Механико-электрические аналогии - Mechanical–electrical analogies - Wikipedia

Механико-электрические аналогии являются представлением механические системы в качестве электрические сети. Сначала подобные аналогии использовались в обратном порядке, чтобы помочь объяснить электрические явления в привычных механических терминах. Джеймс Клерк Максвелл ввел аналогии такого рода в XIX веке. Однако, как анализ электрических сетей со временем выяснилось, что некоторые механические проблемы легче решить с помощью электрического аналогия. Теоретические разработки в области электротехники^{[примечание 1]} особенно полезным было представление электрической сети в виде абстрактной топологической схемы ( принципиальная электрическая схема ) с использованием модель с сосредоточенными элементами и возможность сетевого анализа синтезировать сеть выполнить предписанный частотная функция.

Этот подход особенно полезен при проектировании механические фильтры - они используют механические устройства для реализации электрической функции. Однако этот метод может использоваться для решения чисто механических задач, а также может быть расширен на другие, не связанные между собой области энергетики. В настоящее время анализ по аналогии является стандартным инструментом проектирования везде, где задействовано более одной области энергетики. Его главное преимущество состоит в том, что вся система может быть представлена ​​в едином и последовательном виде. Электрические аналогии особенно используются преобразователь дизайнеров, по своей природе они пересекают энергетические области, а в Системы управления, чей датчики и приводы обычно будут преобразователями, пересекающими домен. Данная система, представленная электрической аналогией, предположительно может вообще не иметь электрических частей. По этой причине при разработке сетевых диаграмм для систем управления предпочтительнее использовать нейтральную в предметной области терминологию.

Механико-электрические аналогии разрабатываются путем нахождения отношений между переменными в одной области, которые имеют математическую форму, идентичную переменным в другой области. Не существует единственного уникального способа сделать это; теоретически возможны многочисленные аналогии, но широко используются две аналогии: аналогия импеданса и аналогия мобильности. Аналогия импеданса делает аналогию силы и напряжения, в то время как аналогия мобильности делает аналогии силы и тока. Само по себе этого недостаточно, чтобы полностью определить аналогию, необходимо выбрать вторую переменную. Обычный выбор - сделать пары мощности сопряженные переменные аналогичный. Это переменные, которые при умножении имеют единицы мощности. В аналогии с импедансом, например, это приводит к тому, что сила и скорость аналогичны напряжению и току соответственно.

Варианты этих аналогий используются для вращающихся механических систем, например, в электродвигатели. В аналогии с импедансом вместо силы крутящий момент делается аналогично напряжению. Вполне возможно, что обе версии аналогии необходимы, скажем, в системе, включающей вращение и возвратно-поступательный частей, и в этом случае аналогия сила-крутящий момент требуется в механической области и аналогия сила-крутящий момент-напряжение в электрической области. Другой вариант требуется для акустических систем; здесь давление и напряжение сделаны аналогично (аналогия импеданса). В аналогии с импедансом отношение сопряженных по мощности переменных всегда является величиной, аналогичной величине электрический импеданс. Например, сила / скорость равна механическое сопротивление. Аналогия мобильности не сохраняет эту аналогию между импедансами между доменами, но у нее есть еще одно преимущество перед аналогией с импедансом. В аналогии мобильности сохраняется топология сетей, механическая сеть схема имеет ту же топологию, что и аналогичная схема электрической сети.

Приложения

Механико-электрические аналогии используются для представления функции механической системы как эквивалентной электрической системы путем проведения аналогий между механическими и электрическими параметрами. Так может быть представлена ​​механическая система сама по себе, но в электромеханические системы где есть связь между механическими и электрическими частями. Аналогии особенно полезны при анализе механические фильтры. Это фильтры, состоящие из механических частей, но предназначенные для работы в электрической цепи через преобразователи. Теория схем хорошо развита в области электричества в целом и, в частности, существует множество доступных теорий фильтров. Механические системы могут использовать эту электрическую теорию в механических конструкциях посредством механико-электрической аналогии.^[1]

Механико-электрические аналогии полезны в целом, когда система включает преобразователи между разными энергетическими доменами.^{[примечание 1]} Еще одна область применения - механические части акустические системы такой как подбирать и тонарм из проигрыватели. Это имело определенное значение в ранних фонографах, где звук передается от иглы звукоснимателя к рупору через различные механические компоненты без электрического усиления. Ранние фонографы сильно пострадали от нежелательных резонансы в механических частях. Было обнаружено, что их можно устранить, рассматривая механические части как компоненты фильтр нижних частот который имеет эффект выравнивания полоса пропускания.^[2]

