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声学量传感器

/acoustic quantity sensor/
条目作者程明昆

程明昆

最后更新 2023-07-19
浏览 220
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能感受声学量并转换成可用输出信号的传感器。是把外界声场中的声信号(声波)转化为电信号的传感器。

英文名称
acoustic quantity sensor
所属学科
仪器科学与技术

声波是振动(压力、应力、质点位移、质点速度等的变化)在弹性媒质(气体、液体和固体)中的传播。在空气中传播的声波称为空气声,在水中传播的声波称为水声,在固体中传播的声波称为固体声或结构声。

声传感器按频率特性,可分为声频传感器、超声传感器(图1)和次声传感器。

按照不同传播媒质,通常用于空气声接收的声传感器称为传声器或麦克风(俗称话筒,图2),用于水或液体中的称为水听器(图3),而用于固体中的称为超声传感器。

图1 超声传感器图1 超声传感器

图2 传声器(话筒)图2 传声器(话筒)

图3 水听器图3 水听器

按照测量原理分类主要分为电阻变换型(如碳粒式送话器)、静电变换型(如电容式的、压电式的)、电磁变换型(如电动式的、磁致伸缩式的)以及光电型(如干涉式的、光量变化式的)等。电阻变换型的声传感器可分为阻抗变换和接触阻抗型两种。

阻抗变换型声传感器是在声波作用下,应变片的阻抗发生变化,从而得到与声信号对应的电信号输出;而接触阻抗型声传感器则是在声波的作用下传感器的接触阻抗发生变化,从而得到与声信号对应的电信号输出。

静电变换型电容式声传感器原理是加有极化电压的可变电容器在声波作用下电容发生变化,使电容器的电场产生变化,从而得到随声压变化的电信号。

静电变换型压电式声传感器是利用压电效应,将声信号转变为电信号。常用的压电材料有罗谢尔盐、石英晶体等压电晶体和钛酸钡、锆钛酸铅等压电陶瓷,以及聚偏氟乙烯一类的有机压电材料。

电磁变换型声传感器原理是当振动膜片受声波作用时,带动永磁场中的线圈切割磁力线,产生感应电流,从而将声信号转变为电信号。最常见的是电磁型的动圈式话筒,俗称麦克风。

磁致伸缩型声传感器是利用磁致伸缩材料(如铁氧体等)的逆效应,即当材料受到压力或张力作用而使材料长度发生变化时,材料内部的磁化状态也随之改变,从而可以将声压转换为相应的电信号。

声学量传感器在通信、噪声控制、环境监测、音质评价、文化娱乐、超声监测、水下探测和生物医学工程及医学方面有广泛的应用。老式电话机的碳粒话筒就是接触阻抗型声传感器典型的应用。电容声传感器由于优越的电声特性,主要用于精密声学测量及电视、广播、电影及剧院中的高保真录音场合;驻极体声传感器由于不需要极化电压,简化了结构,广泛用于电视、电话、手机以及录音机等多种电声设备。高性能的驻极体声传感器由于其电声特性比电容声传感器性优,所以在录声、扩声设备以及噪声测量中已逐渐取代电容声传感器。动圈话筒使用较简单,无须极化电压,牢固可靠、性能稳定,价格相对便宜,因此是会议、群众娱乐等各种场合使用最广泛的声传感器。磁致伸缩型声传感器主要用于超声检测和水听器中。

  • BERANEK L L.Acoustics.New York:McGray Book Compary,Inc.,1954.
  • 利昂坎.水声学.陈桂生,等译.《水声译从》编辑组,1977.

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