RU54281U1 - MICROPHONE CAPSULE - Google Patents
MICROPHONE CAPSULE Download PDFInfo
- Publication number
- RU54281U1 RU54281U1 RU2005137653/22U RU2005137653U RU54281U1 RU 54281 U1 RU54281 U1 RU 54281U1 RU 2005137653/22 U RU2005137653/22 U RU 2005137653/22U RU 2005137653 U RU2005137653 U RU 2005137653U RU 54281 U1 RU54281 U1 RU 54281U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additional
- electrodes
- capsule
- electrode
- separated
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
Abstract
Предлагаемый микрофонный капсюль относится к электроакустике и может быть использован как составная часть микрофонов, применяемых в научных и производственных целях, в том числе в сейсмологии и медицине, для измерения акустических колебаний и промышленных шумов сверхнизких частот. Технический результат, а именно, расширение частотного диапазона со стороны нижних частот достигается тем, что в микрофонном капсюле с тремя выводами, содержащем три электрода, первый из которых подключен к первому выводу, второй - ко второму выводу, а третий - к третьему выводу, второй и третий электроды расположены по одну сторону относительно первого электрода и отделены от него общим газовым промежутком, причем второй электрод отделен от третьего диэлектрическим зазором.The proposed microphone capsule relates to electroacoustics and can be used as part of microphones used for scientific and industrial purposes, including seismology and medicine, for measuring acoustic vibrations and industrial noise of ultra-low frequencies. The technical result, namely, the expansion of the frequency range from the low frequencies is achieved by the fact that in a microphone capsule with three leads containing three electrodes, the first of which is connected to the first lead, the second to the second lead, and the third to the third lead, the second and the third electrodes are located on one side relative to the first electrode and are separated from it by a common gas gap, the second electrode being separated from the third by a dielectric gap.
Description
Предлагаемый микрофонный капсюль относится к электроакустике и может быть использован в составе микрофонов, применяемых в науке и производстве, в том числе в сейсмологии и медицине, для измерения акустических колебаний и промышленных шумов сверхнизких частот.The proposed microphone capsule relates to electroacoustics and can be used as a part of microphones used in science and production, including seismology and medicine, for measuring acoustic vibrations and industrial noise of ultra-low frequencies.
Известные капсюли делятся на капсюли угольных, электромагнитных, электродинамических и конденсаторных пьезоэлектрических микрофоновKnown capsules are divided into capsules of coal, electromagnetic, electrodynamic and condenser piezoelectric microphones
Действие капсюля угольного микрофона [Иофе В.К., Корольков В.Г., Сапожков М.А. Справочник по акустике М., Связь, 1979, с.90-91] основано на изменении сопротивления между зернами угольного порошка при изменении давления на их совокупность. Угольный порошок находится между электродами капсюля: подвижным - мембраной и неподвижным. При прогибе мембраны звуковым давлением, изменяется сила сжатия угольного порошка и, соответственно, электрическое сопротивление между электродами капсюля. Недостатки капсюля - большая нестабильность работы и повышенный шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, пониженная чувствительность и ограниченный частотный диапазон со стороны нижних частот.The action of the carbon microphone capsule [Iofe V.K., Korolkov V.G., Sapozhkov M.A. Reference Acoustics M., Communication, 1979, p.90-91] based on the change in resistance between the grains of coal powder with a change in pressure on their combination. Carbon powder is located between the electrodes of the capsule: movable - the membrane and stationary. When the membrane is deflected by sound pressure, the compression force of the coal powder and, accordingly, the electrical resistance between the electrodes of the capsule change. The disadvantages of the capsule are the large instability of operation and increased noise due to the fact that a useful electrical signal is generated when the contacts between the individual grains of the powder are broken and restored, low sensitivity and a limited frequency range from the low frequencies.
Действие капсюлей электромагнитного микрофона [Урбанский Б. Электроакустика в вопросах и ответах: Пер. с польск./ Под ред. М.А.Сапожкова. М., Радио и связь, 1981, с.77-79] и электродинамического микрофона [Иофе В.К., Корольков В.Г., Сапожков М.А. Справочник по акустике М., Связь, 1979, с.91-92] основано на возникновении в катушке переменного напряжения при изменении магнитного потока через ее витки. Изменение магнитного потока происходит при колебаниях мембраны под действием звукового давления. Величина напряжения на выходах этих The action of the capsules of an electromagnetic microphone [Urban B. Electroacoustics in questions and answers: Trans. from Polish / Ed. M.A.Sapozhkova. M., Radio and Communications, 1981, pp. 77-79] and an electrodynamic microphone [Ioffe V.K., Korolkov V.G., Sapozhkov M.A. Reference Acoustics M., Communication, 1979, S. 91-92] based on the occurrence of an alternating voltage in the coil when the magnetic flux changes through its turns. A change in magnetic flux occurs when the membrane oscillates under the influence of sound pressure. The magnitude of the voltage at the outputs of these
капсюлей (на выводах катушек) пропорциональна скорости колебательного движения мембраны, что ведет к уменьшению чувствительности и ограничению частотного диапазона со стороны нижних частот.the capsule (at the terminals of the coils) is proportional to the speed of the oscillatory movement of the membrane, which leads to a decrease in sensitivity and limitation of the frequency range from the low frequencies.
В капсюле пьезоэлектрического микрофона [М.А.Сапожков Электроакустика М., Связь, 1978, с.107-108] используется явление пьезоэффекта: при деформации пластинки пьезоэлектрика происходит ее поляризация, т.е. появление зарядов разных знаков на противоположных плоскостях пластинки. При этом величина заряда на плоскостях пластинки пропорциональна скорости изменения давления на пластинку. Это ограничивает диапазон рабочих частот капсюлей со стороны нижних частот.In the capsule of a piezoelectric microphone [M.A.Sapozhkov Electroacoustics M., Svyaz, 1978, p.107-108] the phenomenon of the piezoelectric effect is used: when the plate of the piezoelectric is deformed, it polarizes, i.e. the appearance of charges of different signs on opposite planes of the plate. The magnitude of the charge on the planes of the plate is proportional to the rate of change of pressure on the plate. This limits the range of operating frequencies of the capsule on the lower side.
В конденсаторных капсюлях (капсюлях конденсаторных микрофонов) под воздействием акустических колебаний происходит смещение одного из электродов, как одной из обкладок конденсатора. В результате смещения этого - подвижного электрода (мембраны), изменяется электрическая емкость конденсатора, изменяется заряд на его обкладках, а в электрической цепи, содержащей конденсатор, протекает переменный ток.In condenser capsules (capsules of condenser microphones) under the influence of acoustic vibrations, one of the electrodes is displaced as one of the capacitor plates. As a result of the displacement of this - the moving electrode (membrane), the electric capacitance of the capacitor changes, the charge on its plates changes, and an alternating current flows in the electric circuit containing the capacitor.