Электрические аналогии механических систем можно использовать просто как учебное пособие, чтобы помочь понять поведение механической системы. В прежние времена, примерно до начала 20-го века, была более вероятна обратная аналогия; механические аналогии были сформированы из тогда еще мало изученных электрических явлений.^[3]

Проведение аналогии

Электрические системы обычно описываются с помощью принципиальная электрическая схема. Это сетевые диаграммы, описывающие топология электрической системы используя специализированный график обозначение. Принципиальная схема не пытается представить истинные физические размеры электрических компонентов или их фактическое пространственное соотношение друг с другом. Это возможно, потому что электрические компоненты представлены как идеальные элементы с сосредоточенными параметрами, то есть элемент обрабатывается так, как если бы он занимал одну точку (сосредоточен в этой точке). Неидеальные компоненты можно учесть в этой модели, используя более одного элемента для представления компонента. Например, катушка предназначен для использования в качестве индуктор имеет сопротивление а также индуктивность. Это может быть представлено на принципиальной схеме как резистор последовательно с индуктором.^[4] Таким образом, первый шаг в формировании аналогии механической системы - описать ее как механическую сеть аналогичным образом, то есть как топологический граф идеальных элементов.^[5] Возможны альтернативные, более абстрактные представления принципиальной схемы, например граф облигаций.^[6]

Схема механической сети простого резонатора (вверху) и одна возможная электрическая аналогия для него (внизу)

На схеме электрической сети ограничено линейные системы, есть три пассивный элементы: сопротивление, индуктивность и емкость; и два активных элемента: генератор напряжения, а генератор тока.^{[заметка 2]} Механические аналоги этих элементов могут быть использованы для построения механическая сеть диаграмма. Механические аналоги этих элементов зависят от того, какие переменные выбраны в качестве основных переменных. Существует широкий выбор переменных, которые можно использовать, но чаще всего используются сопряженная пара переменных (описывается ниже) и пары гамильтоновых переменных, полученных из них.^[7]

Существует предел применимости этого модель с сосредоточенными элементами. Модель работает хорошо, если компоненты достаточно малы, чтобы время, необходимое для того, чтобы волна пересекла их, было незначительным, или, что то же самое, если нет значимых фаза разница в волне по обе стороны от компонента. Что будет значительным, зависит от того, насколько точной должна быть модель, но обычно практическое правило требует, чтобы компоненты были меньше одной шестнадцатой длина волны.^[8] Поскольку длина волны уменьшается с частотой, это устанавливает верхний предел частоты, который может быть покрыт в этом виде конструкции. Этот предел намного ниже в механической области, чем эквивалентный предел в электрической области. Это связано с тем, что гораздо более высокие скорости распространения в электрической области приводят к более длинным длинам волн (механические колебания в стали распространяются со скоростью около 6000 м / с,^[9] электромагнитные волны в распространенных типах кабелей распространяются примерно на 2 х 10⁸ РС^[10]). Например, традиционные механические фильтры производятся только до 600 кГц.^[11] (несмотря на то что МЭМС устройства могут работать на гораздо более высоких частотах из-за их очень небольшого размера). В электрической области, с другой стороны, переход от модели сосредоточенных элементов к модели модель распределенных элементов происходит в диапазоне сотен мегагерц.^[12]

В некоторых случаях можно продолжить использование топологической схемы сети даже при наличии компонентов, требующих анализа распределенных элементов. В области электричества линия передачи, базовый компонент распределенного элемента, может быть включен в модель с введением дополнительного элемента электрическая длина.^[13] Линия передачи является особым случаем, поскольку она неизменна по длине и, следовательно, не требует моделирования всей геометрии.^[14] Другой способ работы с распределенными элементами - использовать анализ методом конечных элементов при этом распределенный элемент аппроксимируется большим количеством мелких сосредоточенных элементов. Именно такой подход был использован в одной статье для моделирования улитка человеческого уха.^[15] Еще одно условие, требуемое от электрических систем для применения модели сосредоточенных элементов, заключается в том, что поля существуют вне компонента, поскольку они могут пара к другим несвязанным компонентам.^[16] Однако эти эффекты часто можно смоделировать путем введения некоторых виртуальных сосредоточенных элементов, называемых рассеянными или паразиты.^[17] Аналогом этого в механических системах является вибрация одного компонента, связанного с другим компонентом.^[18]

