Pääsivu

Tekniikka

Rakenne

Dokumentit & linkit

Nykyinen menetelmän toteutus perustuu puhekelan lieriön sisään magneettisysteemin keskikappaleen yläpuolelle sijoitettuun sylinterikondensaattoriin. Sisempi kondensaattorin pinta on kiinnitetty magneetin keskiosan päälle ja ulompi puhekelan lieriön sisäpuolelle. Tämän kondensaattorin kapasitanssi muuttuu lineaarisesti kaiutinkartion poikkeutuksen mukaan. Toimintaperiaate ja sen hyödyntäminen liiketakaisinkytkennässä on esitetty seuraavassa kuvassa (osat, jotka on lisätty "normaaliin" elementtiin on värjätty, eristeet vihreällä ja johteet punaisella);


Kuva 1: Järjestelmän toimintaperiaate

Mittauskondensaattorin kapasitanssi voidaan laskea seuraavalla kaavalla:

Kaava 1

Jossa:

εo = tyhjiön permittiivisyys (8,8542 * 10^-12 C² * N^-1 m^-2)
εr = suhteellinen permittiivisyys (ilmalle noin 1),
l = kondensaattorin pituus (m),
r1 = kondensaattorin sisäsäde (m),
r2 = kondensaattorin ulkosäde (m).

Tässä kaavassa pituus l muuttuu kaiutinkartion liikkeiden mukaan. Jos halutaan laskea kapasitanssi pituusyksikköä kohti, voidaan käyttää seuraavaa kaavaa (l asetettu ykköseksi):

Kaava 2

Mittauskytkentä on toteutettu yksinkertaisena virta-jännitemuuntimena. Kun kytkennässä olevan kondensaattorin arvo on tarpeeksi pieni, kytkennän tuottama jännite on verrannollinen mittauskondensaattorin kapasitanssin muutokseen seuraavien kaavojen mukaan:

Kaava 3

Kaava 4

Kaava 5

Jossa:

Uout = Virta-jännitemuuntimen lähtöjännite (V),
R = Takaisinkytkentävastuksen arvo (Ω),
Ucap = Mittauskondensaattorin yli vaikuttava jännite (V),
dQ/dt = Mittauskondensaattorin varauksen derivaatta (muutosnopeus) (As/s (=A)),
dC/dt= Mittauskondensaattorin kapasitanssin derivaatta (muutosnopeus) (F/s (=A/V)),
dl/dt = Mittauskondensaattorin pituuden derivaatta (muutosnopeus) (m/s).

Sinimuotoisella signaalilla kartion poikkeutus ja kondensaattorin pituus noudattavat seuraavaa kaavaa:


Kaava 6

Jossa:

x_max = Poikkeutuksen maksimiarvo (yhteen suuntaan),
l = Kondensaattorin pituus,
f = Äänen taajuus.

Virta-jännitemuuntimen lähtöjännite voidaan johtaa kaavoista 5 ja 6 (sinimuotoiselle signaalille):

Kaava 7

Mitä kaikki nämä kaavat tarkoittavat?

Lyhyesti: Operaatiovahvistimen lähtöön muodostuu jännite, joka on suoraan verrannollinen kaiutinkartion liikenopeuteen. Kun mittauskondensaattorin ulkokehän jännitteenä käytetään 1kV:a, virta-jännitemuuntimen vastuksen arvo on 1MΩ, kartion poikkeutus +-10mm ja taajuus 20Hz, operaatiovahvistimen lähtöjännite (AC) on noin 1V.

Koska kaiuttimen muodostama ääni on verrannollinen kartion kiihtyvyyteen, pitää joko nopeusmittaus muuntaa kiihtyvyydeksi (derivoimalla) tai äänisignaali konvertoida nopeudeksi (integroimalla), jotta saadaan vertailukelpoiset signaalit korjausta varten.

Lisätietoa, prototyyppien selostukset sekä mittauksia löytyy dokumentista "Description of prototypes" (PDF, 403 kB).