Конденсаторные капсюли бывают ненаправленными и с двухсторонней направленностью [Вахитов Ш. Современные микрофоны и их применение. Журнал "Радио", номер 11, 1998 г. с.8, Урбанский Б. Электроакустика в вопросах и ответах: Пер. с польск./ Под ред. М.А.Сапожкова. М., Радио и связь, 1981, с.88]. Ненаправленные капсюли содержат два электрода - подвижный и неподвижный. Электроды разделены газовым (воздушным) промежутком и образуют конденсатор. Примером такого устройства является капсюль [патент РФ №2114519]. Недостатком капсюля является ограниченный частотный диапазон со стороны нижних частот. Это происходит из-за наличия в капсюле специального канала - штуцера с капилляром, соединяющего газовый промежуток между электродами с атмосферой и предназначенного для выравнивания давления в газовом промежутке. В двунаправленных устройствах с двумя неподвижными электродами и расположенной между ними мембраной, с целью обеспечения Condenser capsules are non-directional and with a two-sided orientation [Sh. Vakhitov. Modern microphones and their use. Radio Magazine, No. 11, 1998, p. 8, Urban B. Electroacoustics in questions and answers: Trans. from Polish / Ed. M.A.Sapozhkova. M., Radio and communication, 1981, p.88]. Omnidirectional capsules contain two electrodes - movable and stationary. The electrodes are separated by a gas (air) gap and form a capacitor. An example of such a device is a capsule [RF patent No. 2114519]. The disadvantage of the capsule is the limited frequency range from the low frequencies. This is due to the presence in the capsule of a special channel - a fitting with a capillary, connecting the gas gap between the electrodes with the atmosphere and intended to equalize the pressure in the gas gap. In bidirectional devices with two fixed electrodes and a membrane located between them, in order to ensure
двунаправленной работы, неподвижные электроды имеют сквозные отверстия. Через эти отверстия газовые промежутки между мембраной и неподвижными электродами соединены с атмосферой. Из-за наличия отверстий частотный диапазон таких устройств ограничен со стороны нижних частот.bidirectional work, motionless electrodes have through openings. Through these openings, the gas spaces between the membrane and the stationary electrodes are connected to the atmosphere. Due to the presence of holes, the frequency range of such devices is limited by the low frequencies.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является капсюль [патент U.S. №4491697].The closest in technical essence to the claimed device is a capsule [patent U.S. No. 4491697].
Известный капсюль с тремя выводами, содержит три электрода, первый из которых подключен к первому выводу, второй - ко второму выводу, а третий - к третьему выводу, причем второй и третий электроды расположены по разные стороны относительно первого электрода и отделены от него соответственно первым и вторым газовыми промежутками.A well-known capsule with three leads contains three electrodes, the first of which is connected to the first lead, the second to the second lead, and the third to the third lead, with the second and third electrodes located on different sides relative to the first electrode and separated from it by the first and second gas gaps.
Первый электрод (мембрана) является подвижным электродом и выполнен с возможностью перемещения (под воздействием на него акустических колебаний) относительно второго и третьего электродов. Второй и третий электроды неподвижны и часто называются фронтальным неподвижным и тыльным неподвижным электродами.The first electrode (membrane) is a movable electrode and is configured to move (under the influence of acoustic vibrations on it) relative to the second and third electrodes. The second and third electrodes are fixed and are often called frontal fixed and back fixed electrodes.
Первый и второй, а также первый и третий электроды, разделенные между собой соответственно первым и вторым газовыми промежутками, образуют электрические конденсаторы.The first and second, as well as the first and third electrodes, separated by first and second gas spaces, respectively, form electric capacitors.
Во втором и третьем электродах имеются сквозные отверстия, через которые газовые промежутки соединены с атмосферой. Наличие указанных сквозных отверстий обеспечивает возможность двунаправленной работы микрофона, содержащего данный капсюль.The second and third electrodes have through holes through which the gas spaces are connected to the atmosphere. The presence of these through holes provides the possibility of bi-directional operation of the microphone containing this capsule.
Капсюль в составе микрофона работает следующим образом. При действии на капсюль акустических колебаний с тыльной, либо фронтальной стороны, происходит смещение первого электрода - мембраны капсюля. При смещении мембраны, изменяется электрические емкости конденсаторов, образованных первым и вторым, а также первым и третьим электродами. При The capsule in the microphone works as follows. When acoustic vibrations act on the capsule from the back or front, the first electrode, the capsule membrane, is displaced. When the membrane is displaced, the electric capacitance of the capacitors formed by the first and second, as well as the first and third electrodes changes. At
этом на втором и на третьем электродах, как на обкладках конденсаторов, изменяется электрические заряды. Эти же изменения зарядов происходят, соответственно, на втором и третьем выводах капсюля. В результате, в электрических контурах, содержащих конденсаторы, протекают переменные электрические токи. При протекании этих токов по внешним (по отношению к капсюлю) сопротивлениям нагрузки, возникают сигналы переменного напряжения, частота изменения которых равна частоте регистрируемых акустических колебаний. Амплитуды этих сигналов напряжений тем больше, чем больше смещения (колебания) мембраны.In this case, on the second and third electrodes, as on the plates of capacitors, the electric charges change. The same changes in charges occur, respectively, on the second and third conclusions of the capsule. As a result, alternating electric currents flow in electrical circuits containing capacitors. When these currents flow along external (with respect to the capsule) load resistances, alternating voltage signals appear, the frequency of which is equal to the frequency of the recorded acoustic vibrations. The amplitudes of these voltage signals are greater, the greater the displacement (oscillation) of the membrane.
Недостатком капсюля является ограниченный частотный диапазон со стороны нижних частот. Капсюль не эффективен при регистрации акустических колебаний в области сверхнизких частот, составляющих десятые и сотые доли Гц. Это объясняется следующим. Величина смещения первого электрода (мембраны) относительно исходного положения (в отсутствие акустических колебаний) зависит от разности давлений воздуха в газовых промежутках, прилегающих к мембране с противоположных сторон. Наличие сквозных отверстий в обоих неподвижных электродах приводит к тому, что при уменьшении частоты акустических колебаний (то есть при уменьшении скорости изменения звукового давления - скорости колебательного движения воздуха), разность давлений на мембрану уменьшается по причине частичного выравнивания давлений в газовых промежутках. Это приводит к уменьшению смещения мембраны, уменьшению изменения электрических емкостей, образованных парами электродов и, в результате, к уменьшению амплитуды электрических колебаний и ограничению частотного диапазона со стороны нижних частот.The disadvantage of the capsule is the limited frequency range from the low frequencies. The capsule is not effective in detecting acoustic vibrations in the region of ultra-low frequencies, comprising tenths and hundredths of a Hz. This is explained by the following. The magnitude of the displacement of the first electrode (membrane) relative to the initial position (in the absence of acoustic vibrations) depends on the difference in air pressure in the gas spaces adjacent to the membrane from opposite sides. The presence of through holes in both fixed electrodes leads to the fact that with a decrease in the frequency of acoustic vibrations (that is, with a decrease in the rate of change of sound pressure - the speed of the oscillatory movement of air), the pressure difference across the membrane decreases due to partial pressure equalization in the gas spaces. This leads to a decrease in the displacement of the membrane, to a decrease in the change in the electric capacitances formed by the pairs of electrodes and, as a result, to a decrease in the amplitude of the electric oscillations and the limitation of the frequency range from the low frequencies.
Задача настоящего изобретения состоит в расширении частотного диапазона капсюля со стороны нижних частот путем использования эффекта отклонения пучка заряженных частиц - ионов акустическими колебаниями среды, и регистрацией этого отклонения по изменению количества заряда, собираемого в единицу времени на каждом из двух плоских электродов, The objective of the present invention is to expand the frequency range of the capsule from the low frequencies by using the effect of deflection of a beam of charged particles - ions by acoustic vibrations of the medium, and recording this deviation by changing the amount of charge collected per unit time on each of two flat electrodes,
расположенных на пути пучка заряженных частиц и разделенных между собой диэлектрическим зазором.located on the path of the beam of charged particles and separated by a dielectric gap.
Поставленная задача решается тем, что в микрофонном капсюле, с тремя выводами, содержащем три электрода, первый из которых подключен к первому выводу, второй - ко второму выводу, а третий - к третьему выводу, второй и третий электроды расположены по одну сторону относительно первого электрода и отделены от него общим газовым промежутком, причем второй электрод отделен от третьего электрода диэлектрическим зазором.The problem is solved in that in a microphone capsule, with three leads containing three electrodes, the first of which is connected to the first lead, the second to the second lead, and the third to the third lead, the second and third electrodes are located on one side relative to the first electrode and separated from it by a common gas gap, the second electrode being separated from the third electrode by a dielectric gap.
При этом:Wherein:
- первый электрод выполнен из проволоки в виде витка, площадь которого не превышает площадей второго и третьего электродов, причем диаметр проволоки не превышает 2 мм.- the first electrode is made of wire in the form of a coil, the area of which does not exceed the areas of the second and third electrodes, and the diameter of the wire does not exceed 2 mm
- второй и третий электроды выполнены в форме прямоугольников одинаковых размеров.- the second and third electrodes are made in the form of rectangles of the same size.
