doi:
УДК: 534.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПЛЕНОЧНОГО ТЕРМОФОНА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРИЕМНИКА АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Лукьянов В. Д., Легуша Ф. Ф., Васильев Б. П., Олейник М. М., Разрезова К. В.
Язык статьи: русский

Аннотация

Исследована возможность применения пленочных термофонов в качестве приемника акустических сигналов. Термофон является электротермическим преобразователем, на активном элементе которого происходит преобразование переменного электрического напряжения в звуковую волну. Показано, что на активном элементе пленочного термофона, при условии сохранения системы электрического питания системы по постоянному току, можно осуществить преобразование акустического сигнала в электрический сигнал. Таким образом, впервые было доказано, что термофон является обратимой физической системой, как и другие электроакустические преобразователи, часто используемые в акустике. Полученный на базе пленочного термофона приемник акустического сигнала является линейным безынерционным преобразователем акустических сигналов, способным работать в звуковом и ультразвуковом диапазонах частот. В ходе работы получены выражения для расчета оптимальной толщины активного элемента, частоты верхнего среза рабочего диапазона частот, чувствительности преобразователя акустического сигнала, постоянной времени устройства. Активный элемент устройства может быть изготовлен из чистого металла, например, методом напыления. Выбор металла для изготовления активного элемента может быть осуществлен исходя из технологических возможностей производственной базы предприятия и экономических показателей. В электротермических приемниках звука отсутствуют какие-либо подвижные механические элементы, за счет чего устройство оказывается нечувствительным к внешним вибрационным воздействиям. Масса и габаритные размеры электротермических приемников звука малы. Имеются дополнительные возможности минимизировать эти параметры устройства, что, в свою очередь, позволит использовать электротермические приемники звука в миниатюрных устройствах радиоэлектронной аппаратуры. Можно также показать, что при соответствующем конструктивном исполнении приемного элемента подобные приемники звука могут быть использованы для регистрации акустических полей, возбужденных в жидких средах. Ключевые слова: термофон, термоакустический эффект, электрический сигнал, активный элемент, преобразование, полоса частот, чувствительность,звуковая волна

Список литературы

1. Легуша, Ф.Ф. Излучение звука поверхностью, температура которой изменяется по гармоническому закону / Ф.Ф. Легуша, К.В. Невеселова // Физическая акустика: сборник трудов XXIV сессии РАО. - Москва : ГЕОС. - 2011. - Т. 1. - С. 83-86.
2. Легуша, Ф.Ф. Широкополосные источники звука - термофоны / Ф.Ф. Легуша, К.В. Невеселова // Морские интеллектуальные технологии. - 2014. - Т. 1, № 3(25). - С. 71-77.
3. Легуша, Ф.Ф. Экспериментальные исследования современных термофонов / Ф.Ф. Легуша, К.В. Невеселова // Морские интеллектуальные технологии. - 2015. - Т. 1, № 4(30). - С. 60-65.
4. Васильев, Б.П. Экспериментальные исследования пленочных термофонов / Б.П. Васильев Ф.Ф. Легуша, К.В. Разрезова // Морские интеллектуальные технологии. -2016. - Т. 1, № 4(34). - С. 118-123.
5. Vasiliev, B.P. Active elements of film sources of sound-thermophones: in 13th International Conference on Films and Coatings. 18-20 April 2017, St. Petersburg, Russian Federation / B.P. Vasiliev, F.F. Legusha, K.V. Razrezova, G.V. Chizhov // 6. Journal of Physics: Conference Series. - 2017. - № 857. - С. 012051. DOI: 10.1088/1742-6596/857/1/012051.
6. Васильев, Б.П. Термоакустические источники звука - термофоны: расчет, проектирование, перспективы применения / Б.П. Васильев, К.В. Разрезова, С.В. Горин, Г.А. Лебедев // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - Т. 1, №1(43). - С. 167-172.
7. Васильев, Б.П. Анализ энергетических потоков, возникающих при излучении звука термофоном / Б.П. Васильев, Ф.Ф. Легуша, К.В. Разрезова // XXXII сессия РАО, г. Москва, 14-18 октября 2019 г.
8. Arnold, H.D. The Thermophone as a Precision Source of Sound / H.D. Arnold, I.B. Crandall // Phys. Rev. - 1917. - Т. 10. - C. 22-38.
9. Wente, E.C. The Thermophone / E.C. Wente // Phys. Rev. - 1922. - Т. 19, №4. - С. 333-345.
10. Беранек, Л. Акустические измерения / Л. Беранек; пер. с англ. ; под ред. Н.Н. Андреева. - Москва : Издательство иностранной литературы, 1952. - 627 с.
11. Ландау, Л.Д., Лифшиц, Е.М. Теоретическая физика: учебное пособие для вузов. В 10 томах. Т. 6. Гидродинамика. 5-е изд. стереот. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. - Москва : Физматлит, 2001. - 736 с.
12. Невеселова, К.В. Расчет амплитуды переменной температуры активного элемента термофона / К.В. Невеселова // Морские интеллектуальные технологии. - 2014. - Т. 1, №4(26). - С. 110-115.
13. Легуша, Ф.Ф. Эффект Константинова и поглощение звука в неоднородных средах / Ф.Ф. Легуша // УФН. - 1984. - Т. 144, №3. - С. 509-522.
14. Константинов, Б.П. Поглощение звуковых волн при отражении от твердой границы / Ф.Ф. Легуша // ЖТФ. - 1939. - Т. 9, №3. - С. 226-238.
15. Константинов, Б.П. Гидродинамическое звукообразование и распространение звука в ограниченной среде / Б.П. Константинов; АН СССР. Акуст. ин-т. - Ленинград : Наука. Ленингр. отделение, 1974. - 144 с. : черт.; 20 см.
16. Легуша, Ф.Ф. Расчет коэффициентов отражения и прохождения плоской волны на границе раздела жидких сред с учетом их вязкости и теплопроводности / Ф.Ф. Легуша // Письма в ЖТФ. - 1982. - Т. 9, №22. - С. 1390-1392.
17. Легуша, Ф.Ф. Импеданс границы раздела жидких сред с учетом эффекта Константинова / Ф.Ф. Легуша // ЖТФ. - 1984. - Т. 54, №1. - С. 181-183.
18. Легуша, Ф.Ф. Поглощение Константинова на границе раздела жидких полупространств / Ф.Ф. Легуша // ЖТФ. - 1984. - Т. 54, №4. - С. 671-678.