使用较低质量测量传声器的主要挑战是性能问题可能太微弱而难以察觉,除非您一直在使用校准器监测传声器灵敏度。这并不意味着没有差异,而是指缺陷可能短期内微不足道,但会随着时间的推移,特别是在特定条件下,对测量的准确性和可靠性产生重大影响。
注意:实际性能可能与产品参数规格并不一致。)
测量传声器常见的问题之一是颗粒污染,这会影响清洁度和性能。在精密传声器中,其背板和隔膜之间的间距约为20微米,这决定了传声器的电容容量。为了更加直观体现这个距离,一根头发的直径在60到100微米之间,是其间距的3到5倍厚度。
图 1:测量传声器膜片之间的距离。
任何被困在传声器腔体内的颗粒都可以在膜片下产生影响,从而改变电容和极化电压,进而改变传声器的灵敏度和本底噪声。温度和湿度的变化会导致颗粒周围产生冷凝,从而加剧对灵敏度漂移和提高本底噪声这种情况的影响。
图 2:封闭在隔膜和背板之间的颗粒
一家公司在将其传声器暴露在高湿度测试中后发表了相反的观点。他们声称,虽然他们的传声器在测试中显示出灵敏度的变化(超过1.5 dB的变化 ) , 但其灵敏度在传声器重新干燥后只发生了很小的变化(比初始灵敏度+0.3 dB ) 。虽然这可能是事实,但在HBK我们并不认为这种性能可以被接受。
我们的经验表明,传声器不够干净,就无法保持稳定的灵敏度。
图 3: 封闭在外壳和隔膜之间的可见颗粒与干净传声器膜片对比图。
在一次实验中,我们把40个传声器暴露在高湿度下一周。结果显示,40%的传感器灵敏度变化大于0.2dB,部分传感器损耗大于4dB,而HBK精密测量传声器灵敏度变化小到几乎不可测量。
对于在潮湿环境下灵敏度变化>0.2 dB的传声器的长期稳定性,您能有什么想法和期待呢?
简单回答,其实不能。
传声器的灵敏度会整天漂移,需要不断重新校准。校正灵敏度并不能解决所有问题,因为极化电压的变化也会影响膜片张力,从而影响传声器的高频响应。
图 4: 灵敏度校正前后健康与不健康的传声器响应的对比。
它们看似简单,但高质量的传声器依靠精心挑选的材料,以确保在不断变化的温度和静压下的稳定性。没有这种细致的结构,传声器很容易产生迟滞现象,这意味着暴露于温度变化或静压会使部分零部件(如膜片)转移到新的位置,从而改变平衡点,引起持久的灵敏度变化。
在设计不佳的传声器中,灵敏度变化会持续存在,即使在返回环境条件后,也会因此产生不可靠的测试结果。
图 5:传声器在暴露于温度压力时产生滞后现象
不稳定的传声器会产生不稳定的结果,误差会随着时间的推移和不同的环境条件而变得更加明显。使用低质量的测量传声器,您可能会遇到:
传声器是测量链中的第一个环节,当然也是最关键的环节。传声器捕获的信号质量必须尽可能好;不确定性高的传声器将导致测量设置不良,并给整个测量链带来不确定性。
图 6:基本测量链每个环节(传感器、电缆、前端和软件分析)带来的平均不确定性。
如今,使用质量较低的传声器节省少量成本,是否值得冒着损害长期测量精度和准确度的风险?