- диэлектрический зазор между вторым и третьим электродами воздушный, ширина которого не превышает 3 мм.- dielectric gap between the second and third electrodes is air, the width of which does not exceed 3 mm
- капсюль может быть снабжен дополнительным электродом, отделенным от второго и третьего электродов дополнительным газовым промежутком и выполненным с возможностью подключения либо к первому выводу, либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля.- the capsule can be equipped with an additional electrode separated from the second and third electrodes by an additional gas gap and configured to connect either to the first terminal or to the corresponding additional terminal of the capsule.
- капсюль микрофона может быть снабжен по меньшей мере одним дополнительным электродом, расположенным относительно газового промежутка с той же стороны, что и первый электрод, и выполненным с возможностью подключения либо к первому выводу, либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля.- the microphone capsule may be provided with at least one additional electrode located relative to the gas gap on the same side as the first electrode and configured to connect either to the first terminal or to the corresponding additional terminal of the capsule.
- капсюль может быть снабжен по меньшей мере двумя дополнительными электродами, при этом, по меньшей мере один из дополнительных электродов расположен относительно газового промежутка с той же стороны, что и первый электрод, и выполнен с возможностью подключения либо к первому выводу, либо к соответствующему ему - the capsule may be provided with at least two additional electrodes, while at least one of the additional electrodes is located relative to the gas gap on the same side as the first electrode, and is configured to connect either to the first terminal or to its corresponding
дополнительному выводу капсюля, кроме того, по меньшей мере один из дополнительных электродов отделен от второго и третьего электродов дополнительным газовым промежутком и выполнен с возможностью подключения либо к первому выводу, либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля.additional output of the capsule, in addition, at least one of the additional electrodes is separated from the second and third electrodes by an additional gas gap and is configured to connect either to the first output or to the corresponding additional output of the capsule.
- капсюль микрофона может быть снабжен двумя дополнительными электродами, отделенными друг от друга дополнительным диэлектрическим зазором, а также отделенными от первого электрода дополнительным газовым промежутком, и выполненными с возможностью подключения либо к соответствующим им дополнительным выводам капсюля, либо ко второму выводу, либо к третьему выводу капсюля.- the microphone capsule can be equipped with two additional electrodes, separated from each other by an additional dielectric gap, and also separated from the first electrode by an additional gas gap, and configured to connect either to the corresponding additional terminals of the capsule, or to the second terminal, or to the third terminal capsule.
- капсюль может быть снабжен по меньшей мере тремя дополнительными электродами, при этом два из дополнительных электрода отделены друг от друга дополнительным диэлектрическим зазором, отделены от первого электрода дополнительным газовым промежутком, и выполнены с возможностью подключения либо к соответствующим им дополнительным выводам капсюля, либо ко второму выводу, либо к третьему выводу капсюля, кроме того, по меньшей мере один из дополнительных электродов расположен между газовым промежутком и дополнительным газовым промежутком и выполнен с возможностью подключения либо к первому выводу, либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля.- the capsule can be equipped with at least three additional electrodes, while two of the additional electrodes are separated from each other by an additional dielectric gap, separated from the first electrode by an additional gas gap, and are configured to connect either to the corresponding additional terminals of the capsule, or to the second to the output, or to the third output of the capsule, in addition, at least one of the additional electrodes is located between the gas gap and the additional gas gap and is configured to connect either to the first output, or to the corresponding additional output of the capsule.
- капсюль микрофона может быть снабжен по меньшей мере одним дополнительным электродом, расположенным по отношению к первому электроду с той же стороны, что и второй и третий электроды, отделенным от второго и третьего электродов дополнительными диэлектрическими зазорами, и выполненным с возможностью подключения либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля, либо ко второму выводу, либо к третьему выводу капсюля.- the microphone capsule may be provided with at least one additional electrode located in relation to the first electrode on the same side as the second and third electrodes, separated from the second and third electrodes by additional dielectric gaps, and configured to connect either to its corresponding additional conclusion of the capsule, or to the second conclusion, or to the third conclusion of the capsule.
- капсюль может быть снабжен по меньшей мере двумя дополнительными электродами, при этом, по меньшей мере один из дополнительных - the capsule may be provided with at least two additional electrodes, while at least one of the additional
электродов расположен относительно газового промежутка с той же стороны, что и первый электрод, и выполнен с возможностью подключения либо к первому выводу, либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля, кроме того, по меньшей мере один из дополнительных электродов расположен по отношению к первому электроду с той же стороны, что и второй и третий электроды, отделен от второго и третьего электродов дополнительными диэлектрическими зазорами, и выполнен с возможностью подключения либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля, либо ко второму выводу, либо к третьему выводу капсюля.the electrodes are located relative to the gas gap on the same side as the first electrode, and is configured to connect either to the first output or to the corresponding additional output of the capsule, in addition, at least one of the additional electrodes is located relative to the first electrode with on the same side as the second and third electrodes, is separated from the second and third electrodes by additional dielectric gaps, and is configured to connect either to the corresponding additional Displayed capsule, or to the second terminal or the third terminal primer.
- капсюль может быть снабжен по меньшей мере двумя дополнительными электродами, при этом, по меньшей мере один из дополнительных электродов расположен по отношению к первому электроду с той же стороны, что и второй и третий электроды, отделен от второго и третьего электродов дополнительными диэлектрическими зазорами, и выполнен с возможностью подключения либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля, либо ко второму выводу, либо к третьему выводу капсюля, кроме того, один из дополнительных электродов отделен от второго и третьего электродов дополнительным газовым промежутком и выполнен с возможностью подключения либо к первому выводу, либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля.- the capsule may be provided with at least two additional electrodes, with at least one of the additional electrodes located in relation to the first electrode on the same side as the second and third electrodes, separated from the second and third electrodes by additional dielectric gaps, and is configured to connect either to the corresponding additional output of the capsule, or to the second output, or to the third output of the capsule, in addition, one of the additional electrodes is separated from the second and three five electrodes with an additional gas gap and is configured to connect either to the first terminal or to the corresponding additional terminal of the capsule.
- капсюль может быть снабжен по меньшей мере тремя дополнительными электродами, при этом, по меньшей мере один из дополнительных электродов расположен относительно газового промежутка с той же стороны, что и первый электрод, и выполнен с возможностью подключения либо к первому выводу, либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля, кроме того, по меньшей мере один из дополнительных электродов расположен по отношению к первому электроду с той же стороны, что и второй и третий электроды, отделен от второго и третьего электродов дополнительными диэлектрическими зазорами, и выполнен с возможностью подключения либо к соответствующему ему - the capsule may be provided with at least three additional electrodes, while at least one of the additional electrodes is located relative to the gas gap on the same side as the first electrode, and is configured to connect either to the first terminal or to its corresponding additional output of the capsule, in addition, at least one of the additional electrodes is located relative to the first electrode on the same side as the second and third electrodes, is separated from the second and third electrodes For more dielectric gap, and is configured to connect either to its corresponding
дополнительному выводу капсюля, либо ко второму выводу, либо к третьему выводу капсюля, помимо этого, по меньшей мере один из дополнительных электродов отделен от второго и третьего электродов дополнительным газовым промежутком и выполнен с возможностью подключения либо к первому выводу, либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля.additional output of the capsule, or to the second output, or to the third output of the capsule, in addition, at least one of the additional electrodes is separated from the second and third electrodes by an additional gas gap and is configured to connect either to the first output or to the corresponding additional output capsule.
