RU2649056C2 - Method of creating a microphone based on selective absorption of infrared radiation by carbon dioxide in atmospheric air - Google Patents

Method of creating a microphone based on selective absorption of infrared radiation by carbon dioxide in atmospheric air Download PDF

Info

Publication number
RU2649056C2
RU2649056C2 RU2016121813A RU2016121813A RU2649056C2 RU 2649056 C2 RU2649056 C2 RU 2649056C2 RU 2016121813 A RU2016121813 A RU 2016121813A RU 2016121813 A RU2016121813 A RU 2016121813A RU 2649056 C2 RU2649056 C2 RU 2649056C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
receiver
emitter
carbon dioxide
measured
distance
Prior art date
Application number
RU2016121813A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016121813A (en
Inventor
Ювеналий Александрович Крутяков
Михаил Алексеевич Горбунов
Анастасия Алексеевна Крутякова
Original Assignee
Михаил Алексеевич Горбунов
Ювеналий Александрович Крутяков
Чалкин Станислав Филиппович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Алексеевич Горбунов, Ювеналий Александрович Крутяков, Чалкин Станислав Филиппович filed Critical Михаил Алексеевич Горбунов
Priority to RU2016121813A priority Critical patent/RU2649056C2/en
Publication of RU2016121813A publication Critical patent/RU2016121813A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2649056C2 publication Critical patent/RU2649056C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R23/00Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

FIELD: acoustics.
SUBSTANCE: invention relates to acoustics, especially to microphones. Method of creating a microphone based on the selective absorption of infrared (IR) radiation by carbon dioxide. In this case, the IR emitter is used in the wavelength range λby a pose = 2.64÷2.87 mcm at the emitter power, which provides the ratio of the number of generated quanta of light λby a pose to the number of molecules of carbon dioxide
Figure 00000030
within the volume of the emitting beam on the path, the emitter-receiver in the form of an inequality
Figure 00000031
the detectability of the IR receiver is not worse than 5⋅109W-1⋅Hz1/2⋅cm. Interference filter with a bandwidth of 40 nm and an emission factor of at least 0.7 is set at the input of the IR receiver. By the zero of the measurement readout a signal is usually received. This signal is recorded at normal atmospheric pressure and under the conditions that pressures above atmospheric are measured at a transmitter-receiver distance of not more than 1 cm, and the pressure below atmospheric is measured at a distance of not less than 10 cm, and the IR emitter is provided with a focusing lens.
EFFECT: technical result is an increase in efficiency, expansion of the range of measured pressures.
1 cl, 3 dwg, 4 tbl

Description

Предложен способ микрофона нового типа на основе селективного поглощении инфракрасного (ИК) излучения углекислым газом (CO2) воздуха, который может найти применение в измерительной технике при фиксировании высоких и низких уровней звукового давления.A new type of microphone is proposed based on the selective absorption of infrared (IR) radiation by carbon dioxide (CO 2 ) air, which can be used in measurement technology for recording high and low sound pressure levels.

В настоящее время в мире используются разнообразные модели микрофонов, которые являются первичными преобразователями акустических звуковых давлений в электрический сигнал [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]. Все известные модели состоят из последовательного соединения подсистем (звеньев), представляющих собой:Currently, the world uses a variety of microphone models, which are the primary converters of acoustic sound pressure into an electrical signal [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]. All known models consist of a serial connection of subsystems (links), which are:

- акустическую антенну, в которой звуковое давление воздействует на акустический вход микрофона, формирующий механическую силу на подвижном механическом элементе микрофона - мембране, диффузоре;- an acoustic antenna, in which the sound pressure acts on the acoustic input of the microphone, which forms a mechanical force on the moving mechanical element of the microphone - a membrane, a diffuser;

- акустико-механическое звено, в котором в соответствии с колебательной скоростью частиц воздуха осуществляются смещение мембраны в конденсаторных микрофонах или колебания диффузоров в динамических микрофонах;- an acoustic-mechanical link in which, in accordance with the vibrational velocity of air particles, the membrane is displaced in condenser microphones or diffusers are oscillated in dynamic microphones;

- электромеханическое звено, представляющее собой электромеханический преобразователь механических колебаний в электродвижущую силу, при этом эффективность преобразования характеризуется электромеханическим коэффициентом связи (используются электромагнитный закон Ленца, пьезоэффект, изменения напряжения на емкости при изменении электрического заряда);- an electromechanical link, which is an electromechanical converter of mechanical vibrations into electromotive force, while the conversion efficiency is characterized by an electromechanical coupling coefficient (using the Lenz electromagnetic law, the piezoelectric effect, changes in the voltage on the capacitance when the electric charge changes);

- электрическое звено (схемы), которое обеспечивает формирование выходного электрического сигнала микрофона, эквивалентного входному акустическому сигналу, в форме, удобной для последующего его использования при передаче по каналам связи, для запоминания, усиления и воспроизведения.- an electrical link (circuit), which provides the formation of the output electrical signal of the microphone, equivalent to the input acoustic signal, in a form convenient for its subsequent use in transmission over communication channels, for storage, amplification and reproduction.

