ILoveDiving.ru

Как работают электроакустические преобразователи при повышенном давлении?

В табл. 2.1 и 2.2 приведены характеристики применяемых в водолазной практике электроакустических преобразователей. Эти преобразователи не рассчитаны на работу в условиях повышенного давления газовой среды, вследствие чего их характеристики изменяются.

При увеличении статического давления в п раз по сравнению с атмосферным плотность газа ртакже увеличится пропорционально этому значению, т. е. будет равна п р . Скорость звука в газе при увеличении давления не изменится, но она изменится из-за состава газа.

Рис. 2.8. Частотные характеристики чувствительности микрофона ДЭМШ-1 А в зависимости от изменения избыточного давления кислородно-гелиевой среды
1 – 2,06 МПа (21 кгс/см2); 2 – 1,08 МПа (11 кгс/см2); 3 -0,98 МПа (1 кгс/см2)

Следовательно, чувствительность микрофонов и телефонов зависит от величины статического давления газа и скорости звука в нем.

При увеличении давления газа чувствительность мембранных капсюлей, работающих в режиме микрофона, падает, а чувствительность капсюлей, работающих в режиме телефона, растет до некоторого значения, а затем начинает падать.

При увеличении давления газа чувствительность электроакустических преобразователей, не имеющих мембраны (с высоким акустическим сопротивлением) и работающих в режиме микрофона, практически не изменяется и остается постоянной как при работе в воздушной, так и гелиевой средах.

Для примера на рис. 2.8 приведены частотные характеристики чувствительности микрофона ДЭМШ-1 А в зависимости от изменения избыточного давления в гелиево-кислородной среде. Из рисунка видно, что характеристики микрофона изменяются от действия избыточного давления и состава газовой среды. Типичным является сдвиг резонансных частот преобразователей. Свойственный микрофонам ДЭМШ-1А максимум чувствительности на частоте примерно 1500 Гц при увеличении избыточного давления смещается в сторону низких частот. Этим в основном и определяется то, что чувствительность микрофонов в диапозоне 1000…4000 Гц с увеличением избыточного давления падает, тогда как в начальной части рабочего диапозона (300… 1000 Гц) повышается.

Рис. 2.9. Изменение средней чувствительности микрофона ДЭМШ-1А (а) и телефона ТА-56М (б)
1 — при использовании воздуха; 2 — кислородно-азотно-гелиевая смесь

На рис. 2.9 показано изменение средней чувствительности микрофона ДЭМШ-1А и телефона ТА-56М при различных давлениях воздуха и кислородно-азотно-гелиевой смеси с содержанием гелия 67%. Изменения чувствительности микрофонов типа ДЭМШ-1А в зависимости от изменения избыточного давления и газового состава среды носит ярко выраженный характер. Эти изменения в существующих типах преобразователей должны быть скорректированы электрической схемой включения преобразователя.

Чувствительность телефонов типа ТА-56М с изменением условий работы меняется не столь резко, однако наблюдается увеличение чувствительности в области 1000…4000 Гц при давлениях примерно до 1,6 МПа (16 кгс/см2).

На рис. 2.10 показано изменение средней чувствительности капсюля ДЭМ-4М и пьезоэлектрического кольцевого элемента, работающих в режиме микрофона, и чувствительность громкоговорителя 0,35 ГД при различных давлениях газовой среды. Из рисунка видно, что пьезоэлектрический кольцевой элемент в режиме микрофона практически не меняет своей чувствительности при увеличении давления. Чувствительность мембранного капсюля ДЭМ-4М снижается более резко в плотной среде (воздухе). Так, при давлении 1,08 МПа (11 кгс/см2) чувствительность капсюля ДЭМ-4М снижается по сравнению с нормальными условиями: в воздушной среде — в 7 раз, в гелиевой среде — в 4 раза.

Рис. 2.10. Изменение средней чувствительности капсюля ДЭМ-4М и пьезоэлектрического кольцевого элемента, работающих в режиме микрофона (а) и чувствительности громкоговорителя 0,35ГД (б) при различных давлениях газовой среды
1 — ДЭМ-4М (кислородно-азотно-гелиевая смесь); 2 — ДЭМ-4М (воздух); 3 — пьезоэлектрический кольцевой элемент (КАГС); 4 — пьезоэлектрический кольцевой элемент (воздух)

Преобразователи, рассчитанные для работы в нормальных условиях, остаются работоспособными и в условиях глубоководных спусков, хотя параметры их и выходят за пределы, предусматриваемые техническими условиями.

В нормальных атмосферных условиях параметры электроакустических преобразователей восстанавливаются.

При разработке электроакустических преобразователей, предназначенных для работы в условиях повышенного давления и отличного от воздуха состава дыхательной смеси, имеется возможность скомпенсировать полностью или частично описанные выше изменения чувствительности путем рационального соотношения электромеханических и электроакустических параметров преобразователей.

Теоретически возможно рассчитать конструктивные параметры резонансных преобразователей, которые бы обеспечивали более высокие характеристики чувствительности при определенном, заданном давлении или составе среды. При других давлениях и составе газовой среды такие характеристики не будут оптимальными. В связи с этим для работы под давлением стремятся применять преобразователи, у которых бы отсутствовали резонаторные полости, например, пьезокерами-ческие преобразователи. В США создан градиентный пьезоке-рамический микрофон, который имеет не зависящую от плотности окружающей среды равномерную частотную характеристику до 18 кГц.

Опубликовано:
9.04.12

Категория - Связь под водой