- капсюль может быть снабжен по меньшей мере тремя дополнительными электродами, при этом, по меньшей мере два из дополнительных электродов отделены друг от друга дополнительным диэлектрическим зазором, отделены от первого электрода дополнительным газовым промежутком, и выполнены с возможностью подключения либо к соответствующим им дополнительным выводам капсюля, либо ко второму выводу, либо к третьему выводу капсюля, кроме того, по меньшей мере один из дополнительных электродов расположен по отношению к первому электроду с той же стороны, что и второй и третий электроды, отделен от второго и третьего электродов дополнительными диэлектрическими зазорами, и выполнен с возможностью подключения либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля, либо ко второму выводу, либо к третьему выводу капсюля.- the capsule may be provided with at least three additional electrodes, while at least two of the additional electrodes are separated from each other by an additional dielectric gap, separated from the first electrode by an additional gas gap, and are configured to connect either to the corresponding additional terminals of the capsule or to the second terminal or to the third terminal of the capsule, in addition, at least one of the additional electrodes is located in relation to the first electrode on the same side It is clear that both the second and third electrodes are separated from the second and third electrodes by additional dielectric gaps, and is configured to connect either to the corresponding additional output of the capsule, or to the second output, or to the third output of the capsule.
- капсюль может быть снабжен по меньшей мере четырьмя дополнительными электродами, при этом, по меньшей мере два из дополнительных электродов отделены друг от друга дополнительным диэлектрическим зазором, отделены от первого электрода дополнительным газовым промежутком, и выполнены с возможностью подключения либо к соответствующим им дополнительным выводам капсюля, либо ко второму выводу, либо к третьему выводу капсюля, кроме того, по меньшей мере один из дополнительных электродов расположен по отношению к первому электроду с той же стороны, что и второй и третий электроды, отделен от второго и третьего электродов дополнительными диэлектрическими зазорами, и выполнен с возможностью подключения либо к - the capsule may be provided with at least four additional electrodes, while at least two of the additional electrodes are separated from each other by an additional dielectric gap, separated from the first electrode by an additional gas gap, and are configured to connect either to the corresponding additional terminals of the capsule either to the second terminal or to the third terminal of the capsule, in addition, at least one of the additional electrodes is located in relation to the first electrode with the same st the orons, as the second and third electrodes, are separated from the second and third electrodes by additional dielectric gaps, and is configured to connect either to
соответствующему ему дополнительному выводу капсюля, либо ко второму выводу, либо к третьему выводу капсюля, помимо этого, по меньшей мере один из дополнительных электродов расположен между газовым промежутком и дополнительным газовым промежутком и выполнен с возможностью подключения либо к первому выводу, либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля.the corresponding additional output of the capsule, either to the second output or to the third output of the capsule, in addition, at least one of the additional electrodes is located between the gas gap and the additional gas gap and is configured to connect either to the first terminal or to the corresponding additional the conclusion of the capsule.
Изменение пространственного расположения электродов, в результате которого и второй и третий электроды расположены по одну сторону относительно первого электрода и отделены от него общим газовым промежутком, причем второй электрод отделен от третьего диэлектрическим зазором, позволяет регистрировать отклонение пучка заряженных частиц, происходящее под воздействием акустических волн, по изменению количества заряда, собираемого в единицу времени на поверхностях второго и третьего электродов, расположенных на пути пучка заряженных частиц.The change in the spatial arrangement of the electrodes, as a result of which both the second and third electrodes are located on one side relative to the first electrode and are separated from it by a common gas gap, the second electrode being separated from the third by a dielectric gap, makes it possible to detect the deviation of the charged particle beam that occurs under the influence of acoustic waves, by changing the amount of charge collected per unit time on the surfaces of the second and third electrodes located in the path of a charged-beam ticles.
Ионы образуются при стационарном газовом разряде, который возникает в газовом промежутке, в области максимальной напряженности электрического поля - у поверхности первого электрода, обращенной ко второму и третьему электродам. Разряд, возникающий при высоком напряжении у поверхности электрода с малым радиусом кривизны, в данном случае у первого электрода из тонкой проволоки, называется коронным разрядом или короной. Электрод, у которого возникает коронный разряд, принято называть коронирующим электродом.Ions are formed during a stationary gas discharge that occurs in the gas gap, in the region of maximum electric field strength - at the surface of the first electrode facing the second and third electrodes. A discharge that occurs at high voltage near the surface of an electrode with a small radius of curvature, in this case, the first electrode of thin wire, is called a corona discharge or corona. An electrode in which a corona discharge occurs is called a corona electrode.
Образованные при разряде, ионы двигаются в электрическом поле по направлению ко второму и третьему электродам (к этой паре электродов) и, при соприкосновении с ними, отдают им свой заряд.Formed during the discharge, the ions move in an electric field towards the second and third electrodes (to this pair of electrodes) and, in contact with them, give them their charge.
Соотношение между величинами зарядов, собираемых на втором и на третьем электродах в единицу времени, определяется как взаимным расположением электродов, так и траекторией движения ионов.The ratio between the charges collected on the second and third electrodes per unit time is determined by both the relative position of the electrodes and the ion trajectory.
Электроды расположены так, что в отсутствии акустических колебаний, на второй и на третий электроды попадает одинаковое количество ионов в единицу времени, поэтому на каждом из них собирается одинаковый заряд.The electrodes are arranged so that in the absence of acoustic oscillations, the same number of ions per unit time falls on the second and third electrodes, so the same charge is collected on each of them.
Если имеют место акустические колебания, распространяющиеся, в том числе, и в газовом промежутке, в поперечном электрическому полю направлении, то на направленное движение частиц - ионов по полю накладывается их колебательное движение как переносчиков (наравне с молекулами) этих акустических колебаний. Скорость направленного движения ионов по полю значительно превышает скорость звука. При этом траектория движения ионов периодически меняет направление с частотой акустических колебаний.If there are acoustic vibrations propagating, including in the gas gap, in the direction transverse to the electric field, then the vibrational motion of these particles as the carriers (along with the molecules) of these acoustic vibrations is superimposed on the directed movement of particles - ions in the field. The speed of directed motion of ions in the field is much higher than the speed of sound. In this case, the ion trajectory periodically changes direction with the frequency of acoustic vibrations.
При изменении траектории движения, изменяется количество ионов, достигающих второго и третьего электрода, и, соответственно, изменяется количество заряда, собираемого на каждом из них в единицу времени. Эти изменения происходят с частотой акустических колебаний. С ростом амплитуды акустических колебаний, увеличивается отклонение траектории движения ионов, и, соответственно, увеличивается изменение количества собираемого заряда на каждом из электродов за единицу времени.When the trajectory of movement changes, the number of ions reaching the second and third electrode changes, and, accordingly, the amount of charge collected on each of them per unit time changes. These changes occur with the frequency of acoustic vibrations. With an increase in the amplitude of acoustic vibrations, the deviation of the ion trajectory increases, and, accordingly, the change in the amount of charge collected on each of the electrodes per unit time increases.
Собранные на электродах заряды перемещаются к соответствующим им выводам капсюля.The charges collected on the electrodes are transferred to the corresponding capsule conclusions.
В результате - изменение количество заряда, перемещаемого в единицу времени как ко второму, так и третьему выводам капсюля (и отводимого от них в реальной схеме включения во внешнюю, по отношению к капсюлю, электрическую цепь) также происходит с частотой акустических колебаний. Изменение количества заряда, перемещаемого за единицу времени через второй и третий выводы капсюля, представляет собой выходные токи капсюля через эти выводы.As a result, a change in the amount of charge transferred per unit time to both the second and third conclusions of the capsule (and the circuit that is removed from them in the real circuit of inclusion in the external circuit relative to the capsule) also occurs with the frequency of acoustic vibrations. The change in the amount of charge transferred per unit of time through the second and third conclusions of the capsule represents the output currents of the capsule through these conclusions.
