传声器选择南华大学

GF-B3720110001项目 目录 一 传声器的分类 二 动圈式传声器 三 电容式传声器 四 压电式传声器 五 碳粒传声器 六 光纤传声器 一 传声器的分类 对各种类型的传声器进行辐照实验，然后将辐照前后传声 器主要技术指标进行比对，最终确定一类抗辐照性能最好 的传声器。 传声器的主要技术指标 ： 灵敏度； 频率范围 (带宽 )； 信号噪声比 (S/N)； 源阻抗及推荐的负荷阻抗 ； 瞬态响应； 指向特性。 二 动圈式传声器 动圈式话筒是依据电磁感应原理制成的，接受声波的膜片发 生受迫振动，带动处于恒定磁场内的线圈，从而产生交变的 感应电动势 ，形成变化着的电信号 。 动圈式传声器具有结构牢固可靠、 性能稳定、无需外加直流电压、 使用简便等优点。拟采用 得胜 KM-655。 三 电容式传声器 电容话筒是依据接收声波的膜片构成电容，受迫振动 后，其电容量发生变化从而产生 交变电压 ，形成变化 着的电信号。 膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十 pF。 因而它的输出阻抗值很高，约几十兆欧以上。这样高 的阻抗是不能直接与放大器相匹配的。所以在话筒内 接入一只 结型场效应管 来进行阻抗变换和电压放大。 JFET的电参数主要取决于沟道纯掺杂质浓度 nc和迁移率 。 中子辐射引起的载流子去除效应将降低纯掺杂质浓度 nc。由 于中子辐射在硅体内形成的缺陷对于自由载流子来说是个散 射中心，这就降低了硅材料载流子的迁移率，一般来说，当 中子注量达 1015/cm2以上时，迁移率降低才变得明显。 JEFT抗总剂量能力较双极器件要强得多，它的栅源漏电流 IGSS对总剂量辐射灵敏。 P沟 JFET较 N沟要耐总剂量辐射。噪 声电压一般要经过 103Gy以上的总剂量辐射后才有较明显的 增加。总剂量辐射在耗尽区内引入缺陷和缺陷群，形成大量 的复合 -产生中心，使得 IGSS对总剂量较为灵敏。 在电容式传声器中通常有两种：一种是直流极化式；另一种是驻 极体式。 采用经过事先极化的驻极体代替上述极化电压的电容传声器称为 驻极体电容传声器，简称驻极体传声器。 驻极体传声器的优点是省去了极化电压的装置，电路也简化了， 从而体积小巧，价格相对低廉；缺点是极化电压保持时间有一定 限度。对于使用者来说，应避免在高温和高湿环境下存储和使用 电容传声器，这对延长其使用寿命是有利的。 直流极化式电容传声器一般加 48V幻象电源。 本次实验拟采用 得胜 SM-8B。 四 压电式传声器 压电式传声器包含一个因机械变形而产生 电压（电荷）的传感器元件。在低于元件 共振频率的范围内，电压（电荷）与位移 成正比。 声发射传感器的压电材料用得最多的是锆钛酸铅（ PZT）压 电陶瓷，其原理图如下： 车床刀具磨损监测系统 在刀具磨损状态识别中采用声发射法的优越性在于： 避开了切削过程中振动和音频噪声污染严重的低频区，在所感 兴趣的频率范围内灵敏度较高； 由于监测信号反映的是金属材料内部晶格变化情况，故有可能 较早地对刀具破损进行预报。 其不利之处在于： 特征参数易受工件和刀具材料的影响； 由于声发射信号在接触界面传播时损耗很大，一般要求将传感 器安装在刀具上，需要特制夹具，不利于屏蔽。 磁性夹具 本次实验拟采用北京声华兴业有限公司的 SR800。 硅微压电薄膜传声器 硅微压电薄膜传声器是将压电薄膜沉积在振膜上做 振动而形成的传声器。 压电薄膜有多种，主要包括极化的压电陶瓷（镐钛 酸铅 PZT，钛酸钡等）、择优取向的压电晶体（氧 化锌 ZnO，氮化铝 AlN等）和高分子聚合物（聚偏 氟乙烯 PVDF）等。 