Global Informatics
Рассмотрим конструктивную схему конденсаторного микрофона.
Рисунок 7 - Конструктивная схема микрофона на основе конденсатора
Измеряемое давление воздействует на гибкую и тонкую (толщиной 10ч20 мкм) мембрану 3, играющую роль подвижной обкладки в датчике смещения емкостного типа. Другая обкладка, 2 фиксирована и имеет отверстия для демпфирования 4, при движении диафрагмы воздух протекает через эти отверстия. Это демпфирование используется для контроля резонансной амплитуды диафрагмы и позволяет скорректировать высокочастотную часть характеристики преобразования в соответствии с объектом измерений (давление, свободное поле, диффузное поле или падение под случайными углами). Капиллярный канал 1 позволяет уравнять среднее давление по обе стороны мембраны. Он определяет низкочастотный отклик и обеспечивает защиту по отношению к колебаниям атмосферного давления. Неподвижная обкладка отделена от подвижной мембраны изолятором 5.
Определим соотношения, устанавливающие связь электрических и механических параметров в конденсаторном микрофоне, а также рассчитаем толщину мембраны микрофона МКЭ-4М.
Заряд плоского конденсатора Q, на который подается разность потенциалов u0, определяется выражением:
(47)
где
ε0 - электрическая постоянная, ε0=8,85·10-12 ;
А - работа, совершаемая при перемещении мембраны, Дж;
x0 - расстояние между обкладками в состоянии покоя, м.
Восстанавливающую силу мембраны можно рассчитать, исходя из ее потенциальной энергии W, являющейся суммой электростатической и упругой энергий.
(48)
где x (t) - положение мембраны в момент времени t;
(49)
где CD - акустическая емкость мембраны, Ф.
Тогда
(50)
где f2 (t) - восстанавливающая упругая сила, противодействующая силе давления f1.
(51)
где Sм - площадь поверхности мембраны, м2.
Так как поверхность мембраны имеет круглую форму, то ее площадь определяется:
(52)
где R - радиус мембраны, м.
Рассмотрим теперь микрофон без учета пропускания воздуха через капилляр. Для расчетов учтем, что микрофон работает в номинальном режиме. Тогда, согласно пункту 2.5:
А=5,85·10-4 Дж;
;
Упругая сила f2 (t) зависит от свойств материала, из которого изготовлена мембрана. Эта зависимость выражается следующей формулой:
(53)
где R - радиус мембраны, м;
Е - модуль упругости материала мембраны, кг/м;
h - толщина мембраны, м;
ω0 - прогиб центра мембраны, м;
a, b - коэффициенты зависящие от формы мембраны.
Для круглой мембраны:
.
Прогиб центра мембраны определяется через изменение объема воздуха , вытесненного мембраной в момент прогиба:
(54)
С другой стороны, изменение объема равно разности объема воздуха , находящегося между обкладками и объемом самой мембраны :
(55)
Микрофон МКЭ-4М имеет цилиндрическую форму, тогда:
(56)
(57)
Приравнивая выражения (52), (55) и подставляя в (55) выражения (56), (57) выразим ω0.
(58)
Подставляя в (50) выражения (47), (51), (52), (57), получим выражение для определения толщины мембраны микрофона.
(59)
Учитывая номинальный режим работы микрофона, круглую форму мембраны, а также, что толщина стенок корпуса микрофона пренебрежимо мала по сравнению с диаметром мембраны, по справочнику [9] определим неизвестные величины, необходимые для расчета толщины мембраны.
Статья в тему
Синтезатор частоты УКВ радиостанции
Термин контроллер образовался от английского слова to control -
управлять. Эти устройства могут основываться на различных принципах работы от
механических или оптических устройств до электронных аналоговых или цифровых
устройств.
Контроллеры требуются не только для больших систем, ...