В совокупности, молекулы газов воздушной среды и ионы, образованные их них - это та упругая среда, в которой распространяются акустические колебания, а колебательные движения пучка ионов (вместе с молекулами) и In aggregate, air gas molecules and the ions formed by them are the elastic medium in which acoustic vibrations propagate, and the vibrational movements of the ion beam (together with the molecules) and
есть, по сути, акустические колебания. Следовательно, уменьшение частоты акустических колебаний никак не может повлиять ни на описанный выше механизм преобразования их в электрические колебания, ни на величину коэффициента этого преобразования. Поэтому в отличие от известного устройства, частотный диапазон предлагаемого устройства расширяется в области низких частот до нуля Гц.there are, in fact, acoustic vibrations. Consequently, a decrease in the frequency of acoustic vibrations cannot in any way affect either the mechanism for converting them into electrical vibrations described above, or the value of the coefficient of this transformation. Therefore, in contrast to the known device, the frequency range of the proposed device is expanded in the low frequency region to zero Hz.
Большое значение имеет диаметр проволоки первого электрода. При увеличении диаметра возрастает ток короны, другими словами ток пучка заряженных частиц между электродами, однако увеличивается и напряжение, требуемое для возникновения короны у поверхности первого электрода. Желательно, чтобы диаметр проволоки не превышал 2 мм.Of great importance is the diameter of the wire of the first electrode. As the diameter increases, the corona current increases, in other words, the current of a beam of charged particles between the electrodes, however, the voltage required for the corona to appear at the surface of the first electrode also increases. It is desirable that the diameter of the wire does not exceed 2 mm.
Второй и третий электроды могут быть выполнены, например, в виде прямоугольников одинаковых размеров.The second and third electrodes can be made, for example, in the form of rectangles of the same size.
Диэлектрический зазор между вторым и третьим электродами может быть воздушным.The dielectric gap between the second and third electrodes may be air.
Для увеличения тока пучка, с целью увеличения выходных токовых сигналов капсюля, можно ввести дополнительный коронирующий электрод и по другую сторону пары второго и третьего электродов - пластин, отделить его от этой пары дополнительным газовым промежутком и подключить его к первому выводу капсюля. При этом корона будет у поверхностей двух электродов - первого и дополнительного, а в сторону второго и третьего электродов будут направлены два пучка заряженных частиц.To increase the beam current, in order to increase the output current signals of the capsule, it is possible to introduce an additional corona electrode on the other side of the pair of the second and third electrodes - plates, separate it from this pair by an additional gas gap and connect it to the first output of the capsule. In this case, the corona will be at the surfaces of two electrodes - the first and additional, and two beams of charged particles will be directed towards the second and third electrodes.
С той же целью можно увеличить количество дополнительных коронирующих электродов, расположить их в непосредственной близости друг от друга, или выполнить их, например, в виде замкнутых, концентрично расположенных в одной плоскости витков, подключенных к первому выводу капсюля. Эти дополнительные витки можно располагать группами как с одной стороны пары второго и третьего электродов - пластин, так и с двух. Дополнительные коронирующие электроды могут иметь, в общем случае, For the same purpose, it is possible to increase the number of additional corona electrodes, arrange them in close proximity to each other, or perform them, for example, in the form of closed, concentrically arranged in one plane coils connected to the first output of the capsule. These additional turns can be arranged in groups both on one side of the pair of the second and third electrodes - plates, and on both. Additional corona electrodes may have, in General,
разное по величине высокое напряжение, а поэтому могут быть подключены и к соответствующим им дополнительным выходам капсюляdifferent high voltage, and therefore can be connected to the corresponding additional outputs of the capsule
Увеличение выходных токовых сигналов капсюля можно добиться введением пары дополнительных плоских электродов (двух дополнительных электродов), расположенных по другую сторону от первого - коронирующего электрода и отделенных от него дополнительным газовым промежутком. Дополнительные электроды отделены друг от друга дополнительным диэлектрическим зазором. Один из этих дополнительных электродов подключается ко второму выводу капсюля, другой - к третьему. При этом появится второй пучок заряженных частиц, направленный от первого электрода к паре дополнительных электродов - пластин. В общем случае эти дополнительные электроды могут быть подключены и к соответствующим им дополнительным, а не ко второму и третьему выводам капсюля. Кроме того, для увеличения тока обоих пучков заряженных частиц, количество коронирующих электродов также может быть увеличено.An increase in the output current signals of the capsule can be achieved by introducing a pair of additional flat electrodes (two additional electrodes) located on the other side of the first - the corona electrode and separated from it by an additional gas gap. Additional electrodes are separated from each other by an additional dielectric gap. One of these additional electrodes is connected to the second output of the capsule, the other to the third. In this case, a second beam of charged particles will appear, directed from the first electrode to a pair of additional electrodes - plates. In the General case, these additional electrodes can be connected to the corresponding additional, and not to the second and third conclusions of the capsule. In addition, to increase the current of both beams of charged particles, the number of corona electrodes can also be increased.
Использование в заявляемом капсюле одной пары - второго и третьего плоских прямоугольных электродов, позволяет регистрировать акустические колебания, распространяющиеся в плоскости, параллельной плоскостям второго и третьего электродов, по направлению от второго электрода к третьему или наоборот. При этом чувствительность капсюля будет зависеть от величины угла между направлением распространения колебаний и диэлектрическим зазором между вторым и третьим электродами. Максимальная чувствительность капсюля будет тогда, когда акустические колебания распространяются в направлении перпендикулярном диэлектрическому зазору. Если же акустические колебания распространяются в направлении параллельном диэлектрическому зазору, они не регистрируются, поскольку при этом не изменяется количество заряда, собираемого на втором и третьем электродах за единицу времени. Для того, чтобы регистрировать акустические колебания, распространяющиеся в любом направлении в плоскости параллельной The use in the inventive capsule of one pair - the second and third flat rectangular electrodes, allows you to record acoustic vibrations propagating in a plane parallel to the planes of the second and third electrodes, in the direction from the second electrode to the third or vice versa. In this case, the sensitivity of the capsule will depend on the angle between the direction of propagation of the oscillations and the dielectric gap between the second and third electrodes. The maximum sensitivity of the capsule will be when acoustic vibrations propagate in the direction perpendicular to the dielectric gap. If acoustic vibrations propagate in a direction parallel to the dielectric gap, they are not recorded, since the amount of charge collected at the second and third electrodes per unit time does not change. In order to register acoustic vibrations propagating in any direction in a plane parallel
плоскостям второго и третьего электродов, достаточно ввести по меньшей мере один плоский дополнительный электрод, расположенный рядом со вторым и третьим электродами и отделенный от них дополнительным диэлектрическим зазором. Этот дополнительный электрод подключается к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля.the planes of the second and third electrodes, it is enough to introduce at least one flat additional electrode located next to the second and third electrodes and separated from them by an additional dielectric gap. This additional electrode is connected to the corresponding additional output of the capsule.
Аналогично выше описанному, вместо пары плоских дополнительных электродов расположенных по другую сторону от первого - коронирующего электрода и отделенных от него дополнительным газовым промежутком, можно ввести три и более плоских электрода, отделенных друг от друга дополнительными диэлектрическими зазорами и подключенными к соответствующим им дополнительным выводам капсюля.Similarly to the above, instead of a pair of flat additional electrodes located on the other side of the first corona electrode and separated from it by an additional gas gap, three or more flat electrodes can be introduced, separated from each other by additional dielectric gaps and connected to the corresponding additional terminals of the capsule.
Каждый из плоских дополнительных электродов, в зависимости от применения капсюля, могут быть подключен либо ко второму, либо к третьему, либо к соответствующему ему дополнительному выводу капсюля.Each of the flat additional electrodes, depending on the application of the capsule, can be connected either to the second or third, or to the corresponding additional output of the capsule.
При работе капсюля, коронный разряд используется для получения свободных электронов. При столкновении электронов с нейтральными молекулами образуются электроотрицательные ионы, которые, как и свободные электроны, двигаются также ко второму и третьему электродам. Свободные электроны могут быть получены и другим путем, например, в результате процессов термоэмиссии или фотоэмиссии. В этих случаях в качестве первого электрода используется термокатод или фотокатод.During operation of the capsule, a corona discharge is used to produce free electrons. When electrons collide with neutral molecules, electronegative ions are formed, which, like free electrons, also move to the second and third electrodes. Free electrons can be obtained in another way, for example, as a result of thermal emission or photoemission processes. In these cases, the thermal cathode or photocathode is used as the first electrode.
