Физические эффекты акустоэлектрического преобразования. Принцип действия емкостных и пьезоэлектрических преобразователей

Принцип действия емкостного акустоэлектрического преобразователя основан на изменении емкости конденсатора при воздействии упругой механической волны, создаваемой акустическими сигналами.

следует, что возможны три способа изменения емкости конденсатора под действием силовых акустических волн:

1. - путем изменения площади перекрытия пластин – возникает в конденсаторах переменной емкости;

2. - путем изменения диэлектрической проницаемости за счет смещения диэлектрика;

3. - путем изменения расстояния между пластинами конденсатора за счет сжимающего и разжимающего усилия.

Коэффициент преобразования определяется соотношением:

,гд е Uо – напряжение, приложенное к пластинам конденсатора, S – площадь пластин, d – зазор между пластинами, Zм - механическое сопротивление системы, ω – частота воздействующего поля.

Примерами устройств действующих по этой системе являются пластины различных реле (если провода от них выходят за пределы контролируемой зоны), монтажные провода или электрические детали плат, расположенные вблизи металлического корпуса технического средства.

Пьезоэлектрический преобразователь. Пьезоэлектрический преобразователь является генераторным преобразователем, вырабатывающим ЭДС. Пьезоэлектрический преобразователь представляет собой электрический конденсатор, состоящий из пластины пьезоэлемента, то есть кристалла из пьезоэлектрика определенных размеров и электродов из проводящего материала, наложенных на грани пластины.

Принцип действия пьезоэлектрических акустоэлектрических преобразователей основан на использовании прямого пьезоэффекта, тоесть способности пьезоэлектрических материалов генерировать электрические заряды при приложении механической нагрузки производимой силовым акустическим полем.

К пьезоэлектрическим материалам относятся кристаллические вещества (естественные кристаллы кварца) и специальные искусственные керамики, вкоторых при сжатии и растяжении в определенных направлениях возникаетэлектрическое напряжение. Это так называемый прямой пьезоэффект, при обратном пьезоэффекте появляются механические деформации под действиемэлектрического поля.

Примерами устройств, действующих на основе пьезоэффекта, являются источники ультразвука, излучатели и приемники звука, микрофоны и гидрофоны, звуковые резонаторы, фильтры, датчики механических напряжений.