Степенные сопряженные переменные

Сопряженные по мощности переменные - это пара переменных, произведение которых равно мощности. В электрической области выбираемые переменные, сопряженные по мощности, неизменно Напряжение (v) и Текущий (я). Таким образом, сопряженные по мощности переменные в механической области являются аналогами. Однако этого недостаточно, чтобы сделать выбор фундаментальных механических переменных уникальным. Обычный выбор для переводной механическая система - сила (F) и скорости (ты), но это не единственный выбор. Другая пара может быть более подходящей для системы с другой геометрией, такой как система вращения.^[19]

Даже после того, как были выбраны основные механические переменные, уникального набора аналогов все еще не существует. Есть два способа, которыми две пары степенно сопряженных переменных могут быть связаны друг с другом по аналогии. Например, ассоциации F с v и ты с я может быть изготовлен. Однако альтернативные ассоциации ты с v и F с я также возможны. Это приводит к двум классам аналогий: аналогии импеданса и аналогии мобильности.^[20] Эти аналогии двойной друг друга. Одна и та же механическая сеть имеет аналоги в двух разных электрических сетях. Эти две электрические сети являются двойные цепи друг друга.^[21]

Гамильтоновы переменные

Гамильтоновы переменные, также называемые энергетическими переменными, - это переменные р = (q, п), которые сопряжены по Уравнения Гамильтона:^[22]

${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} {\boldsymbol {p}}}{\mathrm {d} t}}=-{\frac {\partial {\mathcal {H}}}{\partial {\boldsymbol {q}}}}\quad ,\quad {\frac {\mathrm {d} {\boldsymbol {q}}}{\mathrm {d} t}}=+{\frac {\partial {\mathcal {H}}}{\partial {\boldsymbol {p}}}}}$

Кроме того, производные по времени от гамильтоновых переменных являются степенно сопряженными переменными.

Гамильтоновы переменные в электрической области: обвинять (q) и потокосцепление (λ), поскольку

${\displaystyle {\frac {\partial {\mathcal {H}}}{\partial q}}=-{\frac {d\lambda }{dt}}=v}$ (Закон индукции Фарадея ) и, ${\displaystyle {\frac {\partial {\mathcal {H}}}{\partial \lambda }}={\frac {dq}{dt}}=i}$

В трансляционной механической области гамильтоновыми переменными являются расстояние смещение (Икс) и импульс (п) потому что,

${\displaystyle {\frac {\partial {\mathcal {H}}}{\partial x}}=-{\frac {dp}{dt}}=F}$ (Второй закон движения Ньютона ) и, ${\displaystyle {\frac {\partial {\mathcal {H}}}{\partial p}}={\frac {dx}{dt}}=u}$

Для других аналогий и наборов переменных существует соответствующая взаимосвязь.^[23] Гамильтоновы переменные также называются энергетическими переменными. В интегрировать степенной сопряженной переменной по отношению к гамильтоновой переменной является мерой энергии. Например,

${\displaystyle \int Fdx}$ и, ${\displaystyle \int udp}$

оба выражения энергии. Их также можно назвать обобщенный импульс и обобщенное смещение после их аналогов в области механики. Некоторые авторы не одобряют эту терминологию, потому что она не нейтральна в предметной области. Аналогичным образом использование терминов Я печатаю и V-образный (после тока и напряжения) также не рекомендуется.^[24]

Классы аналогии

Используются два основных класса аналогий. Аналогия импеданса (также называемая аналогией Максвелла) сохраняет аналогию между механическим, акустическим и электрическим импедансом, но не сохраняет топологию сетей. Механическая сеть устроена иначе, чем аналогичная электрическая сеть. Аналогия мобильности (также называемая аналогией Firestone) сохраняет топологию сети за счет потери аналогии между импедансами в энергетических областях. Также есть насквозь аналогия, также называемая аналогией Трента. Полная аналогия между электрической и механической областями такая же, как и в аналогии мобильности. Однако аналогия между электрической и акустической областями подобна аналогии импеданса. Аналогии между механической и акустической областями в прямой и поперечной аналогии имеют двойную связь как с аналогией импеданса, так и с аналогией мобильности.^[25]

Для систем механического перемещения и вращения выбираются различные фундаментальные переменные, что приводит к двум вариантам для каждой из аналогий. Например, линейное расстояние является переменной смещения в поступательной системе, но это не совсем подходит для вращающихся систем, где угол вместо этого используется. Акустические аналогии также были включены в описания в качестве третьего варианта. Хотя акустическая энергия в конечном итоге носит механический характер, в литературе она рассматривается как пример другой области энергии, области жидкости, и имеет разные фундаментальные переменные. Для полного представления электромеханических аудиосистем необходимы аналогии между всеми тремя областями - электрической, механической и акустической.^[26]

Аналоги импеданса

Основная статья: Аналогия импеданса

Аналогии импеданса, также называемые аналогией Максвелла, классифицируют две переменные, составляющие пару степенно сопряженных элементов, как усилие переменная и поток Переменная. Переменная усилия в энергетической области является переменной, аналогичной силе в механической области. Переменная потока в энергетической области является переменной, аналогичной скорости в механической области. В аналоговой области выбираются сопряженные по мощности переменные, которые имеют некоторое сходство с силой и скоростью.^[27]

В электрической области переменной усилия является напряжение, а переменной потока - электрический ток. Отношение напряжения к току равно электрическое сопротивление (Закон Ома ). Отношение переменной усилия к переменной потока в других областях также описывается как сопротивление. Колебательные напряжения и токи дают начало концепции электрический импеданс когда между ними есть разность фаз. Импеданс можно рассматривать как расширение концепции сопротивления. Сопротивление связано с рассеиванием энергии. Импеданс включает накопление энергии, а также ее рассеяние.

Аналогия импеданса дает начало концепции импеданса в других областях энергии (но измеряется в других единицах).^[28] Аналогия поступательного импеданса описывает механические системы, движущиеся в одном линейном измерении, и дает начало идее механическое сопротивление. Единицей измерения механического сопротивления является механический ом; в единицах СИ это Н-с / м или кг / с.^[29] Аналогия вращательного импеданса описывает вращающиеся механические системы и дает начало идее вращательного импеданса. Единица вращательного импеданса в системе СИ - Н-м-с / рад.^[30] Аналогия с акустическим импедансом порождает идею акустический импеданс. Единицей акустического импеданса является акустический ом; в единицах СИ это Н-с / м⁵.^[31]

Переменные^[32]

Тип		Механический перевод Переменная	Механическое вращение Переменная	Акустическая переменная	Аналогичный электрическая переменная
Сильно сопряженная пара	Переменная усилий	Сила	Крутящий момент	Давление	Напряжение
	Переменная расхода	Скорость	Угловая скорость	Объемный расход	Текущий
Гамильтоновы переменные	Гамильтониан усилия	Импульс	Угловой момент	Давление-импульс	Потоковая связь
	Гамильтониан потока	Смещение	Угол	Объем	Обвинять
Элементы		Демпфирование	Вращательное сопротивление	Акустическое сопротивление	Сопротивление
		Масса	Момент инерции	Акустическая масса[заметка 3]	Индуктивность
		Согласие	Ротационное соответствие	Акустическое соответствие	Емкость
		Механическое сопротивление	Механическое сопротивление	Акустический импеданс	Электрический импеданс

Аналоги мобильности

Основная статья: Аналогия мобильности

Аналогии мобильности, также называемые аналогией Файерстоуна, являются электрические двойники аналогий импеданса. То есть переменная усилия в механической области аналогична току (переменная потока) в электрической области, а переменная потока в механической области аналогична напряжению (переменная усилия) в электрической области. Электрическая сеть, представляющая механическую систему, является двойная сеть этого в аналогии с импедансом.^[33]

Аналогия мобильности характеризуется допуск так же, как аналогия импеданса характеризуется импедансом. Адмитанс - это алгебраическая величина, обратная импедансу. В области механики механическую проводимость чаще называют мобильность.^[34]

Переменные^[35]

Тип		Механический перевод Переменная	Механическое вращение Переменная	Акустическая переменная	Аналогичный электрическая переменная
Сильно сопряженная пара	Переменная усилий	Сила	Крутящий момент	Давление	Текущий
	Переменная расхода	Скорость	Угловая скорость	Объемный расход	Напряжение
Гамильтоновы переменные	Гамильтониан усилия	Импульс	Угловой момент	Давление-импульс	Обвинять
	Гамильтониан потока	Смещение	Угол	Объем	Потоковая связь
Элементы		Ответная реакция[примечание 4]	Вращательная отзывчивость	Акустическая проводимость	Сопротивление
		Масса	Момент инерции	Акустическая масса	Емкость
		Согласие	Ротационное соответствие	Акустическое соответствие	Индуктивность
		Мобильность	Вращательная мобильность	Акустический допуск	Электрический импеданс

Через и через аналогии

Через аналогии, также называемые Аналогия Трента, классифицируем две переменные, составляющие степенно сопряженную пару, как через переменная и через Переменная. Поперечная переменная - это переменная, которая появляется на двух клеммах элемента. Поперечная переменная измеряется относительно клемм элемента. Проходная переменная - это переменная, которая проходит через элемент или действует через него, то есть имеет одинаковое значение на обоих концах элемента. Преимущество сквозной аналогии состоит в том, что, когда сквозная гамильтонова переменная выбирается как сохраняющаяся величина, Правило узла Кирхгофа можно использовать, и модель будет иметь ту же топологию, что и реальная система.

Таким образом, в электрической области поперечной переменной является напряжение, а сквозной переменной - ток. В механической области аналогичными переменными являются скорость и сила, как и в аналогии с подвижностью.^[36] В акустической системе давление является поперечной переменной, потому что давление измеряется относительно двух выводов элемента, а не как абсолютное давление. Таким образом, это не аналог силы, которая является сквозной переменной, даже если давление выражается в единицах силы на площадь. Силы действуют через элемент; стержень с силой, приложенной к верху, будет передавать ту же силу элементу, соединенному с его нижней частью. Таким образом, в прямой и поперечной аналогии механическая область аналогична электрической области, как аналогия мобильности, но акустическая область аналогична электрической области, как аналогия импеданса.^[37]

Переменные^[38]

Тип		Механический перевод Переменная	Механическое вращение Переменная	Акустическая переменная	Аналогичный электрическая переменная
Сильно сопряженная пара	По переменной	Скорость	Угловая скорость	Давление	Напряжение
	Через переменную	Сила	Крутящий момент	Объемный расход	Текущий
Гамильтоновы переменные	Через гамильтониан	Смещение	Угол	Давление-импульс	Потоковая связь
	Через гамильтониан	Линейный импульс	Угловой момент	Объем	Обвинять

Другие области энергетики

Электрическая аналогия может быть распространена на многие другие области энергетики. В области датчики и приводы, и для Системы управления их использование является обычным методом анализа для построения электрической аналогии всей системы. Поскольку датчики могут определять переменную в любой области энергии, и аналогично выходные данные системы могут быть в любой области энергии, требуются аналогии для всех областей энергии. В следующей таблице приводится сводка наиболее распространенных степенных сопряженных переменных, используемых для создания аналогий.^[39]

Аналоги в области энергетики^[40]

Энергетическая область	Переменная усилий	Переменная расхода
Электрические	Напряжение	Текущий
Механический	Сила	Скорость
Жидкость	Давление	Объемный расход
Термический	Разница температур	Энтропия скорость потока
Магнитный	Магнитодвижущая сила (ммс)	Магнитный поток скорость изменения
Химическая	Химический потенциал	Молярный скорость потока

Возможно, в тепловой области более распространено выбирать температуру и тепловую мощность в качестве основных переменных, потому что, в отличие от энтропии, их можно измерить напрямую. Концепция чего-либо термическое сопротивление основан на этой аналогии. Однако они не являются степенно сопряженными переменными и не полностью совместимы с другими переменными в таблице. Интегрированная электрическая аналогия в нескольких областях, которая включает эту тепловую аналогию, не будет правильно моделировать потоки энергии.^[41]

Аналогичным образом, часто встречающаяся аналогия с использованием mmf и магнитного потока в качестве фундаментальных переменных, которая дает начало концепции магнитное сопротивление, неправильно моделирует поток энергии. Переменная пара mmf и магнитный поток не является сопряженной парой. Эту модель сопротивления иногда называют моделью сопротивления-сопротивления, поскольку она делает эти две величины аналогичными. Аналогия, показанная в таблице, в которой используется пара сопряженных степеней, иногда называется гираторно-конденсаторная модель.^[42]

Преобразователи

А преобразователь это устройство, которое принимает энергию из одного домена в качестве входа и преобразует ее в другую область энергии в качестве выхода. Часто они обратимы, но редко используются таким образом. Преобразователи имеют много применений и много видов, в электромеханических системах они могут использоваться в качестве исполнительных механизмов и датчиков. В аудиоэлектронике они обеспечивают преобразование между электрической и акустической областями. Преобразователь обеспечивает связь между механической и электрической областями, и, следовательно, для него требуется сетевое представление, чтобы разработать единую электрическую аналогию.^[43] Для этого концепция порт из области электричества распространяется на другие области.^[44]

Преобразователи имеют (не менее^{[примечание 5]}) два порта, один порт в механической области и один в электрической области, и аналогичны электрическому двухпортовые сети. Это нужно сравнить с рассмотренными до сих пор элементами, которые являются однопортовыми. Двухпортовые сети можно представить в виде матрицы 2 × 2 или, что эквивалентно, в виде сети из двух зависимые генераторы и два импеданса или допуска. Существует шесть канонических форм этих представлений: параметры импеданса, параметры цепочки, гибридные параметры и их обратное. Можно использовать любой из них. Однако представление пассивного преобразователя, преобразующего аналогичные переменные (например, переменную усилия в другую переменную усилия в аналогии импеданса), можно упростить, заменив зависимые генераторы на трансформатор.^[45]

С другой стороны, преобразователь, преобразующий неаналоговые сопряженные переменные мощности, не может быть представлен трансформатором. Двухпортовый элемент в электрической области, который делает это, называется гиратор. Это устройство преобразует напряжения в токи и токи в напряжения. По аналогии преобразователь, который преобразует неаналоговые переменные между областями энергии, также называется гиратором. Например, электромагнитные преобразователи преобразуют ток в силу и скорость в напряжение.^[46] По аналогии с импедансом такой преобразователь представляет собой гиратор.^[47] Является ли преобразователь гиратором или трансформатором, это связано с аналогией; тот же электромагнитный преобразователь в аналоге мобильности является трансформатором, потому что он выполняет преобразование между аналогичными переменными.^[48]

История

Джеймс Клерк Максвелл разработал очень подробные механические аналогии электрических явлений. Он был первым, кто связал силу с напряжением (1873 г.), и, следовательно, ему обычно приписывают основание аналогии с импедансом.^[49] Это была самая ранняя механико-электрическая аналогия.^[50] Однако срок сопротивление не был изобретен до 1886 года, спустя много времени после смерти Максвелла, Оливер Хевисайд.^[51] Идея комплексное сопротивление был представлен Артур Э. Кеннелли в 1893 г., а понятие импеданса не было распространено на механическую сферу до 1920 г. Кеннелли и Артур Гордон Вебстер.^[52]

Целью Максвелла при построении этой аналогии было не представление механических систем в терминах электрических сетей. Скорее, он должен был объяснить электрические явления в более привычных механических терминах.^[53] Когда Джордж Эшли Кэмпбелл впервые продемонстрировал использование загрузочные катушки Чтобы улучшить телефонные линии в 1899 году, он рассчитал расстояние, необходимое между катушками, по аналогии с работой Чарльза Годфри по механическим линиям, нагруженным периодическими весами.^[54] По мере того, как электрические явления стали лучше пониматься, обратная этой аналогии, использование электрических аналогий для объяснения механических систем, стала более распространенной. Действительно, абстрактная топология электрического анализа с сосредоточенными элементами может предложить много проблем в области механики и других областей энергии, если на то пошло. К 1900 году электрическая аналогия механической области стала обычным явлением. Примерно с 1920 года электрическая аналогия стала стандартным инструментом анализа. Ванневар Буш был пионером в моделировании в своем развитии аналоговые компьютеры, и связное представление этого метода было представлено в статье 1925 г. Клиффорд А. Никль.^[55]

Применение анализ электрических сетей, особенно недавно разработанная область теория фильтров, к механическим и акустическим системам привело к значительному повышению производительности. В соответствии с Уоррен П. Мейсон КПД судовых электрических противотуманных фонарей вырос с менее одного процента до 50 процентов. В пропускная способность механических фонографы вырос с трех до пяти октавы когда механические части звукопередачи были сконструированы как элементы электрического фильтра ( смотрите также Механический фильтр § Воспроизведение звука ). Примечательно, что эффективность преобразования одновременно улучшилось (обычная ситуация с усиление системы в том, что прирост можно обменять на пропускную способность, так что произведение коэффициента усиления на пропускную способность остается постоянным).^[56]

В 1933 г. Флойд А. Файерстоун предложил новую аналогию, аналогию мобильности, в которой сила аналогична току, а не напряжению. Файерстоун представила концепцию сквозных и сквозных переменных в этой статье и представила структуру для распространения аналогии на другие области энергетики.^[57] Вариант аналогии сила-ток был предложен Гораций М. Трент в 1955 году, и именно эта версия обычно подразумевается под сквозной аналогией.^[58] Трент использовал метод линейного графа для представления сетей, который привел к аналогии силы и тока, исторически связанной с линейными графами. Аналогия сила-напряжение исторически используется с представлениями графа связей, введенными в 1960 г. Генри Пэйнтер однако при желании можно использовать любую аналогию с любым представлением.^[59]

Смотрите также

• Аналогичные модели
• Эластичность содержит информацию о Оливер Хевисайд роль в аналогиях
• Teledeltos
• Гидравлическая аналогия

Примечания

1. An область энергетики относится к системе или подсистеме, в которой энергия и силы имеют определенный вид, например электрические, механические, акустические, тепловые и т. д.
2. Пятиэлементную схему можно распространить на активные устройства, такие как транзисторы, с помощью двухпортовые сети содержащий зависимые генераторы при условии, что транзистор работает в практически линейной области.
3. Акустическая масса не имеет единиц массы. В системе СИ это единицы кг / м⁴ (Бэррон, стр. 333)
4. Отзывчивость обратна механическому сопротивлению (Seely и другие., п. 200)
5. Пьезоэлектрические преобразователи часто моделируются как трехпортовые устройства, одно электрическое и два механических, потому что механические колебания индуцируются с обеих сторон кристалла (Cheeke, стр. 213-214).

Рекомендации

1. Буш-Вишняк, стр. 17
2. Дарлингтон, стр. 7
3. Уход, стр. 74-77.
4. Чан, стр. 2-3
5. Буш-Вишняк, стр. 17
6. Буш-Вишняк, стр. 17-18
   • Боруцкий
7. Буш-Вишняк, стр.18, 21
8. Кляйнер, стр. 69
9. Майерс, стр. 136
10. Белый, стр. 93
11. Карр, стр. 170-172.
12. Froehlich & Kent, т. 6, стр. 434
13. Присоединяется и другие., стр. 69-71
14. Радманеш, с. 214
15. Фукадзава и Танака, стр. 191–192.
16. Агарвал и Ланг, стр. 9-11.
17. Семмлоу, стр. 405
18. Сен, стр.29, 41
19. Буш-Вишняк, стр. 18-19
20. Буш-Вишняк, стр. 19
21. Eargle, стр. 5
22. Hand, L.N .; Финч, Дж. Д. (2008). Аналитическая механика. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-57572-0.
23. Буш-Вишняк, стр. 21 год
24. Боруцкий, стр. 27-28.
25. Буш-Вишняк, стр. 18-20
26. Кляйнер, стр. 67-68
27. Буш-Вишняк, стр. 18
    • Боруцкий, стр. 22-23.
28. Буш-Вишняк, стр. 18
    • де Сильва, стр. 132
29. Кляйнер, стр. 15
30. Беранек и Меллоу, стр. 94
31. Кляйнер, стр. 84
32. Буш-Вишняк, стр.18, 21
33. Eargle, стр. 4-5.
34. Кляйнер, стр. 70
35. Буш-Вишняк, стр. 18-19, 21
36. Буш-Вишняк, стр. 19-20
    • Джексон, стр. 17
    • Regtien, p. 20
37. Буш-Вишняк, стр. 19-20
    • де Сильва, стр. 132–133.
38. Буш-Вишняк, стр. 18-21.
39. Буш-Вишняк, стр. 17
40. Буш-Вишняк, стр. 18-19
    • Regtien, p. 21 год
    • Боруцкий, с. 27
41. Буш-Вишняк, стр. 19
    • Regtien, p. 21 год
42. Хэмилл, стр. 97
43. Буш-Вишняк, стр. 11-12.
44. Яншек, стр. 94
45. Ленк и другие., стр. 207-208
46. Eargle, стр. 5-6.
47. Беранек и Меллоу, стр. 70-71.
    • Ленк и другие., п. 147
    • Яншек. стр. 94-95
48. Яншек, 95-96
49. Епископ, стр. 8.4
    • Буш-Вишняк, стр. 20
50. Смит, стр. 1648
51. Martinsen & Grimnes, стр. 287
52. Hunt p. 66
53. Уход, стр. 75
54. Мейсон, стр. 409
55. Уход, стр. 76
56. Мейсон, стр. 405
57. Епископ, стр. 8,2
    • Смит, стр. 1648
58. Буш-Вишняк, стр. 19
59. Епископ, стр. 8,8

Библиография

• Агарвал, Анант; Лэнг, Джеффри, Основы аналоговых и цифровых электронных схем, Морган Кауфманн, 2005 г. ISBN  008050681X.
• Бэррон, Рэндалл Ф., Промышленный шумоподавление и акустика, CRC Press, 2002 г. ISBN  0203910087.
• Беранек, Лео Лерой; Меллоу, Тим Дж., Акустика: звуковые поля и преобразователи, Academic Press, 2012 г. ISBN  0123914213.
• Епископ, Роберт Х., Мехатроника: Введение, CRC Press, 2005 г. ISBN  1420037242.
• Боруцкий, Вольфганг, Методология графа облигаций, Springer, 2009 г. ISBN  1848828829.
• Буш-Вишняк, Илен Дж., Электромеханические датчики и исполнительные механизмы, Springer Science & Business Media, 1999 г. ISBN  038798495X.
• Забота, Чарльз, Технология моделирования: электрические аналогии, инженерная практика и развитие аналоговых вычислений, Springer, 2010 г. ISBN  1848829485.
• Карр, Джозеф Дж. Радиочастотные компоненты и схемы, Oxford: Newnes, 2002. ISBN  0750648449.
• Чан, Шу-Парк, «Схемы: Введение», стр. 2–4, в Dorf, Richard C. (ed), Справочник по электротехнике, CRC Press, 1997 г. ISBN  1420049763.
• Чик, Дэвид Н., Основы и применения ультразвуковых волн, CRC Press, 2012 ISBN  143985498X.
• Дарлингтон, S, «История синтеза сети и теории фильтров для схем, состоящих из резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов», Транзакции IEEE в схемах и системах, т. 31. С. 3–13, 1984.
• де Сильва, Кларенс В., Вибрация: основы и практика, CRC Press, 2006 г. ISBN  0849319870.
• Эргл, Джон, Руководство по громкоговорителям, Kluwer Academic Publishers, 2003 г. ISBN  1402075847.
• Файерстоун, Флойд А., «Новая аналогия между механическими и электрическими элементами системы», Журнал Американского акустического общества, т. 3. С. 249–267, 1933.
• Froehlich, Fritz E .; Кент, Аллен, Энциклопедия телекоммуникаций Фрёлиха / Кента, CRC Press, 1991 ISBN  0824729021.
• Фукадзава, Тацуя; Танака, Ясуо, "Вызванная отоакустическая эмиссия в модели улитки", стр. 191–196 в Hohmann, D. (ed), ЭКоГ, ОАЭ и интраоперационный мониторинг: материалы Первой международной конференции, Вюрцбург, Германия, 20–24 сентября 1992 г., Публикации Куглера, 1993 г. ISBN  9062990975.
• Хэмилл, Дэвид К., «Сосредоточенные эквивалентные схемы магнитных компонентов: гираторно-конденсаторный подход», IEEE Transactions по силовой электронике, т. 8, вып. 2. С. 97–103.
• Хант, Фредерик В., Электроакустика: анализ трансдукции и ее исторические предпосылки, Издательство Гарвардского университета, 1954 г. OCLC  2042530.
• Джексон, Роджер Г., Новые датчики и зондирование, CRC Press, 2004 г. ISBN  1420033808.
• Яншек, Клаус, Проектирование мехатронных систем, Springer, 2011 г. ISBN  3642175317.
• Joines, William T .; Палмер, В. Деверо; Бернхард, Дженнифер Т., Цепи линии передачи СВЧ, Artech House, 2013 г. ISBN  1608075699.
• Кляйнер, Мендель, Электроакустика, CRC Press, 2013 ISBN  1439836183.
• Ленк, Арно; Г. Баллас, Рюдигер; Вертшютцкий, Роланд; Пфайфер, Гюнтер, Электромеханические системы в микротехнологии и мехатронике, Springer, 2010 г. ISBN  3642108067.
• Лурье, Борис; Энрайт, Пол, Классическое управление с обратной связью, CRC Press, 2011 г. ISBN  1439860173.
• Martinsen, Orjan G .; Гримнес, Сверре, Биоимпеданс и основы биоэлектричества, Academic Press, 2011 г. ISBN  0080568807.
• Мейсон, Уоррен П., «Электрические и механические аналогии», Технический журнал Bell System, т. 20, нет. 4. С. 405–414, октябрь 1941 г.
• Майерс, Расти Л., Основы физики, Greenwood Publishing Group, 2006 г. ISBN  0313328579.
• Пэйнтер, Генри М., Анализ и проектирование инженерных систем, MIT Press, 1961 г. OCLC  1670711.
• Радманеш, Мэтью М., Электронные волны и схемы линий передачи, Авторский дом, 2011 ISBN  1456752324.
• Регтьен, Пол П. Л., Датчики для мехатроники, Эльзевир, 2012 ISBN  0123944090.
• Сили, Самуил; Tarnoff, Norman H .; Гольштейн, Давид, Цифровые компьютеры в технике, Холт, Райнхарт и Уинстон, 1970 OCLC  92614.
• Семмлоу, Джон, Сигналы и системы для биоинженеров, Academic Press, 2012 г. ISBN  0123849829.
• Сен, С. Н., Акустика, волны и колебания, "Нью Эйдж Интернэшнл", 1990 г. ISBN  8122402666.
• Смит, Малкольм К. "Синтез механических сетей: инертор ", IEEE Transactions по автоматическому контролю, т. 47, вып. 10. С. 1648–1662, октябрь 2002 г.
• Трент, Гораций М., "Изоморфизмы ориентированных линейных графов и сосредоточенных физических систем", Журнал акустического общества Америки, т. 27. С. 500–526, 1955.
• Белый, Курт, Передача данных и компьютерные сети, Cengage Learning, 2012 г. ISBN  1285225864.