На фиг.1 представлено расположение элементов конструкции заявляемого капсюля.Figure 1 shows the location of the structural elements of the inventive capsule.
На фиг.2 представлена функциональная схема прибора - микрофона, содержащего в своем составе заявляемый капсюль.Figure 2 presents the functional diagram of the device is a microphone containing the inventive capsule.
На фиг.3 представлена схема включения операционного усилителя.Figure 3 presents a diagram of the inclusion of an operational amplifier.
На фиг.4 показаны области сбора заряженных частиц на втором и третьем электродах заявляемого капсюля.Figure 4 shows the area of the collection of charged particles on the second and third electrodes of the inventive capsule.
Микрофонный капсюль содержит: первый электрод 1, подключенный к первому выводу 2 капсюля, и отделенный газовым промежутком 3 от второго и третьего электродов 4, 5. Второй электрод 4 подключен ко второму выводу 6. Третий электрод 5 подключен к третьему выводу 7. Второй электрод 4 отделен диэлектрическим зазором 8 от третьего электрода 5.The microphone capsule contains: a first electrode 1 connected to the first terminal 2 of the capsule and separated by a gas gap 3 from the second and third electrodes 4, 5. The second electrode 4 is connected to the second terminal 6. The third electrode 5 is connected to the third terminal 7. Second electrode 4 separated by a dielectric gap 8 from the third electrode 5.
Первый электрод 1 может быть выполнен, например, в виде замкнутого витка из проволоки, прямоугольной или квадратной рамки из проволоки. В данном случае рассматривается короткозамкнутый виток из проволоки. Проволока с гладкой полированной поверхностью. Плоскость, в которой расположен первый электрод 1, параллельна плоскости, в которой расположены второй и третий электроды 4, 5.The first electrode 1 can be made, for example, in the form of a closed coil of wire, a rectangular or square frame of wire. In this case, a short-circuited coil of wire is considered. A wire with a smooth polished surface. The plane in which the first electrode 1 is located is parallel to the plane in which the second and third electrodes 4, 5 are located.
Второй и третий электроды 4, 5 могут быть выполнены из проводящей пленки, фольги или металлической пластины прямоугольной, квадратной, или иной другой формы. В данном случае рассматривается электроды в форме квадрата из фольги, отделенные друг от друга воздушным диэлектрическим зазором 8, фиг.1.The second and third electrodes 4, 5 can be made of a conductive film, foil or metal plate of a rectangular, square, or other other shape. In this case, electrodes in the form of a square of foil are considered, separated from each other by an air dielectric gap 8, Fig. 1.
Капсюль является составной частью микрофона, включающего: источник 9 постоянного напряжения, первый преобразователь 10 ток - напряжение, второй преобразователь 11 ток - напряжение, первый интегратор 12, второй интегратор 13, вычитатель 14 аналоговых сигналов, выход 15 прибора-микрофона.The capsule is an integral part of a microphone, including: a DC voltage source 9, a first current-voltage converter 10, a second current-voltage converter 11, a first integrator 12, a second integrator 13, an analog signal subtractor 14, and a microphone output 15.
Первый вывод 2 капсюля подключен к первому выводу источника 9 постоянного напряжения. Второй вывод источника 9 постоянного напряжения подключен к общей точке всех блоков - к земле. Выводы 6 и 7 капсюля последовательно, через преобразователи 10 и 11 ток - напряжение и интеграторы 12 и 13 подключены к входам вычитателя 14 аналоговых сигналов, выход которого подключен в выходу 15 прибора - микрофона, фиг.2.The first terminal 2 of the capsule is connected to the first terminal of the DC voltage source 9. The second output of the DC voltage source 9 is connected to the common point of all blocks - to the ground. The conclusions 6 and 7 of the capsule in series, through the converters 10 and 11, the current-voltage and integrators 12 and 13 are connected to the inputs of the subtractor 14 of the analog signals, the output of which is connected to the output 15 of the device - microphone, Fig.2.
В качестве преобразователей 10 и 11, могут быть использованы преобразователи ток - напряжение на основе операционных усилителей [Под As converters 10 and 11, current-voltage converters based on operational amplifiers can be used [Under
ред. Коннели Дж. Аналоговые интегральные схемы Пер. с англ. Под ред. Гальперина М.В. М., Мир 1977 с.171-172]. Схема включения операционного усилителя показана на фиг.3 и включает: операционный усилитель 16 (ОУ), инвертирующий вход 17 ОУ, неинвертирующий вход 18 ОУ, сопротивление обратной связи 19 R1, дополнительное сопротивление 20 R2.ed. Connelly J. Analog Integrated Circuits Per. from English Ed. Halperina M.V. M., World 1977 p. 171-172]. The operational amplifier switching circuit is shown in Fig. 3 and includes: operational amplifier 16 (op-amp), inverting the input of the op-amp 17, non-inverting input of the op-amp 18, feedback resistance 19 R1, additional resistance 20 R2.
Токовый сигнал подается на инвертирующий вход 17 ОУ. Неинвертирующий вход 18 ОУ заземлен и имеет нулевой потенциал, поэтому напряжение на инвертирующем входе, т.е. на входе преобразователя ток - напряжение также равно нулю. Выходом преобразователя является выход 21 ОУ. Дополнительное сопротивление 20 R2 предназначено для компенсации влияния входных токов ОУ на величину выходного напряжения и обычно устанавливается только при работе с ОУ, имеющими на входах биполярные транзисторы. В любом случае, напряжение на неинвертирующем и инвертирующем входах 17, 18 ОУ мало отличается от нуля вольт и обычно (в инженерной практике) считается равным нулю.A current signal is supplied to the inverting input 17 of the op-amp. The non-inverting input 18 of the op-amp is grounded and has zero potential, so the voltage at the inverting input, i.e. at the input of the converter, the current - voltage is also equal to zero. The output of the converter is the output 21 of the op-amp. An additional resistance of 20 R2 is designed to compensate for the influence of the input op-amp currents on the output voltage and is usually set only when working with op-amps with bipolar transistors at the inputs. In any case, the voltage at the non-inverting and inverting inputs 17, 18 of the op-amp is little different from zero volts and is usually (in engineering practice) considered equal to zero.
В качестве интеграторов 12 и 13 могут быть использованы простые RC - цепи, либо классические активные фильтры нижних частот на основе ОУ [Под ред. Коннели Дж. Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. Под ред. Гальперина М.В. М., Мир 1977 с.194-195].As integrators 12 and 13, simple RC circuits or classical active low-pass filters based on op-amps can be used [Ed. Connelly J. Analog Integrated Circuits: Per. from English Ed. Halperina M.V. M., World 1977 p. 194-195].
В качестве вычитателя 14 аналоговых сигналов может быть использован разностный усилитель на основе ОУ [Достал И. Операционные усилители: Пер. с англ. Под ред. Гальперина М.В. М., Мир, 1982, с.193-194].As a subtractor of 14 analog signals, a differential amplifier based on the op amp can be used [I got it. Operational amplifiers: Trans. from English Ed. Halperina M.V. M., Mir, 1982, p.193-194].
Коэффициенты преобразования блоков 10 и 11 равны по величине между собой. Коэффициенты преобразования блоков 12 и 13 также равны по величине между собой.The conversion coefficients of blocks 10 and 11 are equal in magnitude to each other. The conversion coefficients of the blocks 12 and 13 are also equal in magnitude to each other.
При пояснении работы заявляемого капсюля, под длиной газового промежутка 3, будем понимать расстояние между первым электродом 1 и диэлектрическим зазором 8, отделяющим второй электрод 4 от третьего электрода 5.When explaining the operation of the inventive capsule, by the length of the gas gap 3, we understand the distance between the first electrode 1 and the dielectric gap 8, separating the second electrode 4 from the third electrode 5.