В качестве аналога (прототипа) может быть использован любой известный микрофон, состоящий из перечисленных выше элементов.As an analogue (prototype), any known microphone consisting of the above elements can be used.

К недостаткам аналога можно отнести:The disadvantages of the analogue include:

- низкий коэффициент полезного действия (не более 5%);- low efficiency (not more than 5%);

- максимальные значения уровней давлений для известных микрофонов [3, 6, 7] не более 130-140 дБ;- maximum values of pressure levels for known microphones [3, 6, 7] not more than 130-140 dB;

- микрофоны для регистрации высоких уровней давлений [3, 6, 7] до 180 дБ имеют частотный диапазон 10-120 Гц.- microphones for recording high pressure levels [3, 6, 7] up to 180 dB have a frequency range of 10-120 Hz.

В предлагаемых микрофонах, по мнению авторов, будут устранены перечисленные недостатки аналогов, что и является новым техническим решением.In the proposed microphones, according to the authors, the listed disadvantages of analogues will be eliminated, which is a new technical solution.

В способе создания микрофона на основе селективного поглощения ИК излучения молекулами углекислого газа воздуха в соответствии с предложением используют излучатель ИК излучения в диапазоне длин волн λпогл=2,64÷2,87 мкм при мощности ИК излучателя, которая обеспечивает отношение числа генерируемых квантов

Figure 00000001
к числу молекул углекислого газа в пределах объема излучающего луча
Figure 00000002
на трассе ИК излучатель-ИК приемник в виде равенстваIn the method of creating a microphone based on the selective absorption of IR radiation by carbon dioxide molecules of air, in accordance with the proposal, an IR emitter is used in the wavelength range λ dpi = 2.64 ÷ 2.87 μm with an IR emitter power that provides a ratio of the number of generated quanta
Figure 00000001
to the number of carbon dioxide molecules within the volume of the emitting beam
Figure 00000002
on the path of the IR emitter-IR receiver in the form of equality

,

Figure 00000003
,
Figure 00000003

причем обнаружительная способность приемника не хуже 5⋅109 Вт-1⋅Гц1/2⋅см. На входе ИК приемника устанавливают интерференционный фильтр с полосой пропускания спектра 40 нм относительно среднего значения диапазона длин волн поглощения и с коэффициентом пропускания излучения не менее 0,7, при этом нулем отсчета при измерении выходного сигнала ИК приемника принимают сигнал, который регистрируют при нормальном атмосферном давлении и при условии, что давления выше атмосферного выполняют на расстоянии излучатель-приемник не более 1 см, а давления ниже атмосферного выполняют при расстоянии излучатель-приемник не менее 10 см, а излучатель при этом снабжают дополнительной фокусирующей линзой для фокусировки излучения на приемнике.moreover, the detecting ability of the receiver is not worse than 5⋅10 9 W -1 ⋅Hz 1/2 ⋅cm. At the input of the IR receiver, an interference filter is installed with a bandwidth of the spectrum of 40 nm relative to the average value of the absorption wavelength range and with a transmittance of at least 0.7, while a signal that is recorded at normal atmospheric pressure is taken as a zero point when measuring the output signal of the IR receiver and provided that pressures above atmospheric are performed at a transmitter-receiver distance of not more than 1 cm, and pressures below atmospheric are performed at a transmitter-receiver distance of not less than it is 10 cm, and the emitter is provided with an additional focusing lens for focusing radiation on the receiver.

Далее пояснения текста будут иллюстрированы следующими чертежами.Further explanations of the text will be illustrated by the following drawings.

Фиг. 1 - спектральное распределение интенсивности ИК излучателей в зависимости от концентрации CdSe в исходном твердом растворе;FIG. 1 - spectral distribution of the intensity of IR emitters depending on the concentration of CdSe in the initial solid solution;

Фиг. 2 - спектральная обнаружительная способность фотоприемников ИК диапазона типа РД-36;FIG. 2 - spectral detection ability of infrared photodetectors of the RD-36 type;

Фиг. 3 - функциональная схема микрофона с двумя импульсными ИК излучателями типа ИЛ151А - е, фотоприемником типа РД 36-m и временная диаграмма работы микрофона в импульсном режиме.FIG. 3 is a functional diagram of a microphone with two pulsed IR emitters of the IL151A-e type, a photodetector of the RD 36-m type, and a timing diagram of the microphone's operation in pulsed mode.

