTK к амплитуде сигнала пульса Un. Строилась зависимость UTK / Un от Хп / RBX.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >