第七章声超声波敏感传感器.pdf

第七章声/超声波敏感传感器

§ 声敏传感器
概念:是一种将在气体、液体或固体中传播的机械振动转换成电信号的
器件。
种类:按测量原理可分为压电效应、电致伸缩效应、电磁感应、静电效
应和磁致伸缩等等,列于表中。
声敏传感器的分类

分类原理传感器构成

电磁变换动电型动圈式麦克风线圈和磁铁
扁型麦克风
动圈式拾音器
电磁型电磁型麦克风(助听器) 磁铁和线圈
电磁型拾音器高导磁率合金
磁记录再生磁头或铁氧体和线圈
磁致伸缩型水中受波器镍和线圈
特殊麦克风铁氧体和线圈
静电变换静电型电容式麦克风电容器和电源
驻极体麦克风驻极体
静电型拾音器
压电型麦克风罗息盐,石英,压电
石英水声换能器高分子(PVDF)
电致伸缩型麦克风钛酸钡(BaTiO3)
水声换能器锆钛酸铅(PZT)
压电双晶片型拾音器
电阻变换接触阻抗型电话用碳粒送话器炭粉和电源
阻抗变换型电阻丝应变型麦克风电阻丝应变计和电源
半导体应变变换器半导体应变计和电源
光电变换相位变化型干涉型声传感器光源,光纤和光检测
DAD 再生用传感器器
激光光源和光检测器
光量变化型光量变化型声传感器光源,光纤和光检测
器
电阻变换型声敏传感器
分类:按照转换原理可分为:接触阻抗型、阻抗变换型两种。
一、接触阻抗型声敏传感器-----接触式测量声波且通过阻值变化来检测。
一个典型实例-----碳粒式送话器:
工作原理图:

基本工作原理:当声波经空气传播至膜片时,膜片产生振动,在膜片和
电极之间的碳粒的接触电阻发生变化,从而调制通过送话器的电流,该电流
经变压器耦合至放大器,信号经放大后输出。

二、阻抗变换型声敏传感器
-----是由电阻丝应变片或半导体应变片粘贴在膜片上构成的。
当声压作用在膜片上时,膜片产生形变,使应变片的阻抗发生变化,检
测电路将这种变化转换为电压信号输出从而完成声—电的转换。

压电声敏传感器
------是利用压电晶体的压电效应制成的。
压电声敏传感器的结构图:
压电晶体的一个极面和膜片相连接
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原理:当声压作用在膜片上使其振动时,膜片带动压电晶体产生机械振
动,压电晶体在机械应力的作用下产生随声压大小变化而变化的电压, 从而
完成声—电的转换。
应用电路—1. 压电微音器:

2. 压电微音器在噪声计上的应用电路。
μμ

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其他声敏传感器
一、电容式声敏传感器(静电型)
电容式送话器的结构:
由膜片、护盖及固定电极等组成,
膜片为一片质而弹性好的金属薄片,
与固定电极组成间距很小的可变电容
器。
原理:当膜片在声波作用下振动
时,膜片与固定电极间的距离发生变
化,从而引起电容量的变化。
如果在传感器的两极间串接负载电阻 RL 和直流电流极化电压 E,在电容
量随声波的振动变化时,在 RL 的两端就会产生交变电压。

二、音响传感器
-----是将气体(空气)、液体(水)和固体中传播的机械振动变换成电信
号的一类传感器。
音响传感器有:将声音载于通信网的电话话筒;
将可听频带(20Hz~20KHz)的声音进行电变换的放音、录音话筒;
从媒质所记录的信号还原成声音的各种传感器等。
根据变换原理将音响传感器分类表:
电磁变换电动式动圈式话筒线圈与磁铁
带式话筒
动圈式拾音器
电磁式电磁式助听器磁铁与线圈
电磁式拾音器高导磁率合金或铁氧与
录放磁头线圈
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磁致伸缩式水中声波接收器镍与线圈
特殊话筒铁氧与线圈
静电变换静电式电容式电筒电容与电源
驻极体话筒驻极电介体
静电式拾音器
压电式话筒洒石酸钾钠块,晶体压电性
晶体水听器高分子
电致伸缩式话筒钛酸钡
水听器钛锆砂铅(PVT)
双压电晶片式拾音器
电阻变换接触电阻式电话用炭精式话筒炭精粉与电源
电阻变化式电阻丝应变式话筒电阻丝应变计与电源
半导体应变变换器半导体应变计与电源
光电变换相位变化式干涉式音响传感器光源、光纤与光检出路
DAD 放音器激光光源与光检出器
光量变化式光量变化式声响传感光源、光纤与光检出器
器

1. 驻极体话筒
如图:系统的合成电容为 C(F)
电介质薄膜:聚酯、聚碳酸酯、ε
氟化乙烯树脂材料。σ
驻极体薄膜一个面为电极,与固
ω
定电极保持一定的间隙 d0。
原理:使其内部极化,并将电荷
固定在薄膜的表