Из курса общей физики известно, что углекислый газ СO2 входит в состав атмосферного воздуха Земли в количестве 0,03%. Так как общее количество молекул в 1 см3 воздуха при нормальном атмосферном давлении равно 27⋅1018 мол, то число молекул СO2 в этом объеме будет равно 8,1⋅1015 мол.From the course of general physics it is known that carbon dioxide CO 2 is part of the atmospheric air of the Earth in an amount of 0.03%. Since the total number of molecules in 1 cm 3 of air at normal atmospheric pressure is 27⋅10 18 mol, the number of CO 2 molecules in this volume will be 8.1⋅10 15 mol.

Предположим, что поперечный размер луча ИК излучателя при селективном поглощении CO2 равен 1×1 мм, тогда объем луча на длине в 1 см будет равен 10-2 см3, и число молекул CO2 в этом объеме будет равно

Figure 00000004
Suppose that the transverse beam size of an IR emitter with selective CO 2 absorption is 1 × 1 mm, then the beam volume over a length of 1 cm will be 10 -2 cm 3 and the number of CO 2 molecules in this volume will be
Figure 00000004

Реализация предложенного способа создания микрофона нового типа оказывается возможной только в том случае, если число генерируемых ИК излучателем фотонов

Figure 00000001
, поглощаемых CO2, будет много больше расчетного числа молекул CO2 8,1⋅1013 мол.Implementation of the proposed method for creating a new type of microphone is possible only if the number of photons generated by the IR emitter
Figure 00000001
absorbed by CO 2 will be much larger than the calculated number of CO 2 molecules 8.1⋅10 13 mol.

Определим необходимую мощность ИК излучателя при числе

Figure 00000005
в объеме луча на длине волны λпогл=2,64÷2,87 мкм для того, чтобы выполнить измерение давления.Determine the required power of the IR emitter at
Figure 00000005
in the beam volume at a wavelength λ pogl = 2.64 ÷ 2.87 microns in order to perform a pressure measurement.

Энергия кванта света определяется из выражения [9]The energy of a quantum of light is determined from the expression [9]

Figure 00000006
Figure 00000006

где h - постоянная Планка; c - скорость света; λпогл в мкм, ελ в [эВ] из [9].where h is Planck's constant; c is the speed of light; λ sweep in microns, ε λ in [eV] from [9].

Мощность Ризл ИК излучателя можно рассчитать с помощью выраженияPower P rad radiator can be calculated using the expression

Figure 00000007
Figure 00000007

где е - заряд электрона 1,6⋅10-19 кул.where e is the electron charge of 1.6⋅10 -19 kul.

В таблице 1 приведены расчетные значения Ризл в зависимости от отношения

Figure 00000008
при исходной величине
Figure 00000009
.Table 1 shows the calculated values of P rad depending on the ratio
Figure 00000008
at the initial value
Figure 00000009
.

Figure 00000010
Figure 00000010

Из таблицы следует, что при значении мощности ИК излучателя ~6⋅10-3 Вт возможны измерения давления до 160 дБ (нормальному атмосферному давлению соответствует 100 дБ). Также расчетные значения Ризл могут служить ориентиром при выборе типа излучателя для микрофона.From the table it follows that at a power value of the IR emitter ~ 6⋅10 -3 W, pressure measurements up to 160 dB are possible (100 dB corresponds to normal atmospheric pressure). Also, the calculated values of P rad can serve as a guide when choosing the type of emitter for a microphone.

Величина коэффициента поглощения

Figure 00000011
на молекулах CO2 установлена экспериментально на Фурье-спектрометре [10] и составляет 0,085 см-1⋅атм-1. Селективное поглощение на СO2 подчиняется действию закона Бугера-Беера [11] видаAbsorption coefficient
Figure 00000011
on CO 2 molecules was established experimentally on a Fourier spectrometer [10] and amounts to 0.085 cm -1 ⋅atm -1 . Selective absorption on CO 2 is subject to the action of the Bouger-Beer law [11] of the form

Figure 00000012
Figure 00000012

где P и Р0 - соответственно мощность ИК излучателя и его мощность на расстоянии L от излучателя.where P and P 0 - respectively, the power of the infrared emitter and its power at a distance L from the emitter.

В качестве ИК излучателя авторы предлагают продукцию предприятия г. Санкт-Петербурга ОАО «Гириконд» - малогабаритные быстродействующие полупроводниковые ИК излучатели серии ИЛ151А на основе фрактально структурированных нанокомпозиционных пленок селенида свинца в твердых растворах на его основе (Pb1-x CdxSe).As an IR emitter, the authors propose the products of the company of St. Petersburg Girikond OJSC - small-sized high-speed semiconductor IR emitters of the IL151A series based on fractally structured nanocomposite films of lead selenide in solid solutions based on it (Pb 1-x Cd x Se).

На Фиг. 1 представлены спектральные распределения интенсивности излучателей в зависимости от концентраций CdSe, которые и определяют длины волн излучателей. Из Фиг. 1 следует, что для предлагаемого микрофона можно рекомендовать излучатель типа ИЛ151А-е с концентрацией CdSe, обеспечивающей λпогл=2,64÷2,87 мкм.In FIG. Figure 1 shows the spectral distribution of the intensity of the emitters depending on the concentration of CdSe, which determine the wavelengths of the emitters. From FIG. 1 it follows that for the proposed microphone, it is possible to recommend a radiator of the IL151A-e type with a concentration of CdSe, providing λ dop = 2.64 ÷ 2.87 μm.

В Таблице 2 приведены основные технические параметры ИК излучателя.Table 2 shows the main technical parameters of the IR emitter.

Figure 00000013
Figure 00000013

Из Табл. 2 следует:From Tab. 2 follows:

- наибольшие мощности излучения излучателя ИЛ151А - е достигаются в импульсном режиме работы (1,2⋅10-3 Вт);- the maximum radiation power of the emitter IL151A - e is achieved in a pulsed mode of operation (1.2⋅10 -3 W);

- ширина спектра излучения на λпогл составляет 500 нм, при этом ширина спектра поглощения составляет 20÷60 нм.- the width of the radiation spectrum at λ pogl is 500 nm, while the width of the absorption spectrum is 20 ÷ 60 nm.

Таким образом, авторы предлагают: Thus, the authors propose:

1. использовать импульсный режим работы излучателя ИЛ151А - е;1. use the pulse mode of operation of the emitter IL151A - e;

2. устанавливать на входе ИК приемника интерференционный фильтр с полосой пропускания 40 нм на λпогл и коэффициентом пропускания не менее 0,7 (такие фильтры также изготавливает ОАО «Гириконд»).2. The IR receiver installed on inlet interference filter with a bandwidth of 40 nm and λ abs transmittance of not less than 0.7 (such filters also produces JSC "Girikond").

Угол излучения излучателей ИЛ151А составляет 30°-40°, поэтому при малом расстоянии излучатель-приемник (не более 1 см), например 7 мм, при диаметре приемной площадки 2 мм, раскрытие луча излучения составит диаметр ~4 мм. Это значит, что без фокусировки луча измерения при расстоянии излучатель-приемник ~7 мм мощность воздействующего излучения будет уменьшена на 60%.The emission angle of the IL151A emitters is 30 ° -40 °, therefore, at a small distance, the emitter-receiver (not more than 1 cm), for example 7 mm, with a receiving pad diameter of 2 mm, the disclosure of the radiation beam will be ~ 4 mm in diameter. This means that without focusing the measuring beam at a transmitter-receiver distance of ~ 7 mm, the power of the acting radiation will be reduced by 60%.

В качестве приемника ИК излучения авторы предлагают использовать фотоприемники компании ООО «АИБИ» (IBSG Co.Ltd), которая работает в сотрудничестве с лабораторией ИК оптоэлектроники ФТИ им. А.Ф. Иоффе г. Санкт-Петербурга. В настоящее время для спектрального диапазона 1,5-3,8 мкм найдут большее применение в предлагаемом способе фотодиоды серии РД 36-30-ТЭС [12]. Обнаружительная способность таких приемников (фотодиодов) составляет (1÷5)⋅1010 Вт-1⋅Гц1/2⋅см. На Фиг. 2 необходимый фотодиод обозначен буквой m среди представленных кривых обнаружительной способности серии фотодиодов компании ООО «АИБИ».The authors propose using photodetectors of the company AIBI LLC (IBSG Co.Ltd), which works in collaboration with the IR Optoelectronics Laboratory of the Physicotechnical Institute named after A.F. Ioffe St. Petersburg. At present, photodiodes of the RD 36-30-TES series [12] will find greater application in the proposed method for the spectral range of 1.5-3.8 μm. The detection ability of such receivers (photodiodes) is (1 ÷ 5) ⋅10 10 W -1 ⋅Hz 1/2 ⋅cm. In FIG. 2, the required photodiode is indicated by the letter m among the presented curves of the detecting ability of the series of photodiodes of AIBI LLC.