该硅微压电薄膜传声器采用 Si3N4作为振动膜，压电薄膜 采用 ZnO，并分成四部分一次串联起来。其整个工艺流程 如下图： 五 碳粒传声器 碳粒传声器是依靠碳粒间的接触电阻的变化来工作的。这种传 声器的高灵敏度取决于碳粒间的连续相互作用，因为这种高灵 敏性使其 不必再使用音频放大器 。 碳粒传声器是由一个填充了碳粒的接触盘构成，通常这些碳粒 是由无烟煤做成的。颗粒与电传导膜通过膜上的接触点相接触， 振膜一般是用一片很薄的铝合金制成。振膜的周期性位移对碳 粒产生了机械压力的变化，这就产生了振膜与接触盘间周期性 变化的阻值。对小的位移来说，电阻的变化与位移的大小成正 比。 输出电压为： 碳粒传声器由于不需前置放大电路，预计耐辐射性能会比电 容式与动圈式传声器要好。但由于碳粒压缩所产生的噪声影 响，这种传声器的信噪比或者动态范围是可变的。碳粒传声 器的频率响应、灵敏度、噪声测量的可重复性很差。 六 光纤传声器 光纤传声器 强度型 透射式 反射式 干涉型 迈克尔逊结 构等 1 透射式强度型光纤传声器 透射式强度型光纤麦克风是将发射光纤和 接收光纤直接对准，通过声压的振动来移 动遮光板或是直接移动接收光纤，通过接 收光纤接收到发射光纤的部分光来实现光 强调制。 2 反射式强度型光纤传声器 目前，光纤麦克风中应用最广泛，原理最简单的当推反射式强度型 光纤传声器（ re-flective intensity modulated fiber optic sensor, RIM-FOS） ，其中形式最简单的便是一入一出型的光纤对式传感 器。这种光纤声传感器的工作原理：光源发出的光通过光纤传输经 透镜聚焦后投射到反射膜上，反射膜把光反射回透镜，再经过透镜 耦合到接收光纤，由声强的扰动引起反射膜的振动，从而影响耦合 到接收光纤中的光强度，这个过程就是声强对光载体进行的强度调 制，接收光纤接收到的经过调制的光传输到光电探测器，由光电探 测器转换成包含了待测物理量信息的电信号，再经过对电信号的处 理就可分离出所要测量声强了。 虽然光纤传声器工作原理很简单，但涉及到的光强调制特性的数学模型比 较复杂。以 RIM-FOS为例，其光强调制系数不但与光纤到反射面的距离有 关，还和反射膜的选择有密切的关系，比如反射膜的尺寸、厚度、材料以 及涂层材料。 国内做光纤传声器的寥寥无几，其中桂林航天光比特科技股份公司 报价 15000元，其产品如下图所示： 当辐射中子注量达到 7X1015/cm2时， LED光输 出功率减少 50%； LED总剂量电离辐射损伤类 似于一般半导体二极管。 中子辐射使得 PIN二极管的体电阻减少，这与一 般二极管受中子辐射后体电阻增加是不同的； 对 PIN光电二极管经 106Gy辐射，相对响应度降 低 70%，暗电流上升了 3到 4个量级。 商用玻璃光纤（ K2/K）对中子辐射十分灵敏， 经不到 1012/cm2中子注量的辐射，光纤对光的 吸收就超过 10dB/m。 拟采用产品 产品价格 优势 备注 动圈式 得胜 KM-655 60 成本低、音频性能比较好 电容式 得胜 SM-8B 180 成本低、音频性能优异 JFET抗辐射性能比较好 压力式 声华兴 SR800声发 射传感器、 锦州科信电子有限 公司压电薄膜 无损探测使用普 遍，能检测超声 波 压电材料抗辐射 耐高温 碳粒式 无相关产品 无需内置放大电 路，抗辐射性能 好 光纤式 桂林航天光比特 15000 抗电磁干扰 价格昂贵，在辐 射环境中光损耗 大