55、声学与振动传感器：原理、应用与校准技术

声学与振动传感器：原理、应用与校准技术

在当今的传感器领域中，声学和振动传感器虽然只是其中的一小部分，但在宽带信号的幅度和相位校准、换能器物理以及环境影响等方面却极具研究价值。本文将深入探讨声学和振动传感器的相关知识，包括传感器与换能器的区别、常见换能器类型、微机电系统（MEMS）传感器以及校准技术等内容。

1. 传感器与换能器的区别

传感器和换能器是两个不同的概念。传感器能够检测物理能量波，并产生与能量成正比的电压，但它不具备可逆性，即输入电能不会产生成比例的能量波。而换能器则可以将物理波能量从一种形式被动地转换为另一种形式，并且具有可逆性。例如，当输入机械波产生电压输出时，输入电压也能会会也能产生机械波输出。所有线性无源换能器都具有这种可逆性，并且遵循互易定律，即在保守场中，从点A发射幅度为X的波，在点B接收到幅度为Y的波，传播损耗为Y/X；那么从点B发射X，在点A接收到Y时，传播损耗同样为Y/X。

2. 常见换能器类型

常见的换能器主要分为电磁机械换能器和静电机械换能器两种类型，它们涵盖了当今大部分的麦克风、扬声器、振动传感器和声纳系统。

1.1 电磁机械换能器

电磁机械换能器最常见的形式是动圈式扬声器。其工作原理基于电磁感应，当导体在磁场中运动时会产生电动势（电压），电流通过导体时会产生机械力。相关物理方程如下：
- (f = Bli)
- (e = Blu)

其中，(i) 是电流（单位：安培），(B) 是磁场强度（单位：特斯拉），(l) 是导体在磁通量中的有效长度，(e) 是由速度产生的电压，(u) 是导体速度。

动圈式扬声器的分析十分有趣。为了提高力的产生效