На Фиг. 3 представлена функциональная схема предлагаемого микрофона и временная диаграмма его работы в импульсном режиме. В представленной схеме использовано два ИК излучателя 1, оси излучения которых направлены на центр приемника излучения РД 36 - m2. На входе приемника помещен фильтр 3. Выходной сигнал приемника (фотодиода) 2 усиливают усилителем 4. Затем усиленный сигнал подают на индикаторно-измерительную систему 5. Импульсную работу обоих излучателей 1 обеспечивает генератор 6, при этом запуск второго излучателя осуществляют через линию задержки 7. Генератор 6 обеспечивает импульсное включение излучателей 1 и 2 длительностью tu=100 мкс при скважности 200 мкс, а линия задержки 7 задерживает запуск второго излучателя, например, на 150 мкс, то есть 1,5 tu.In FIG. 3 shows a functional diagram of the proposed microphone and a timing diagram of its operation in a pulsed mode. In the presented scheme, two IR emitters 1 were used, the emission axes of which are directed to the center of the radiation detector RD 36 - m2. A filter 3 is placed at the input of the receiver. The output signal of the receiver (photodiode) 2 is amplified by an amplifier 4. Then, the amplified signal is supplied to an indicator-measuring system 5. The pulse operation of both emitters 1 is provided by a generator 6, and the second emitter is launched through a delay line 7. The generator 6 provides a pulsed inclusion of emitters 1 and 2 with a duration of t u = 100 μs with a duty cycle of 200 μs, and the delay line 7 delays the start of the second emitter, for example, by 150 μs, that is, 1.5 t u .

Использование двух излучателей увеличивает воздействующую мощность за счет изменения скважности, которая при длительности включения излучения 100 мкс формирует время между ними (скважность), равное 50 мкс.The use of two emitters increases the acting power due to a change in the duty cycle, which, when the radiation is switched on for 100 μs, forms a time between them (duty cycle) of 50 μs.

Таким образом, воздействующая па фотоприемник мощность РΣ может быть записана в видеThus, the power P Σ acting on the photodetector can be written as

Figure 00000014
Figure 00000014

где γф=0,7 - коэффициент пропускания фильтра, γскв - коэффициент, учитывающий скважность импульсного режима (при двух излучателях γскв≅0,7),

Figure 00000015
- коэффициент, учитывающий превышение пятна излучения размера чувствительной площадки приемника
Figure 00000016
при наличии на излучателе фокусирующей линзы.where γ p = 0.7 - transmittance filter, γ wells - coefficient taking into account the duty cycle pulse mode (with two emitters γ borehole ≅0,7),
Figure 00000015
- coefficient taking into account the excess of the radiation spot size of the sensitive area of the receiver
Figure 00000016
in the presence of a focusing lens on the emitter.

При измерении высоких давлений, используя выражения (3) и (4), определим воздействующую на приемник мощность PΣ, приняв

Figure 00000017
на расстоянии излучатель-приемник
Figure 00000018
. Расчетные данные при РΣ=1,2⋅10-3 с учетом перечисленных значений коэффициентов γ отражены в таблице 3.When measuring high pressures, using expressions (3) and (4), we determine the power P Σ acting on the receiver, taking
Figure 00000017
at a distance emitter-receiver
Figure 00000018
. The calculated data at Р Σ = 1.2⋅10 -3 taking into account the listed values of the coefficients γ are shown in table 3.

Figure 00000019
Figure 00000019

При измерении низких звуковых давлений очевидной является необходимость увеличение расстояния Lиз-пр. В таблице 4 приведены расчетные значения Рвых.сигн при Lиз-пр≅15 см и

Figure 00000017
при условии снабжения излучателей фокусирующими линзами с размещением их фокуса на входной поверхности приемника.When measuring low sound pressures, the need to increase the distance L due to others is obvious. Table 4 shows the calculated values of P output signal for L from-pr ≅15 cm and
Figure 00000017
subject to the supply of emitters with focusing lenses with the placement of their focus on the input surface of the receiver.