Заявляемый капсюль и прибор - микрофон, содержащий этот капсюль, работают следующим образом.The inventive capsule and device - a microphone containing this capsule, operate as follows.
На первый электрод капсюля 1 с первого вывода источника постоянного напряжения 9 подается высокое напряжение отрицательной полярности относительно пары второго и третьего электродов 4 и 5, фиг.2. При длине газового промежутка примерно 10-12 сантиметров и напряжении на первом электроде порядка 30-35 киловольт, у поверхности первого электрода 1 возникает коронный разряд, так называемая отрицательная корона [Александров Г.Н. Коронный разряд на линиях электропередачи, М., Энергия, 1964, с.9-72, Долгинов А.И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике, М., 1968, с.165-182]. При определенной напряженности электрического поля у первого электрода 1, имеет место так называемая "общая корона". При этом коронирует вся поверхность первого электрода-катода 1, обращенная в сторону пары второго и третьего 4, 5 электродов-анодов в данном случае.The first electrode of the capsule 1 from the first output of the constant voltage source 9 is supplied with a high voltage of negative polarity relative to the pair of the second and third electrodes 4 and 5, Fig.2. When the length of the gas gap is about 10-12 centimeters and the voltage on the first electrode is about 30-35 kilovolts, a corona discharge occurs on the surface of the first electrode 1, the so-called negative corona [Alexandrov G.N. Corona discharge on power lines, M., Energia, 1964, p.9-72, Dolginov A.I. The technique of high voltage in the electric power industry, M., 1968, p.165-182]. With a certain electric field strength at the first electrode 1, the so-called "common corona" takes place. In this case, the entire surface of the first electrode-cathode 1 is corona, facing the pair of the second and third 4, 5 electrode anodes in this case.
Электроны, образованные при коронном разряде, под воздействием сил электрического поля перемещаются ко второму и третьему электродам 4, 5. При этом большая часть электронов "прилипает" к нейтральным молекулам и образует так называемые отрицательные ионы, которые движутся в том же направлении, что и электроны.Electrons formed during a corona discharge, under the influence of electric field forces, move to the second and third electrodes 4, 5. In this case, most of the electrons “stick” to neutral molecules and form the so-called negative ions, which move in the same direction as the electrons .
Отрицательно заряженные частицы (ионы и электроны) собираются на втором и третьем электродах 4, 5 и передают им свой заряд. Конфигурация областей сбора заряда на втором и третьем электродах 4, 5 зависит от диаметра первого электрода (диаметра витка полированной проволоки) и длины газового промежутка. Например, при диаметре витка первого электрода 1 примерно 4 сантиметра и малой длине газового промежутка, порядка 4-5 сантиметров, области сбора отрицательно заряженных частиц на втором и третьем 4, 5 электродах имеют вид полуколец с размытыми краями. При малых межэлектродных расстояниях напряжение появления общей короны близко по величине к напряжению пробоя газового (в данном случае Negatively charged particles (ions and electrons) are collected on the second and third electrodes 4, 5 and transfer their charge to them. The configuration of the charge collection areas on the second and third electrodes 4, 5 depends on the diameter of the first electrode (diameter of the coil of polished wire) and the length of the gas gap. For example, with a diameter of the first electrode turn of about 4 centimeters and a small length of the gas gap, about 4-5 centimeters, the collection areas of negatively charged particles on the second and third 4, 5 electrodes have the form of half rings with blurred edges. At small interelectrode distances, the voltage of the appearance of the common corona is close in magnitude to the gas breakdown voltage (in this case
воздушного) промежутка. Поэтому на практике, для получения стабильной "общей короны", длина газового промежутка выбирается значительно больше. При увеличении длины промежутка, области сбора заряда на втором и третьем 4, 5 электродах расширяется как с внешней, так и с внутренней стороны и превращается в сплошные области 22, 23, каждая из которых имеет вид полукруга фиг.4. Кроме того, при увеличении длины промежутка примерно до 10 сантиметров и более, практически все электроны прилипают к нейтральным молекулам с образованием отрицательных ионов.air) gap. Therefore, in practice, in order to obtain a stable “common corona”, the length of the gas gap is chosen much longer. As the gap length increases, the charge collection area on the second and third 4, 5 electrodes expands from both the external and internal sides and turns into solid regions 22, 23, each of which has the form of a semicircle of Fig. 4. In addition, with an increase in the gap length to about 10 centimeters or more, almost all electrons adhere to neutral molecules with the formation of negative ions.
Сбор заряда на втором и третьем электродах 4, 5 - анодах приводит к появлению на них электрического тока. Электрические токи протекают между областями сбора зарядов на втором и третьем 4, 5 электродах и выводами 6, 7 капсюля, т.е. между областью сбора 22 и выводом 6, а также между областью сбора 23 и выводом 7, фиг.4.The collection of charge on the second and third electrodes 4, 5 - anodes leads to the appearance of an electric current on them. Electric currents flow between the areas of charge collection on the second and third 4, 5 electrodes and the terminals 6, 7 of the capsule, i.e. between the collection area 22 and terminal 6, as well as between the collection area 23 and terminal 7, FIG. 4.
Токовые сигналы с выводов 6 и 7 капсюля поступают на входы преобразователей 10 и 11 ток - напряжение, соответственно, фиг.2. С выходов преобразователей 10 и 11 ток - напряжение сигналы напряжения поступают соответственно на входы первого и второго интеграторов 12 и 13. Токовые сигналы, поступающие на входы преобразователей 10 и 11 ток - напряжение, имеют импульсный характер и в общем случае статистически распределены во времени. Эти импульсы известны как импульсы Тричела. Интеграторы 12 и 13 необходимы для сглаживания импульсных выходных напряжений преобразователей 10 и 11 ток - напряжение. Оптимальная величина постоянной времени интегрирования интеграторов 12 и 13 лежит в пределах приблизительно от 1 мс до 10 мс.Current signals from the conclusions 6 and 7 of the capsule are fed to the inputs of the converters 10 and 11 current - voltage, respectively, figure 2. From the outputs of the current-voltage converters 10 and 11, the voltage signals are supplied respectively to the inputs of the first and second integrators 12 and 13. The current signals supplied to the inputs of the current-voltage converters 10 and 11 are pulsed and are generally statistically distributed over time. These pulses are known as Trichel pulses. Integrators 12 and 13 are necessary for smoothing the pulse output voltages of the current-voltage converters 10 and 11. The optimal value of the integration time constant of the integrators 12 and 13 lies in the range from about 1 ms to 10 ms.
Электроды капсюля 1, 4 и 5 расположены так, что в отсутствии акустических колебаний, на второй и третий электроды 4 и 5 попадает одинаковое количество ионов пучка в единицу времени. Области сбора ионов 22 и 23 на втором и третьем электродах 4 и 5 одинаковы по величине, и на каждом из них собирается одинаковый заряд, фиг.4. В этом случае на единичном интервале времени суммарные заряды импульсов токов, The electrodes of the capsule 1, 4 and 5 are arranged so that in the absence of acoustic vibrations, the same number of beam ions per unit time fall on the second and third electrodes 4 and 5. The ion collection regions 22 and 23 on the second and third electrodes 4 and 5 are the same in magnitude, and the same charge is collected on each of them, Fig. 4. In this case, on a unit time interval, the total charges of the current pulses,
втекающих в каждый из преобразователей 10 и 11 ток - напряжение равны между собой, а также равны между собой сигналы напряжений на выходах первого и второго интеграторов 12 и 13, фиг.2. Причем выходные сигналы первого и второго интеграторов 12 и 13 пропорциональны суммарным зарядам импульсов токов, втекающим в единицу времени соответственно в преобразователи 10 и 11 ток - напряжение. Сигналы с выходов интеграторов 12 и 13 поступают на входы вычитателя 14 аналоговых сигналов, фиг.2. В данном случае выходной сигнал вычитателя 14 равен нулю. Напряжение на выходе 15 прибора - микрофона также равно нулю.flowing into each of the converters 10 and 11, the current - voltage are equal to each other, as well as equal voltage signals at the outputs of the first and second integrators 12 and 13, Fig.2. Moreover, the output signals of the first and second integrators 12 and 13 are proportional to the total charges of current pulses flowing into a unit of time, respectively, in the current-voltage converters 10 and 11. The signals from the outputs of the integrators 12 and 13 are fed to the inputs of the subtractor 14 of the analog signals, Fig.2. In this case, the output of the subtractor 14 is zero. The voltage at the output of the device 15 - the microphone is also equal to zero.
