如何利用压电陶瓷片进行对微弱声音信号的检测并放大,还有如何确定压电陶瓷片能正常工作,请详细说明下。
裸压电陶瓷片不能与可听音频(20~20k)声音信号耦合充分,需进行声阻抗匹配,对不同频率的压电输出信号,微弱放大电路的形式不同,须满足电阻抗匹配,低频下可采用电荷放大或高输入阻抗的电压放大器,高频下压电器件阻抗较低,可直接电压放大,但须考虑噪声匹配。
压电陶瓷片是有固有频率的,它是由外形尺寸(圆形的是直径)决定。但是在固有频率的一定范围内,其发声音调是由驱动它的信号频率决定的。只要改变在此范围内的音频振荡器的频率就能改变基音调,如NE555等。因为压电陶瓷片的阻抗较高,驱动电压也较高,因此,通常要加一个音频升压变压器。
本实验采用压电陶瓷换能器来实现声压和电压之间的转换。它主要由压电陶瓷环片、轻金属铅(做成喇叭形状,增加辐射面积)和重金属(如铁)组成。压电陶瓷片由多晶体结构的压电材料锆钛酸铅制成。在压电陶瓷片的两个底面加上正弦交变电压,它就会按正弦规律发生纵向伸缩,从而发出超声波。同样压电陶瓷可以在声压的作用下把声波信号转化为电信号。压电陶瓷换能器在声—电转化过程中信号频率保持不变。
S1作为声波发射器,它把电信号转化为声波信号向空间发射。S2是信号接收器,它把接收到的声波信号转化为电信号供观察。其中S1是固定的,而S2可以左右移动。
由波动理论得知,声波的传播速度v与声波频率 和波长 之间的关系为 。所以只要测出声波的频率和波长,就可以求出声速。其中声波频率可由产生声波的电信号发生器的振荡频率读出,波长则可用共振法和相位比较法进行测量。时差法可通过测量某一定间隔距离声音传播的时间来测量声波的传播速度。
声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波(频率超过2×104Hz的声波)传播速度的测量在超声波测距、测量气体温度瞬间变化等方面具有重大意义。超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。因而通过媒质中声速的测定,可以了解媒质的特性或状态变化。例如,测量氯气(气体)、蔗糖(溶液)的浓度、氯丁橡胶乳液的密度以及输油管中不同油品的分界面等等,这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。可见,声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。同时,通过液体中声速的测量,了解水下声纳技术应用的基本概念。