Figure 00000020
Figure 00000020

Представленные в таблицах 3 и 4 расчетные значения выходной мощности фотоприемника показывают надежное обнаружение и измерение возникающих в атмосфере давлений.The calculated values of the output power of the photodetector presented in tables 3 and 4 show reliable detection and measurement of pressures arising in the atmosphere.

Отсчет измерений предлагается производить от условного квазинуля значения сигнала, соответствующего нормальному атмосферному давлению, то есть при ΔP=1,0. Если приписать атмосферному давлению, равному 1,0 Па, значение уровня, отсчитанного от порога слышимости человека (10-5 Па и равное 100 дБ), то при измерении предлагаемым микрофоном в полосе частот звука (см. табл. 3) высоких давлений обеспечивается измерение до ~150 дБ, а при измерении низких давлений - от квазинуля до 50 дБ.It is proposed to take measurements from a conditional quasi-zero signal value corresponding to normal atmospheric pressure, that is, at ΔP = 1.0. If we assign atmospheric pressure equal to 1.0 Pa, the value of the level counted from the threshold of human hearing (10 -5 Pa and equal to 100 dB), then when measuring the proposed microphone in the frequency band of sound (see table. 3) high pressure measurement up to ~ 150 dB, and when measuring low pressures - from quasi-zero to 50 dB.

Авторы уверены, что диапазон измерения звуковых давлений может быть расширен для больших уровней значений до 180 дБ, а для малых уровней значений - до 10 дБ за счет:The authors are sure that the range of measurement of sound pressure can be expanded for large levels of values up to 180 dB, and for small levels of values - up to 10 dB due to:

- увеличения мощности ИК излучателей в импульсном режиме до (20÷40)⋅10-3 Вт;- increasing the power of IR emitters in a pulsed mode up to (20 ÷ 40) ⋅10 -3 W;

- применения усилителей выходного сигнала, коэффициент усиления которых изменяется по обратному логарифмическому закону (см. выражение (3).- the use of amplifiers of the output signal, the gain of which varies according to the inverse logarithmic law (see expression (3).

Следует отметить, что в предлагаемом микрофоне отсутствуют какие-либо механические элементы типа мембран и диффузоров, наличие которых приводит к уменьшению КПД в аналогах вследствие наличия отражения звукового давления от чувствительной входной поверхности и подобных отражений уже в капсюле микрофонов. Поэтому авторы считают, что предлагаемый микрофон будет иметь КПД, обусловленный только КПД ИК приемников и ИК излучателей.It should be noted that in the proposed microphone there are no mechanical elements such as membranes and diffusers, the presence of which leads to a decrease in efficiency in analogs due to the presence of reflection of sound pressure from the sensitive input surface and similar reflections already in the capsule of microphones. Therefore, the authors believe that the proposed microphone will have an efficiency due only to the efficiency of IR receivers and IR emitters.

Таким образом, по мнению авторов, предложен способ создания микрофона нового типа, который может быть востребован в задачах измерения давлений в широком диапазоне с последующим спектральным анализом в широком частотном диапазоне.Thus, according to the authors, a method is proposed for creating a new type of microphone, which can be in demand in the problems of measuring pressure in a wide range with subsequent spectral analysis in a wide frequency range.

Также предложенные микрофоны могут обеспечить измерение давлений одной из составляющих водных сред, например морской среды, за счет селективного поглощения ИК излучения искомой составляющей. В данном случае микрофон с соответствующим подбором длин волн излучений искомой составляющей помещается в водозащитные корпусы с окнами излучателей и приемников.Also, the proposed microphones can provide a pressure measurement of one of the components of aqueous media, for example, the marine environment, due to the selective absorption of infrared radiation of the desired component. In this case, a microphone with an appropriate selection of the radiation wavelengths of the desired component is placed in waterproof cases with windows of emitters and receivers.

Возможно использование предложенных микрофонов для измерения давлений как на инфракрасных, так и на сверхвысоких частотах.It is possible to use the proposed microphones for measuring pressure both at infrared and at ultrahigh frequencies.

