11 Электроакустические преобразователи

Электроакустическими преобразователями называют устройства, преобразующие электрические сигналы в акустические и обратно. В основе построения преобразователей лежит измерение величины затухания упругих колебаний или времени прохождения ими определенного участка пути в измеряемой среде [5]. Электроакустические преобразователи являются генераторами и приемниками акустических колебаний. Находят практическое применение акустические колебания повышенной частоты (ультразвуковые), которые допускают фокусировку и обеспечивают большую точность работы. На точность работы преобразователя влияет форма импульса, погрешности схем измерения или частоты, скорость распространения звука, температура окружающей среды.

Резистивные (полупроводниковые), электростатические и электромагнитные преобразователи могут быть использованы в качестве электроакустических преобразователей. Для этого они должны удовлетворять следующим требованиям: преобразователи должны быть линейны и обратимы; динамические погрешности преобразователей должны быть в допускаемых пределах для всего рабочего диапазона частот.

В качестве излучателей и приемников ультразвука применяются следующие устройства:

а) магнитострикционный вибратор, который представляет собой ферромагнитный сердечник П – или Ш – образной формы с обмоткой из материала, обладающего большой магнитострикцией. Сердечник набирают из листов толщиной 0,1 мм и склеивают между собой. При питании обмотки переменным током сердечник совершает продольные колебания с удвоенной частотой. Для возбуждения колебаний сердечник поляризуют и подмагничивают постоянным потоком [3];

б) электростатический вибратор, представляет собой конденсатор, в котором один из электродов выполнен в виде гибкой мембраны. Вследствие приложенного напряжения между пластинами возникают силы притяжения.

Вибратор не имеет явно выраженной резонансной частоты;

в) пьезоэлектрический вибратор, принцип действия которого рассмотрен в п. 3.

11.1 Акустико-эмиссионные преобразователи

Акустическая эмиссия – процесс излучения материалом механических волн, вызванных локальной динамической перестройкой внутренней структуры материала. Скольжение внутри материала, обусловленное движением дислокаций, является одной из причин акустической эмиссии. Вокруг дислокации создаются локальные поля напряжения, которые приводят к перестройке плотно упакованных атомов в менее упакованные преобразователи. Возникновение и развитие трещин в материале также является причиной акустической эмиссии. Перемещение атомов в решетках кристаллов является источниками акустической эмиссии.

Акустико-эмиссионные преобразователи находят применение при испытании материалов и в приборах неразрушающего контроля изделий. Дальнейшая разработка этих преобразователей позволит использовать их для анализа микроструктуры материалов кристаллического и аморфного строения.

12 Измерительные преобразователи с частотным выходом

Преобразователями с частотным выходом называются измерительные преобразователи, в которых измеряемая величина преобразуется в гармонические колебания или последовательность импульсов. Такие преобразователи обладают высокой помехозащищенностью, простотой получения цифрового кода, возможностью унификации и т. д.

Преобразователи с частотным выходом классифицируются:

по физической природе – механические, электрические, акустические, корпускулярные и др.;

по принципу действия – резонаторные, частотно–зависимые, развертывающие и интеграторные;

по режиму работы – работающие в режиме свободных колебаний, автоколебаний и вынужденных колебаний;

по типу используемых элементов – с сосредоточенными и распределенными параметрами.

На рис. 12.1 преобразователь содержит резонатор Р (или частотно – зависимую схему), систему возбуждения В, приемник П сигналов резонансного контура, генератор Г сигналов и цифровой частотомер ЦЧ. Измерительный сигнал Х воздействует на параметры резонансного контура, изменяя частоту последнего.

Рис. 12.1. Функциональная схема преобразователя с частотным выходом

Основными элементами преобразователей с частотным выходом являются: резонаторы (частотно–зависимые цепи), возбудители и приемники [12].

Достоинства: возможность воздействовать на резонансную частоту без предварительного преобразования сигнала измеряемой величины, высокая добротность, независимость показаний от напряжения источников питания, легкость преобразования выходного сигнала в последовательность импульсов, возможность создания унифицированных приборов. Недостатки: трудно обеспечить устойчивость автоколебаний и отсутствие их срывов.