102B03 108A02美國(guó)PCB應(yīng)變傳感器

傳聲器的使用和維護(hù)：
1 Q: 我該如何正確使用我的傳聲器？
A: 使用這些敏感儀器時(shí)務(wù)必當(dāng)心，觀看此視頻學(xué)習(xí)如何保護(hù)和維護(hù)測(cè)量傳聲器。
什么時(shí)候我能移除傳聲器的柵格保護(hù)帽？
建議永遠(yuǎn)不要移除柵格保護(hù)帽。它主要用于保護(hù)膜片。唯一可以移除的時(shí)候是有校準(zhǔn)資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室來(lái)進(jìn)行頻率響應(yīng)校準(zhǔn)的時(shí)候。
2 Q: 我如何清潔傳聲器？
   A: 如果傳聲器或者前置放大器的內(nèi)部連接區(qū)域有灰塵的話，可以用一個(gè)較小壓力的橡膠球來(lái)輕輕的吹干凈。在現(xiàn)場(chǎng)一般不要移除柵格保護(hù)帽。
3 Q: PCB?傳聲器/前置放大器系統(tǒng)里的黑色塑料保護(hù)帽是干嘛用的？
   A: 塑料保護(hù)帽是用于保護(hù)前置放大器的輸出接頭免遭灰塵或污染。它不是用于傳聲器的。僅將它用于前置放大器的電氣接頭上。不要將它們裝在傳聲器上，否則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)真空環(huán)境以及在傳聲器膜片上產(chǎn)生一個(gè)壓力變化，這個(gè)壓力會(huì)拉伸膜片造成靈敏度的變化
4 Q: 什么會(huì)導(dǎo)致傳聲器靈敏度的變化漂移？
   A: 傳聲器靈敏度漂移出現(xiàn)主要由于：
?    由于暴露于高熱強(qiáng)磁環(huán)境噪聲背極板電荷損失；
?    膜片重量負(fù)載變化（灰塵）
?    膜片損壞（跌落或撞擊）
?    觸摸膜片
?    暴露于水、高濕度或化學(xué)物品中
     當(dāng)使用、維護(hù)和存儲(chǔ)得當(dāng)?shù)那闆r下，PCB?的傳聲器會(huì)提供很多年的可靠性能。
傳聲器參數(shù)說(shuō)明：
1 Q: 一個(gè)傳聲器的最低可測(cè)聲壓級(jí)(SPL)是多少？
   A:  傳聲器和前置放大器的噪聲是兩者的噪聲組合。記住它的簡(jiǎn)單辦法是類似于加速度傳感器和壓力傳感器的分辨率(寬帶)指標(biāo)。
        可測(cè)最小聲壓級(jí)會(huì)比傳聲器的本底噪聲稍微高一些。當(dāng)需要進(jìn)行最小信號(hào)測(cè)量時(shí)需要考慮一些其它因素。你必須考慮前置放大器的本底電噪聲，連接電纜、供電電源、軟件、濾波器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及接地回路噪聲等。
        對(duì)于這個(gè)技術(shù)專題我們會(huì)將傳聲器和前置放大器作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)考慮。噪聲是兩者組合，前置放大器主要噪聲在低頻段，傳聲器是高頻段。

本底噪聲定義為1/3倍頻段內(nèi)dB，dBA。膜片尺寸越大靈敏度越高，噪聲越低。常規(guī)1/2英寸自由場(chǎng)傳聲器的本底噪聲一般在15到20dBA，較大的1英寸傳聲器本底在10到15dBA，1/4英寸本底在30到60dBA。線性Z計(jì)權(quán)dB值會(huì)更高。
我們最新的378A04本底噪聲是6.5dBA，下圖是378A04的一個(gè)實(shí)際測(cè)試值。

對(duì)于銷售來(lái)說(shuō)更為重要的是需要知道本底噪聲依賴于頻率，噪聲一般是傳聲器和前置放大器有用頻率段下的那個(gè)區(qū)域，但是如果你看特定頻率或者1/3倍頻程，你會(huì)看到在本底噪聲曲線上的很小。1/3倍頻100Hz處A計(jì)權(quán)噪聲是-24dBA，是一個(gè)負(fù)值，低于人耳可聽(tīng)閾值，在100Hz線性值是-5dB。
       同樣重要的是你需要了解你的測(cè)試環(huán)境來(lái)選擇合適的傳聲器，除非客戶有消聲室，否則它們的背景噪聲會(huì)比378A04的背景噪聲高很多，這個(gè)時(shí)候還不如使用更佳的378B02。如果是想測(cè)試最低的噪聲值，也需要其它所有設(shè)備都能達(dá)到此低噪聲功能，最新的預(yù)極化傳聲器378A04是最佳選擇。