Использованная литератураReferences

1. Сапожков М.А. «Электроакустика». - М.: Связь, 1978 г.1. Sapozhkov M.A. "Electroacoustics". - M.: Communication, 1978

2. Вахитов Я.Ш. «Теоретические основы электроакустики и электроаккустическая аппаратура». - М.: Искусство, 1982 г.2. Vakhitov Y. Sh. "Theoretical foundations of electroacoustics and electro-acoustic equipment." - M .: Art, 1982

3. Вахитов Ш.Я. «Современные микрофоны. Теория, проектирование». - СПб: изд. СПб ГУК и Т, 2003 г.3. Vakhitov Sh. Ya. “Modern microphones. Theory, design. " - St. Petersburg: ed. St. Petersburg GUK and T, 2003

4. Вахитов Я.Ш., Вахитов Ш.Я. «Электромеханические преобразователи и динамические микрофоны» - СПб: изд. СПб ГУК и Т, 2004 г.4. Vakhitov Y. Sh., Vakhitov Sh. Ya. "Electromechanical converters and dynamic microphones" - St. Petersburg: ed. St. Petersburg GUK and T, 2004

5. «Акустика». Справочник под редакцией Сапожкова М.А. - М.: Радио и связь, 1989 г.5. "Acoustics." Directory edited by Sapozhkova M.A. - M .: Radio and communications, 1989.

6. ГОСТ 16123-88 «Микрофоны. Методы измерений» - М.: 1989 г.6. GOST 16123-88 “Microphones. Measurement Methods ”- M .: 1989

7. Корпорация «Audio – technical» (always listening), Япония, Каталог продукции 2013-2014 г.7. Audio-technical Corporation (always listening), Japan, Product Catalog 2013-2014

8. USB Bass Meter - прибор замера звукового давления, 2005 г. Measuring and Android.8. USB Bass Meter - sound pressure meter, 2005. Measuring and Android.

9. П. Линч, А. Николадес. «Задачи по физической электронике». - М.: Мир, 1975 г.9. P. Lynch, A. Nicholas. "Tasks on physical electronics." - M .: Mir, 1975

10. Александров С.Е., Гаврилов Г.А., Капралов А.А. и др. «Моделирование сенсоров на основе диодных оптопар среднего ИК-диапазона спектра» - М.: «Техническая физика», том 79, выпуск 06, 2009 г.10. Alexandrov S.E., Gavrilov G.A., Kapralov A.A. et al. “Modeling sensors based on diode optocouplers of the mid-IR range” - M .: “Technical Physics”, Volume 79, Issue 06, 2009

11. Криксунов Л.З. «Справочник по основам ИК техники» - М.: Советское радио, 1978 г.11. Kriksunov L.Z. "Guide to the basics of infrared technology" - M .: Soviet radio, 1978

Claims (3)

Способ создания микрофона на основе селективного поглощения инфракрасного (ИК) излучения углекислым газом атмосферного воздуха, отличающийся тем, что используют излучатель ИК излучения в диапазоне длин волн λпогл=2,64÷2,87 мкм при мощности излучателя, которая обеспечивает отношение числа генерируемых квантов света λпогл к числу молекул углекислого газа
Figure 00000021
в пределах объема излучающего луча на трассе излучатель-приемник в виде неравенства
A method of creating a microphone based on the selective absorption of infrared (IR) radiation by carbon dioxide of atmospheric air, characterized in that they use an infrared radiation emitter in the wavelength range λ damp = 2.64 ÷ 2.87 μm with an emitter power that provides a ratio of the number of generated quanta abs λ light to the number of carbon dioxide molecules
Figure 00000021
within the scope of the emitting beam on the path of the emitter-receiver in the form of inequality
Figure 00000022
Figure 00000022
причем обнаружительная способность ИК приемника не хуже
Figure 00000023
, а на входе ИК приемника устанавливают интерференционный фильтр с полосой пропускания спектра 40 нм относительно среднего значения диапазона длин волн поглощения и с коэффициентом пропускания излучения не менее 0,7, при этом нулем отсчета измерения выходного сигнала ИК приемника принимают сигнал, регистрируемый при нормальном атмосферном давлении и при условиях, что давления выше атмосферного измеряют на расстоянии излучатель-приемник не более 1 см, а давления ниже атмосферного измеряют на расстоянии не менее 10 см, а ИК излучатель снабжают дополнительной фокусирующей линзой с фокусом на входной площадке приемника.
moreover, the detecting ability of the IR receiver is not worse
Figure 00000023
and an interference filter is installed at the input of the IR receiver with a bandwidth of the spectrum of 40 nm relative to the average value of the absorption wavelength range and with a transmittance of at least 0.7, while a signal recorded at normal atmospheric pressure is received by the measurement zero of the output signal of the IR receiver and under conditions that pressures above atmospheric are measured at a distance of the emitter-receiver of not more than 1 cm, and pressures below atmospheric are measured at a distance of not less than 10 cm, and the IR emitter They are equipped with an additional focusing lens with focus on the input area of the receiver.
RU2016121813A 2016-06-02 2016-06-02 Method of creating a microphone based on selective absorption of infrared radiation by carbon dioxide in atmospheric air RU2649056C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121813A RU2649056C2 (en) 2016-06-02 2016-06-02 Method of creating a microphone based on selective absorption of infrared radiation by carbon dioxide in atmospheric air

