3 Акустические датчики

В основе электроакустики лежит использование явления взаимодействия акустических и электрических колебаний.

По принципу действия и режимам работы электроакустические приборы делятся на:

1) резонансные;

2) апериодические нерезонансные.

Наибольшее распространение получили резонансные приборы. Для построения электроакустических приборов используется пьезоэффект.

Первым прибором не только в электроакустике, но и вообще в электронной технике был кварцевый резонатор. В сравнении с резонаторами из других материалов, кварцевый резонатор обладает наибольшей стабильностью частоты и наиболее высокой добротностью.

Электроакустические резонаторы

Возможность возбуждения колебаний в резонаторе определяется его геометрией. Форма резонаторов:

1) прямоугольный брусок (можно получить продольные и поперечные резонансные колебания);

2) диски (радиальные колебания);

3) цилиндры, кольца (крутильные колебания).

Пьезоэлектрические резонаторы выполняются как двухполосными, так и трех и четырехполосными. Они помимо частотно - избирательной функции выполняют функцию трансформации сигнала, поэтому их называют пьезоэлектрическими транзисторами (ПЭТ).

ПЭТ является акустическим прибором, он способен измерять акустические волны. Наибольшая амплитуда акустической волны достигается при работе ПЭТ на резонансной частоте в режиме холостого хода. Это свойство ПЭТ расширяет его функциональные возможности:

1) используя один ПЭТ как излучатель, другой как приемник акустических сигналов, можно заменить электрическую связь между радиоэлектронными приборами акустической;

2) малогабаритные ПЭТ применяются в технике и медицине, где применяются ультразвуковые колебания, благодаря способности изучать акустические волны;

3) используется в качестве узкополосного малогабаритного микрофона;

4) используется в качестве излучателя электрических волн большой длины (например, для осуществления устойчивой связи в телеграфном режиме на расстоянии до 700 метров);

5) используется в качестве регистратора электромагнитных, акустических колебаний, так как параметры ПЭТ изменяются под действием этих колебаний;

6) используется в качестве чувствительного тензодатчика, датчика температуры;

7) для дозировки подачи жидкости и газов, для измерения механической нагрузки;

8) для определения плотности жидкости и газа;

9) используется как высокочувствительные весы;

10) для определения атмосферного давления (барометр).

Таким образом, ПЭТ является универсальным прибором, выполняющим функции ряда элементов и устройств в современной радиоэлектронике.

Электроакустические усилители.

В основе работы лежат различные явления физической акустики:

1) электроакустический (пьезорезистивный) усилитель. Принцип действия основан на использовании пьезоэффекта, явления механического резонанса и эффекта зависимости сопротивления керамического материала от приложенного к нему давления.

2) усилитель электрофотонного взаимодействия. Принцип действия основан на эффекте взаимодействия электронов и фотонов. Материалами являются монокристаллы полупроводников (CdS, GaAs, InSb и т.д.).

Входной сигнал подается на п1 и возбуждает в нем акустические колебания, они проходят через полупроводник и п2 преобразует их в электрические колебания. С помощью Е_п в полупроводнике создается электрическое поле, которое сообщает электронам необходимую скорость движения. Электроны отдают свою энергию акустической волне, чем и определяется усиление.

3) параметрический усилитель. Работа основана на эффекте взаимодействия упругих волн. Эффект усиления здесь проявляется за счет нелинейности характеристик поляризации пьезокерамики.

Электроакустические запоминающие устройства

Электроакустические запоминающие устройства способны сохранять информацию после отключения напряжения питания.

Принцип действия электроакустических запоминающих устройств основан на гистерезисном характере зависимостей переменного тока, протекающего через резонатор (транзистор) в момент резонанса, а также его частоты и фазы от управляющего воздействия.

Электроакустические приборы могут быть не только с двумя устойчивыми состояниями, но и многостабильными устройствами.