Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Метрологическое обеспечение акустических приборов

Градуировка электроакустических преобразователей методом взаимности

Наиболее распространённым и универсальным методом градуировки электроакустических преобразователей звука в настоящее время является метод взаимности.

Принцип взаимности может быть сформулирован в следующей виде: чувствительности любого линейного обратимого преобразователя в режиме излучения и приема связаны между собой постоянным соотношением, называемым коэффициентом взаимности.

Чувствительностью электроакустического преобразователя в режиме излучения называется отношение звукового давления, создаваемого им на расстоянии r, к электрическому току, протекающему через преобразователь.

Чувствительность преобразователя в режиме приёма - это отношение электродвижущей силы, развиваемой преобразователем, к звуковому давлению, действующему в месте его расположения.

Коэффициент взаимности определяется главным образом характером акустического поля, создаваемого преобразователем в режиме излучения.

С помощью метода взаимности градуируют образцовые преобразователи звука и контролируют чувствительность рабочих преобразователей звука. Он может применяться в широком диапазоне частот в виде различных вариантов, при которых используются различные приемы и техника измерений.

На низких звуковых частотах в воздухе и в воде используется метод взаимности, разработанный для камеры малого объема.

Метод градуировки преобразователей в условиях свободного поля. Испытуемый приёмник может быть необратимым, поэтому в качестве излучателя его использовать нельзя.

Прибор градуируют в три этапа.

На первом этапе вспомогательный источник звука (рис. 1) создаёт в месте расположения испытуемого приёмника звука звуковое давление p, вызывающее напряжение U1 на выходе приёмника звука. Измеряется значение U1.

Градуировка приемников звукового давления методом взаимности в свободном поле

Рис. 1. Градуировка приемников звукового давления методом взаимности в свободном поле

На втором этапе режим работы вспомогательного источника звука не изменяют, а приёмник звука заменяют обратимым преобразователем, работающим в режиме приёма. При этом на выходных зажимах обратимого преобразователя измеряется напряжение U2.

По существу первые два этапа измерений - это сравнение чувствительности двух приёмников звука, так как отношение U1 / U2 при равном давлении на приёмниках звука - это отношение их чувствительностей Е1 / Е2.

На третьем этапе измерений обратимый преобразователь используют в режиме излучения. Возбуждаемый током I, он создаёт в месте расположения испытуемого приёмника звука на расстоянии r от своего акустического центра давление p1, вызывающее напряжение U3 на выходе испытуемого приёмника. Измеряется ток I, напряжение U3 и расстояние r.

Чувствительность испытуемого приёмника звука Е2 определяют по формуле

Е2 = [(U1 U3 / U2 I) H]1/2

По результатам описанных измерений кроме чувствительности испытуемого приемника может быть найдена чувствительность обратимого преобразователя в режиме излучения и приема.

Аналогично описанному градуируют источники звука.

Обязательным условием выполнения градуировки является необходимость обеспечения линейности всего измерительного тракта, включая и обратимый преобразователь.

Камеры малого объёма. Используются для градуировки акустических преобразователей, например микрофонов, методом взаимности. Обычно она представляет собой цилиндрическую камеру с достаточно жесткими стенками и малой высоты по сравнению с длиной звуковой волны. Камеры малого объема для звукового диапазона частот имеют объем от 2 до 45 см3.

К двум торцам камеры присоединяют попеременно то вспомогательный излучатель и испытуемый микрофон, то вспомогательный излучатель и обратимый преобразователь, то обратимый преобразователь и испытуемый микрофон. Испытуемый микрофон, вспомогательный излучатель и обратимый преобразователь вставляют в соответствующие оправки в торцах камеры так, что их мембраны по существу составляют часть крышек камеры.

Типовая камера имеет диаметр 42,8 и высоту 12,5 мм. При заполнении камеры воздухом можно осуществить градуировку микрофонов до 5000 Гц. При заполнении водородом допустимая частота возрастает до 18000 Гц.

При измерениях в камерах малого объема среднее квадратическое отклонение (СКО) результата измерений (So) не превышает 0,1…0,3 дБ в диапазоне частот 20 Гц...10 кГц, при не исключенной систематической погрешности (о) 0,1…0,2 дБ. Измерения проводятся при звуковых давлениях 0,05…2 Па.

Серьезным недостатком градуировки с помощью камеры малого объема является необходимость многократной перестановки преобразователей звука и связанные с этим дополнительные погрешности.

Разработанная А.Н. Ривиным конструкция камеры позволяет градуировать преобразователи, не переставляя их, а только переключая элементы измерительной схемы.

Обратимые электроакустические преобразователи. При акустических измерениях часто необходимо использовать один и тот же электроакустический преобразователь как в режиме приема, так и в режиме излучения. Это обязательно при градуировке методом взаимности, а также при измерениях, производимых импульсными, реверберационными и тому подобными методами.

Условие обратимости проверяется следующим образом. Однотипные преобразователи 1 и 2 устанавливают в свободном поле на расстоянии 20 см друг от друга. Сначала на преобразователь 1 подается ток I1 , а на выходе преобразователя 2 измеряется напряжение U2 (рис. 2).

Проверка условия обратимости

Рис. 2. Проверка условия обратимости

Затем через преобразователь 2 пропускается ток I2 , а на выходе преобразователя 1 измеряется напряжение U1 (рис. 4.2).

Если I1 = I2 , то по условию взаимности U1 /U2 =1 (в случае , если оба преобразователя подчиняются принципу взаимности).

Отклонение этого отношения от единицы, превышающие погрешности измерений, характеризуют нарушение принципа взаимности в данных преобразователях, а следовательно, и систематическую погрешность градуировки.

Для повышения точности измерений необходимо уменьшать размеры преобразователей, а градуировку производить на достаточно больших расстояниях, которые допустимы в отношении влияния отраженных сигналов.

При градуировке микрофонов по методу взаимности часто в качестве обратимого преобразователя используют капсюль конденсаторного микрофона.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Право
Психология
Религиоведение
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее