«Электретные преобразователи энергии»

4. Электретные материалы и изделия в технике
4.1. Преобразователи сигналов
Преобразующие устройства или преобразователи являются элементами систем автоматического управления и обработки данных. Они предназначены для трансформации подаваемых на вход сигналов в выходные сигналы той же или другой физической природы, которые обеспечивают обработку, передачу, измерение или регистрацию информации.
Электретные преобразователи классифицируют по природе входных сигналов:

• 
  преобразователи механических сигналов
  
• 
  преобразователи акустических сигналов
  
• 
  преобразователи электрических сигналов
  
• 
  преобразователи оптических сигналов
  

Преобразование механических сигналов осуществляют с помощью устройств, в которых использованы электретные датчики механических воздействий. Датчик – элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, регистрации и воздействия на управляемые процессы. Электретные датчики давления основаны на появлении тока в цепи, соединяющей электроды, при изменении зазора между электретом и электродами. Конструктивно их выполняют в виде микрофона с электретной мембраной или в виде клавиш, расположенных над электретной пленкой. На этом же принципе основаны датчики перемещений, деформаций и вибрации, основными элементами которых являются сопряженные, расположенные с зазором электрет и подвижный электрод. Близкие к описанным конструкции датчиков удара использовались для обнаружения утечек в космических станциях.
Разработаны датчики перемещений и деформаций, содержащие электреты из резины. Выходной сигнал возрастает с увеличением механической нагрузки и способностью материала электрета генерировать напряжение при деформации. Измеритель атмосферного давления на электретах основан на изменении заряда электрета в зависимости от давления окружающего его газа. Для целей защиты разработаны датчики давления в виде коаксиального кабеля с облицовкой из поляризованного тефлона, электродами которого служат центральная жила и экран. При деформировании последнего на выходе кабеля возникает электрический сигнал.
Принцип действия электретных тахометров – приборов для измерения механической скорости или частоты вращения деталей машин – состоит в индуцировании переменного тока при перемещении электрода в поле электрета. Последний закреплен на движущейся детали и, проходя вблизи неподвижного электрода, индуцирует в нем заряд.
В устройствах для ввода или передачи буквенно-числовых данных используют электретные сенсорные переключатели, срабатывающие от прикосновения. Выходные сигналы с амплитудой 10 – 100 В возникают в них при незначительном отклонении электретной диафрагмы. Для переключения достаточно легкого прикосновения к кнопке сенсора без заметного осязательного ощущения.
Преобразователи акустических сигналов позволяют трансформировать величины, характеризующие звуковое поле, в распределение электрического потенциала или тока. Чувствительным элементом электретных микрофонов служит заряженный твердый диэлектрик. Конденсаторный электретный микрофон состоит из диэлектрической диафрагмы, установленной с зазором на металлическом основании. Диафрагма выполнена в виде заряженной полимерной пленки, покрытой слоем металла. Неметализированная поверхность диафрагмы обращена к основанию, величина воздушного зазора контролируется выступами на поверхности основания. Для увеличения чувствительности микрофона в основании делают отверстия, соединяющие зазор с воздушным пространством. Полагают, что чувствительность электретных микрофонов может сохраняться практически постоянной до 10 – 100 лет.
Принцип конденсаторного микрофона с твердым диэлектриком, работающего с внешним смещением, использован в конструкциях наушников, громкоговорителей и источников ультразвука.
Гидрофоны – устройства для приема звуковых и ультразвуковых колебаний в воде и преобразования их в электрические колебания. Электретные гидрофоны конструктивно выполняют в виде описанных выше акустических преобразователей или используют датчики в виде зажатых между внешними электродами слоистых электретных структур. Они могут работать на частотах до 500 МГц при комнатной температуре. Электретные гидрофоны находят применение в гидроакустических устройствах: гидролокаторах, шумопеленгаторах, взрывателях акустических мин и т. д.
Оклеивание судов пьезоэлектрической пленкой, на которую подают сигнал 7 В частотой 19 кГц, предотвращает обрастание корпусов водорослями и моллюсками.
Принцип действия преобразователей электрических сигналов основан на изменении напряженности электрического поля, емкости и других характеристик электретных чувствительных элементов при воздействии различных физических явлений. Простейшим преобразователем такого типа является датчик влажности.
Электростатические линзы применяют для отклонения электронного луча в электронно-лучевых трубках и приборах на их основе. Это позволяет существенно уменьшить массу и габариты приборов и устройств, что особенно важно в космической технике, микроэлектронике и т. д.
Для преобразования оптических сигналов в электрические разработана группа электронно-оптических приборов на электретах. Такие преобразователи находят применение при наблюдении слабо освещенных или слабо излучающих объектов, при изучении быстропротекающих процессов в ядерной физике, астрономии, медицине, при скоростной киносъемке, а также в системах обработки, хранения и передачи информации.
Электреты нашли применение в приборах ночного видения, которые представляют собой электронно-оптические преобразователи ИК-излучения. Они нашли применение при наблюдении за ИК сигнальными огнями, вождении транспортных средств в ночное время, при стрельбе и т. д.