2 Q: 130E22和130A23有什么區(qū)別？
   A: 兩者都是自由場(chǎng)SMB接頭陣列傳聲器。130A23使用了不同的設(shè)計(jì)達(dá)到更高的動(dòng)態(tài)范圍，以及高達(dá)20kHz頻率范圍內(nèi)較為平坦的響應(yīng)。130E22在高頻處偏差大，性價(jià)比更高。
3 Q: 電容傳聲器的絕對(duì)相位和相對(duì)相位有何區(qū)別？
    A: 相位代表了施加信號(hào)（電信號(hào)或者機(jī)械信號(hào)）與施加信號(hào)的響應(yīng)之間的延遲，這個(gè)可以描述為絕對(duì)相位或者相對(duì)相位。絕對(duì)相位指的是傳聲器的固有延遲，和外界沒(méi)有任何關(guān)系，它指的是入射聲壓和輸出電響應(yīng)之間的延遲。相對(duì)相位指的是輸出電響應(yīng)和另一個(gè)傳聲器的響應(yīng)之間的延遲。任何相對(duì)響應(yīng)測(cè)量都必須建立在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上。
4 Q:傳聲器工作在最大額定溫度是否安全？
    A:是的，可以使用。PCB的傳聲器在超出最大工作溫度段都會(huì)進(jìn)行測(cè)試。更重要的是需要注意每個(gè)傳聲器都需要一個(gè)前置放大器，很多情況下前置放大器限制了傳聲器和前置放大器組合系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。
5 Q:前置放大器的溫度系數(shù)會(huì)影響什么？只需要考慮傳聲器的參數(shù)還是也需要考慮前置放大器的溫度影響？
    A:前置放大器的溫度系數(shù)可以忽略不計(jì)。建議使用傳聲器和前置放大器系統(tǒng)指標(biāo)。
6 Q: 超過(guò)IEC 61094-4(工作級(jí)別傳聲器)標(biāo)準(zhǔn)所需的-10 °C 到 +50 °C之外的溫度范圍的溫度系數(shù)是線性的嗎？
    A: 是的，超過(guò)這個(gè)范圍也是線性的，在-40 °C 到150 °C之間都測(cè)量過(guò)。
7 Q: 什么會(huì)引起PCB 130E20陣列傳聲器和工作級(jí)別傳聲器378B02的測(cè)試結(jié)果差別？
    A: 工作級(jí)別傳聲器378B02在極端環(huán)境下比低成本的130系列傳聲器更為穩(wěn)定。溫度、濕度和氣壓會(huì)對(duì)130系列傳聲器帶來(lái)更大的靈敏度漂移。兩種傳聲器在穩(wěn)定后都需要在測(cè)試環(huán)境下進(jìn)行校準(zhǔn)。測(cè)量數(shù)據(jù)的精度會(huì)受到傳聲器的外觀尺寸、擺放位置以及所在位置的反射影響。傳聲器自身存在于測(cè)量聲場(chǎng)中也會(huì)改變測(cè)量結(jié)果。如果這個(gè)發(fā)生了，改變一下傳聲器的位置進(jìn)行另一次的測(cè)量。如果誤差僅存在于高頻處，這里要指出的是130E20在10kHz是± 2dB，而377B02到20kHz處都更為平坦。
8 Q: 為什么130E21,130E22和130A23陣列傳聲器與常規(guī)的1/4英寸378系列傳聲器有不同的直徑？
   A: 這些傳聲器被設(shè)計(jì)成不同直徑，主要是用于降低成本替換其它廠家的傳聲器，這個(gè)需要更換支架或改變?cè)O(shè)置。
9 Q: 聲壓級(jí)增高在輸出端會(huì)帶來(lái)正電壓還是負(fù)電壓輸出？
   A:  當(dāng)入射聲壓作用在預(yù)極化傳聲器上時(shí)，輸出電壓是正輸出。外極化傳聲器由于存儲(chǔ)了電荷所以輸出和預(yù)極化傳聲器有180度的相位差。所以外極化傳聲器的輸出是負(fù)電壓。
10 Q: 前置放大器是如何影響傳聲器的動(dòng)態(tài)范圍的？
     A: 前置放大器會(huì)影響傳聲器和前置放大器組合的噪聲，因?yàn)樗鼤?huì)引入電噪聲。一般情況下它會(huì)限制上限測(cè)量范圍（3%失真）這個(gè)依賴于傳聲器的指標(biāo)和前置放大器提供的電壓值大小。
11 Q: 為何PCB的傳聲器校準(zhǔn)證書(shū)上有2個(gè)靈敏度指標(biāo)？
     A: 這兩個(gè)靈敏度指標(biāo)描述的是同一個(gè)東西，第一個(gè)是開(kāi)路靈敏度基準(zhǔn)值是1V/Pa,第二個(gè)是轉(zhuǎn)換結(jié)果為mV/Pa為單位。舉個(gè)例子377B02是-26 dB re.1V/Pa,等于50mV/Pa。
12 Q: 377B02傳聲器的工作溫度。
     A: 傳聲器的工作溫度為150℃。重要的是傳聲器都需要一個(gè)前置放大器配合使用，前置放大器有一定的限制條件。標(biāo)準(zhǔn)的1/2英寸前置放大器工作溫度范圍是60℃到80℃，但是PCB公司是第一家開(kāi)發(fā)出高溫的前置放大器和377B02匹配使用時(shí)可以工作高達(dá)125℃。
13 Q: PCB?傳聲器和前置放大器系統(tǒng)具有靜壓系數(shù)指標(biāo)，靜壓范圍是多少？我可以在40000英尺高度使用傳聲器嗎？
     A: 靜壓范圍指的是在膜片上的正壓范圍。在40000英尺高度，環(huán)境壓力是21 kPa，這個(gè)壓力差大概是13.5dB，但是傳聲器僅在緯度變化比傳聲器通風(fēng)快的情況下會(huì)測(cè)到這個(gè)壓力。重要的是需要了解傳聲器會(huì)遇到的壓力變化率，PCB?建議不要超過(guò)0.5 psi/s（3.5kPa/s）。
14 Q: PCB?的用于1/4英寸傳聲器和1/2英寸前置放大器的079A02適配器影響傳聲器的性能嗎？
     A: 適配器不影響任何性能指標(biāo)，工作溫度高達(dá)120° C。
15 Q: 我可以使用PCB?傳聲器超出它的指標(biāo)定義頻率范圍嗎？
     A: 傳聲器一般指標(biāo)都是定義為整個(gè)頻帶±2 dB，你可以使用超出這個(gè)頻率范圍，但是你得到的數(shù)據(jù)將會(huì)不準(zhǔn)確，諸如±3 dB誤差。
16 Q: 傳聲器的最大聲壓級(jí)是什么？它是如何定義的？
     A: 當(dāng)傳聲器經(jīng)歷一個(gè)壓力變化時(shí)，前置放大器會(huì)輸出一個(gè)正比于聲音頻率和幅值的電壓波形。在很高幅值情況下系統(tǒng)的機(jī)械和電氣性能會(huì)變得非線性而導(dǎo)致波形失真。傳聲器可探測(cè)到的最大聲壓級(jí)通過(guò)固定百分比總諧波失真（THD）定義得出。動(dòng)態(tài)范圍上限定義為輸出值達(dá)到3% THD的時(shí)候峰值聲壓級(jí)。實(shí)際的最大聲壓級(jí)可以通過(guò)傳聲器的實(shí)際靈敏度、前置放大器提供的峰值電壓、前置放大器的直流偏置電壓以及信號(hào)調(diào)理器的激勵(lì)電壓測(cè)量得出。為了最大化上限動(dòng)態(tài)范圍，可以選擇低靈敏度傳聲器、高最大峰值電壓輸出以及利用具有足夠激勵(lì)電壓的信號(hào)調(diào)理器來(lái)得到。
17 Q: 傳聲器和前置放大器系統(tǒng)的最高溫度是多少？熱是怎么影響應(yīng)用的？
     A: 工作溫度上下限一般都列在廠家的指標(biāo)規(guī)格書(shū)上。PCB?公司的典型精密型預(yù)極化傳聲器可以確保工作達(dá)到120℃，外極化傳聲器可以達(dá)到150℃，工作溫度變化會(huì)導(dǎo)致靈敏度輕微變化。一個(gè)優(yōu)秀的制造廠家提供一個(gè)溫度系數(shù)（一般-0.007dB/ ℃），前置放大器的工作溫度通常是限制因素。典型的前置放大器工作溫度溫度上限是60℃到80℃。高溫型前置放大器通過(guò)特殊設(shè)計(jì)可以達(dá)到120℃，探管型傳聲器可以通過(guò)探管末端進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量溫度高達(dá)800℃，探管可以讓聲音信號(hào)通過(guò)，并將傳聲器和前置放大器隔離熱源。
18 Q: 置放大器會(huì)改變傳聲器的靈敏度嗎？
     A: 會(huì)的，但是改變?nèi)Q于傳聲器和前置放大器兩者。所有制造廠家都提供單位為dB的增益（負(fù)值表示衰減）指標(biāo)。衰減表示需要將傳聲器靈敏度減去這個(gè)值,然后得到系統(tǒng)靈敏度。舉例說(shuō)明：一個(gè)傳聲器諸如377B02靈敏度為50mV/Pa或者-26.02dB(re 1V/Pa)，當(dāng)與426E01這樣的前放一起使用時(shí)，426E01的增益為-0.05dB，這樣系統(tǒng)靈敏度就是-26.07dB或者是49.71mV/Pa了。這個(gè)例子來(lái)說(shuō)，靈敏度只改變了-0.6%，市場(chǎng)上的一些前置放大器的增益可以達(dá)到-0.3dB，這會(huì)導(dǎo)致靈敏度下跌超過(guò)3%。考慮前置放大器增益的最佳辦法還是將傳聲器和前置放大器一起進(jìn)行校準(zhǔn)。PCB既提供單純的傳聲器也提供傳聲器和前置放大器組合系統(tǒng)。
19 Q: 如果我使用377B02和426E01電纜最長(zhǎng)可以到多少？
     A: 為了正確的回答這個(gè)問(wèn)題，需要一些其它信息。電纜長(zhǎng)度取決于一系列的因素:電纜的電容、傳聲器的靈敏度、最大聲壓級(jí)、測(cè)量頻率和提供的恒流電流大小，這些都會(huì)對(duì)所用的電纜長(zhǎng)度有影響。預(yù)極化或者ICP?型傳聲器的優(yōu)點(diǎn)之一就是可以使用同軸電纜，同軸電纜價(jià)格低而且長(zhǎng)距離損失小。舉例說(shuō)明：一個(gè)50mV/Pa的傳聲器，用100英尺的電纜測(cè)試140dB的信號(hào)，最高測(cè)量頻率可以達(dá)到9.7kHz。將恒流源電流提高到4mA,高頻就可以達(dá)到25kHz了。最大聲壓級(jí)具有非常明顯的影響。減小聲壓級(jí)到120dB，利用2mA ICP?電源供電，大約500英尺電纜可以測(cè)量高達(dá)19kHz。
20 Q: PCB傳聲器可以測(cè)量到的最小聲壓級(jí)是多少？
     A: 傳聲器系統(tǒng)的本底噪聲不僅僅取決于系統(tǒng)組成，還取決于最終用戶希望測(cè)量的頻率范圍。傳聲器的本底噪聲定義為dBA（人耳如何感知的噪聲值）和非計(jì)權(quán)線性輸出dB值（一般稱為線性或者Z計(jì)權(quán)）。當(dāng)前置放大器加到傳聲器上時(shí)，另外的噪聲也會(huì)引入進(jìn)來(lái)。在低頻噪聲主要來(lái)自前置放大器而在高頻主要來(lái)自傳聲器。所以要綜合的看所有的噪聲源。
       對(duì)于本底噪聲或者可以測(cè)量的最小聲壓級(jí)，你需要了解傳聲器的本底熱噪聲以及電子噪聲（前置放大器+信號(hào)調(diào)理器+數(shù)采）。熱噪聲指標(biāo)提供了一個(gè)傳聲器可以測(cè)量的最小聲壓級(jí)。每個(gè)傳聲器都有它自己的噪聲特征，傳聲器的直徑尺寸對(duì)于頻率和可測(cè)的噪聲有非常明顯的影響。由于其尺寸和設(shè)計(jì)因素，傳聲器的噪聲主要影響高頻段，而前置放大器的電噪聲主要影響低頻段。下圖是一個(gè)1/2英寸傳聲器和前置放大器的不同頻率段噪聲分布。

總噪聲級(jí)是頻率曲線下的所有面積。不同頻率，諸如在FFT或者1/3倍頻程具有較小噪聲值。下圖是PCB?最新的獨(dú)一無(wú)二的低噪聲預(yù)極化1/2英寸傳聲器378A04的噪聲曲線。最小噪聲指標(biāo)是小于6.5dBA,典型5.5dBA。青色柱狀圖顯示的是A計(jì)權(quán)頻譜結(jié)果。

即使指標(biāo)里是小于6.5dBA，青色柱狀圖里的結(jié)果沒(méi)有超過(guò)-5dBA的。這是因?yàn)?/3倍頻程顯示出具有較小的帶寬，因此曲線下面的區(qū)域較小噪聲值更低。
       紅色柱狀圖是線性無(wú)計(jì)權(quán)dB值。這些比較高，因?yàn)锳計(jì)權(quán)表示人耳感知的有衰減信號(hào)。人耳在1kHz到5kHz頻段最靈敏，在這之上和之下都會(huì)衰減信號(hào)，這就是為什么在特定區(qū)域紅色值較高的原因。
       選擇合適的傳聲器需要被測(cè)聲壓級(jí)都在傳聲器的動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)。動(dòng)態(tài)范圍的定義是下限為本底噪聲，上限為諧波失真范圍。一般來(lái)說(shuō)，傳聲器直徑越小，可測(cè)的聲壓級(jí)越高。推薦大直徑傳聲器用于低幅值聲壓測(cè)量，因?yàn)楸镜自肼暤汀?br>