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121813A RU2649056C2 (en) 2016-06-02 2016-06-02 Method of creating a microphone based on selective absorption of infrared radiation by carbon dioxide in atmospheric air

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016121813A RU2016121813A (en) 2017-12-07
RU2649056C2 true RU2649056C2 (en) 2018-03-29

Family

ID=60580743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016121813A RU2649056C2 (en) 2016-06-02 2016-06-02 Method of creating a microphone based on selective absorption of infrared radiation by carbon dioxide in atmospheric air

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2649056C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997021321A1 (en) * 1995-12-08 1997-06-12 Kole Stephen G Photothermal acoustic device
US20040046122A1 (en) * 2000-05-13 2004-03-11 Kai Klaas Method and device for determining any fluid mixture composition and for measuring material quantity
WO2004063708A2 (en) * 2003-01-10 2004-07-29 Southwest Research Institute Compensated infrared absorption sensor for carbon dioxide and other infrared absorbing gases
RU2405207C2 (en) * 2008-12-03 2010-11-27 Открытое Акционерное Общество "Межгосударственная Акционерная Корпорация "Вымпел" Method of detecting exhaust products of gas-dynamic systems in atmosphere
RU2568038C1 (en) * 2014-06-27 2015-11-10 Михаил Алексеевич Горбунов Method to detect microconcentrations of flammable and toxic gases
RU157463U1 (en) * 2015-06-26 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) TRACK GAS ANALYZER

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997021321A1 (en) * 1995-12-08 1997-06-12 Kole Stephen G Photothermal acoustic device
US20040046122A1 (en) * 2000-05-13 2004-03-11 Kai Klaas Method and device for determining any fluid mixture composition and for measuring material quantity
WO2004063708A2 (en) * 2003-01-10 2004-07-29 Southwest Research Institute Compensated infrared absorption sensor for carbon dioxide and other infrared absorbing gases
RU2405207C2 (en) * 2008-12-03 2010-11-27 Открытое Акционерное Общество "Межгосударственная Акционерная Корпорация "Вымпел" Method of detecting exhaust products of gas-dynamic systems in atmosphere
RU2568038C1 (en) * 2014-06-27 2015-11-10 Михаил Алексеевич Горбунов Method to detect microconcentrations of flammable and toxic gases
RU157463U1 (en) * 2015-06-26 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) TRACK GAS ANALYZER

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.Н. Кабаций. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СЕНСОРЫ ГАЗОВ НА ОСНОВЕ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ // Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2010, N 3 (с. 29-34, табл. 1). *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016121813A (en) 2017-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101295941B1 (en) Transducer system
US9490910B2 (en) High-bandwidth underwater data communication system
US20090257753A1 (en) Electroacoustic transducer
CN102713565A (en) Gas sensor based on photoacoustic detection
WO2007004168A1 (en) Photo-acoustic spectrometer apparatus
CN103439268B (en) Based on the high sensitivity diaphragm type optoacoustic spectroscopy sensor certainly mixing
US20160161326A1 (en) Flexible Optical Sensor Module
CN110602617A (en) Laser MEMS microphone
US6424441B1 (en) Method and apparatus for sensing an audio signal that is sensitive to the audio signal and insensitive to background noise
CN107560730A (en) Bicavate photo-acoustic spectrometer
CN110967107B (en) Interference type optical fiber Bragg grating acoustic emission signal sensing system
RU2649056C2 (en) Method of creating a microphone based on selective absorption of infrared radiation by carbon dioxide in atmospheric air
CN101568051A (en) Method and device for restoring acoustical signal by using laser
US20150233961A1 (en) Analogue amplification device intended in particular for a laser anemometer
CN108139319A (en) Eliminate noise-type detector
CN115791699B (en) Methane telemetry alarm system, method and storage medium based on vertical cavity surface emission
CN109946234B (en) Apparatus and method for using photoacoustic effect
KR102193234B1 (en) Device for increasing the detection distance of ultrasonic sensors of vehicle and method thereof
CN103674797A (en) Sensor for particulate matter concentration detection
JP2015210188A (en) Particle measuring apparatus
CN206022882U (en) All -fiber pulse laser sonic source device
CN108106715A (en) AC regeneration laser sound measurement method and device
CN108872994B (en) Photoacoustic hybrid radar system for underwater target detection
CN109951766B (en) Microphone array correction system and method
JPS6222105B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180603