Рассмотрим случай, когда имеет место звуковые волны. Пусть эти волны распространяются, в том числе, и в газовом промежутке 3 по направлению от третьего электрода 5 ко второму электроду 4 или наоборот, фиг.2, фиг.4.Consider the case when there are sound waves. Let these waves propagate, including in the gas gap 3 in the direction from the third electrode 5 to the second electrode 4 or vice versa, figure 2, figure 4.
В этом случае под воздействием колебательных движений воздуха в газовом промежутке 3, поток заряженных частиц (ионов и электронов), двигающихся ко второму и третьему электродам 4 и 5, будет отклоняться от своего исходного направления, которое было в отсутствие звуковых волн.In this case, under the influence of vibrational movements of air in the gas gap 3, the flow of charged particles (ions and electrons) moving to the second and third electrodes 4 and 5 will deviate from its original direction, which was in the absence of sound waves.
При отклонении потока частиц, области сбора заряда 22 и 23 этих частиц на втором и третьем электродах 4 и 5 будут изменяться по величине. Например, если пучок отклоняется в сторону третьего электрода 4, то область сбора заряда 22 увеличится, а область сбора заряда 23 уменьшится по размерам. Количество собираемого в единицу времени заряда на втором и третьем электродах 4 и 5 также будет изменяться. Изменятся, следовательно, и токи, втекающие в преобразователи 10 и 11 ток - напряжение, фиг.2. Это вызовет изменение напряжений на выходах интеграторов 12 и 13, фиг.2. На выходе вычитателя 14 аналоговых сигналов и выходе прибора - микрофона появятся колебания электрического напряжения с частотой, равной частоте акустических колебаний воздуха в газовом промежутке 3.When the particle flow deviates, the charge collection areas 22 and 23 of these particles at the second and third electrodes 4 and 5 will change in magnitude. For example, if the beam is deflected toward the third electrode 4, then the charge collection area 22 will increase, and the charge collection area 23 will decrease in size. The amount of charge collected per unit time at the second and third electrodes 4 and 5 will also vary. Consequently, the currents flowing into the converters 10 and 11 of the current - voltage will also change, Fig.2. This will cause a change in voltage at the outputs of the integrators 12 and 13, Fig.2. At the output of the subtractor 14 analog signals and the output of the device - microphone, voltage fluctuations will appear with a frequency equal to the frequency of acoustic air vibrations in the gas gap 3.
В совокупности, молекулы газов воздушной среды и ионы, образованные из них, - это та упругая среда, в которой распространяются акустические колебания, а колебательные движения пучка ионов (вместе с молекулами) In aggregate, air gas molecules and ions formed from them are the elastic medium in which acoustic vibrations propagate, and the vibrational movements of the ion beam (together with molecules)
есть, по сути, акустические колебания. Поэтому, как бы не уменьшалась частота акустических колебаний (в пределе до нуля Гц), синхронно, с частотой колебаний воздуха в газовом промежутке 3 будет происходить отклонение (по сути, колебание) потока заряженных частиц, двигающихся ко второму и третьему электродам 5 и 6 и, как следствие, синхронно будут изменяться выходные - токовые сигналы на выводах 6 и 7 заявляемого капсюля. Если при этом амплитуда регистрируемых акустических колебаний постоянна, то и амплитуда выходных сигналов заявляемого капсюля (работающего в составе микрофона) также будет постоянной, и не будет зависеть от частоты акустических колебаний. Поэтому, в отличие известного устройства, в заявляемом устройстве частотный диапазон в области низких частот расширяется до нуля Гц.there are, in fact, acoustic vibrations. Therefore, no matter how the frequency of acoustic vibrations decreases (to a limit of zero Hz), synchronously, with the frequency of air vibrations in the gas gap 3, a deviation (in essence, oscillation) of the flow of charged particles moving to the second and third electrodes 5 and 6 and as a result, the output - current signals at the terminals 6 and 7 of the claimed capsule will synchronously change. If the amplitude of the recorded acoustic vibrations is constant, then the amplitude of the output signals of the inventive capsule (operating as a microphone) will also be constant, and will not depend on the frequency of acoustic vibrations. Therefore, in contrast to the known device, in the inventive device, the frequency range in the low frequency region extends to zero Hz.
Испытанный в лабораторных условиях, действующий макет заявляемого капсюля имеет практически плоскую амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) в диапазоне низких частот от нуля Гц до 100 Гц с неравномерностью, не превышающей 0,5 Дб в виде спада АЧХ в верхней части указанного диапазона. В качестве источника возмущения нулевой частоты использовался стационарный поток воздуха, в который помещался капсюль.Tested in laboratory conditions, the current prototype of the inventive capsule has a practically flat amplitude-frequency characteristic (AFC) in the low frequency range from zero Hz to 100 Hz with unevenness not exceeding 0.5 dB in the form of a frequency response drop in the upper part of this range. A stationary air flow in which the capsule was placed was used as a source of zero-frequency perturbation.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005137653/22U RU54281U1 (en) | 2005-12-02 | 2005-12-02 | MICROPHONE CAPSULE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005137653/22U RU54281U1 (en) | 2005-12-02 | 2005-12-02 | MICROPHONE CAPSULE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU54281U1 true RU54281U1 (en) | 2006-06-10 |
Family
ID=36713505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005137653/22U RU54281U1 (en) | 2005-12-02 | 2005-12-02 | MICROPHONE CAPSULE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU54281U1 (en) |
-
2005
- 2005-12-02 RU RU2005137653/22U patent/RU54281U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3518462A (en) | Fluid flow control system | |
| KR101053256B1 (en) | Energy harvester | |
| US11554951B2 (en) | MEMS device with electrodes and a dielectric | |
| US20180152792A1 (en) | Mems device | |
| CN113195399A (en) | Bending transducer as actuator, bending transducer as sensor, and bending transducer system | |
| US2484950A (en) | Bender type electromechanical device with dielectric operating element | |
| JP2013058900A (en) | Electromechanical conversion device | |
| KR100565800B1 (en) | Apparatus for driving and motion detection of MEMS structure using single electrode | |
| RU54281U1 (en) | MICROPHONE CAPSULE | |
| US11228844B2 (en) | Push-pull electret transducer with controlled restoring force for low frequency microphones and energy harvesting | |
| US2401527A (en) | Electromechanical multiplying device | |
| RU63158U1 (en) | MICROPHONE CAPSULE | |
| Li et al. | A Novel Comb Design for Enhanced Power and Bandwidth in Electrostatic Mems Energy Converters | |
| US7925033B2 (en) | Electro-acoustic transducer | |
| RU69366U1 (en) | ACOUSTIC TRANSMITTER | |
| JP2013121309A (en) | Vibration power generator | |
| RU69368U1 (en) | ACOUSTIC TRANSMITTER | |
| CN114157972A (en) | Comb type microphone | |
| JP2019080091A (en) | Capacitive sound wave generator and capacitive speaker | |
| RU69365U1 (en) | ACOUSTIC TRANSMITTER | |
| RU78388U1 (en) | ACOUSTIC TRANSMITTER | |
| EP3800901A1 (en) | Electroacoustic convertor, audio device and audio method thereof | |
| CN116711327A (en) | Ultrasonic device, impedance matching layer, and electrostatic driving device | |
| CN110661505A (en) | Low-extrusion-film damping micromechanical resonator with large length-width ratio structure | |
| TW202335514A (en) | Differential drive of a sound transducer system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20091203 |