ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №1

УДК: 535.4(076.5); 621.382

ФОТОННЫЙ ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ
ПРИЁМНИК-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

А.Г. Прыгунов, С.В. Лазаренко

Донской государственный технический университет
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Статья поступила в редакцию 16 октября 2024 г.

Аннотация. Независимо от конструкций приёмников-преобразователей акустических сигналов в процессе акустоэлектрического преобразования звукового давления в электрические сигналы проявляются недостатки, которые приводят к ухудшению технических характеристик этих устройств. В процессе преобразования всегда имеют место нелинейные искажения, схемотехнически ограничены динамический диапазон таких преобразователей, их чувствительность и номинальный диапазон частот с допустимой нелинейностью амплитудно-частотной характеристики, присутствует электрический шум, имеется предрасположенность к самовозбуждению, имеет место так называемый «микрофонный эффект». Методы улучшения основных технических характеристик таких устройств приводят, как правило, к сильному усложнению их конструкции, повышению энергопотребления и увеличению массогабаритных характеристик. Актуальным, при этом, является вопрос формирования выходных сигналов акустоэлектрических приёмников-преобразователей (АЭП) непосредственно в цифровой форме представления и при обязательном выполнении нормативных требований к основным техническим характеристикам этих устройств. В статье представлен возможный вариант построения конструкции АЭП, в полной мере отвечающей требованиям к техническим характеристикам такого устройства путём использования в его конструкции механического чувствительного элемента (ЧЭ) в виде мембраны в сочетании с голографическим интерферометром на основе пространственно-спектрального метода голографической интерферометрии. Разработана структурная схема направленного шумостойкого фотонного голографического АЭП, сформулированы и обоснованы достоинства его конструкции. Описан алгоритм функционирования голографического АЭП. Путём математического моделирования проведена оценка чувствительности голографического АЭП к перемещениям его мембраны. Графически показан высокий уровень этой чувствительности. Сделан обоснованный вывод о том, что имеется возможность однозначной и точной регистрации перемещений мембраны АЭП независимо от амплитуды этих перемещений, что обеспечивает высокие технические характеристики голографического АЭП. В статье представлен возможный вариант построения конструкции АЭП, в полной мере отвечающей требованиям к техническим характеристикам такого устройства путём использования в его конструкции механического чувствительного элемента (ЧЭ) в виде мембраны в сочетании с голографическим интерферометром на основе пространственно-спектрального метода голографической интерферометрии. Разработана структурная схема направленного шумостойкого фотонного голографического АЭП, сформулированы и обоснованы достоинства его конструкции. Описан алгоритм функционирования голографического АЭП. Путём математического моделирования проведена оценка чувствительности голографического АЭП к перемещениям его мембраны. Графически показан высокий уровень этой чувствительности. Сделан обоснованный вывод о том, что имеется возможность однозначной и точной регистрации перемещений мембраны АЭП независимо от амплитуды этих перемещений, что обеспечивает высокие технические характеристики голографического АЭП.

Ключевые слова: приёмник акустических сигналов, фотоника, мембрана, Фурье-голограмма, тонкая линза, чувствительность, динамический диапазон, частотный диапазон.

Финансирование: Работа подготовлена в рамках научной темы «Разработка беспилотных технологий на основе комплексной поэтапной оптимизации с редукцией экстремальных задач и инструментов нейро-нечёткого моделирования (FZNE-202 2-0006).

Автор для переписки: Прыгунов Александр Германович, agprygunov@mail.ru

Литература

1. Крячко В.М. Акустические преобразователи: Учеб. пособие. / С.-Петерб. гос. ун-т. Санкт-Петербург: НИИХ СПбГУ, 2002. – 160 с.: ил.

2. Сапожков М.А. Электроакустика: Учебник для вузов. М.: Связь, 1978. 272 с.

3. Вахитов Ш.Я. Современные микрофоны. Теория. Проектирование. СПб.: Изд. СПбГУКиТ, 2003. – 394 с.

4. Безуглов Д.А., Прыгунов А.Г., Трепачев В. В. Анализ дифракции света на эталонной голограмме при измерении перемещений объектов пространственно-спектральным методом. // Автометрия. СО РАН. 1998. № 5. С. 21-28.

5. Прыгунов А.Г., Сизов В.П., Безуглов Д.А. Метод определения перемещений объектов на основе анализа волновых фронтов оптического поля с использованием эталонных голограмм. // Оптика атмосферы и океана. № 6, 1995. – С. 826-830.

6. Прыгунов А.Г. Физические основы использования голографического интерферометра в фотонных телекоммуникационных устройствах. // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. Научно-технический журнал, 2021. № 2. С. 42-48.

7. Прыгунов А.Г., Корнев А.С., Лазаренко С.В. Оценка чувствительности голографического интерферометра при оптических измерениях. // Измерительная техника. 2023. № 10. С. 56–62. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-10-56-62.

Для цитирования:

Прыгунов А.Г., Лазаренко С.В. Фотонный голографический акустоэлектрический приёмник-преобразователь. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.1.2