КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Твердотельные акустические детекторы
В настоящее время использование акустических датчиков шире, чем просто детектирование звука. Наибольшей популярностью сейчас пользуются микровесы и устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ), реализованные на принципе детектирования механических вибраций в твердых телах. Такие датчики используются для измерения перемещений, концентраций компонентов, механического напряжения, силы, температуры и т.д. Твердотельные детекторы часто входят в состав более сложных датчиков, например, химических анализаторов, акселерометров, датчиков давления и т.д. В химических и биологических датчиках акустические каналы, по которым распространяются механические волны, иногда покрываются специальными составами, вступающими в реакцию только с исследуемым веществом. Генераторы (обычно пьезоэлектрические) заставляют атомы твердых тел совершать вибрационные движения вокруг положения равновесия. Соседние атомы, за счет действия восстанавливающих сил, стремятся возвратить смещающиеся атомы в их исходное положение. В акустических датчиках внешние воздействия влияют на такие параметры распространяющихся волн, как фазовая скорость и/или коэффициент ослабления. Например, механические напряжения в теле акустических датчиков изменяют скорость распространения в них звука. В других датчиках, называемых гравиметрическими, сорбция молекул или прикрепление к ним бактерий ведет к уменьшению скорости акустической волны. А в акустических датчиках вязкости при контакте вязкой жидкости с активной зоной детектора упругих волн происходит уменьшение амплитуды этих волн. Существует несколько конфигураций акустических твердотельных датчиков, различающихся по типу распространения волн в материале. На рис. 6 показаны схемы двух вариантов датчиков: на основе волны изгиба (А) и на основе ПАВ (Б). В первом случае за счет напряжения, приложенного к левой паре электродов, происходит изгибная деформация очень тонкой мембраны. Вертикальное отклонение мембраны преобразуется в электрический сигнал, снимаемый с правой пары электродов. Как правило, толщина мембраны значительно меньше длины волны колебаний. Во втором случае акустические волны формируются на поверхности относительно толстой подложки. В обоих случаях пространство между парами электродов является чувствительной зоной датчиков, реагирующей на внешние воздействия, такие как давление, вязкость жидкости, молекулы газа и микроскопические частицы.
При проектировании твердотельных акустических датчиков необходимо корректно согласовывать электронную часть схемы с механической структурой, где распространяются волны. Такие датчики чаще всего реализуются на основе пьезоэлектрического эффекта. Этот эффект носит обратимый характер. Это означает, что существует в двух направлениях: механическое напряжение индyциpyeт электрические заряды, а приложенное электрическое поле вызывает напряжение в пьезоэлектрических кристаллах. В состав твердотельных акустических датчиков обычно входят два пьезоэлектрических преобразователя: один на передающем конце для возбуждения акустических волн, другой на принимающем для преобразования акустических волн в электрические сигналы. Сила пьезоэлектрического эффекта в твердотельных акустических датчиках зависит от конфигурации электродов. В датчиках на ПАВ используются гребенчатые электроды, а в преобразователях, работающих на объемных акустических волнах, проходящих через все поперечное сечение устройства, - электроды достаточно большой площади, расположенные на противоположных сторонах детектора.
ПАВ-сенсоры входят в состав многих приборов, например, они используются в генераторах в качестве времязадающих устройств. Поскольку на распространение акустических волн оказывают влияние много внешних и внутренних факторов, полученные результаты измерений (изменения частоты выходного сигнала) могут быть неоднозначными и обладать большими погрешностями. Для решения этой проблемы применяют дифференциальные датчики, построенные на основе двух идентичных ПАВ преобразователей: один из которых является эталонным, а другой - чувствительным устройством, реагирующим на изменения внешних воздействий. Эталонный преобразователь экранируется от внешних сигналов, но подвергается воздействию таких общих факторов, как температура, старение и т.д. Частота выходного сигнала, равная разности частот двух ПАВ преобразователей, определяется только измеряемым сигналом и не зависит от влияния других посторонних факторов.
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 421; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |