Разработка и проектирование макета, включающего в себя модуль излучателя и модуль приёмника. Для управления модулями используется внешний микроконтроллер на базе ArduinoUNO, который формирует зондирующий сигнал и анализирует принятый. Достоинства модуля.
Однако при разработке подобной техники существует проблема практического определения диаграммы направленности излучателей и приемников УЗ сигналов [1]. Существует несколько методов определения диаграммы направленности: 1) Сущность этого метода заключается в следующем, в начале, при сканировании по плоской поверхности образца регистрируют эхосигналы, распространяющиеся от отражателя, затем производится расчет многочастотных голограмм по эхосигналам, также рассчитывают пространственный спектр голограмм с последующим расчетом диаграммы направленности, при этом отраженные сигналы регистрируют в совмещенном режиме от дна полусферического образца, для этого производят сканирование по двум координатам с последующим расчетом произвольных сечений трехмерной диаграммы направленности. 2) диаграмма направленности ПЭП определяется путем его перемещения по поверхности образца, который содержит ненаправленный отражатель, находящийся в дальней зоне ПЭП, и производится анализ зависимости амплитуды отраженного сигнала от расстояния до отражателя [3]. Недостатком данного способа является то, что под влиянием затухания ультразвука в материале тест-образца происходит влияние на результат квазиискривления лучей, а также при изменении расстояния от ПЭП до отражателя происходит дифракционное ослабление амплитуды сигнала; Сущность этого метода состоит в том, что происходит регистрация эхосигналов от отверстия бокового сверления при сканировании ПЭП в одной плоскости по поверхности образца, далее производится расчет многочастотных голограмм по отраженным сигналам, также рассчитывают пространственный спектр голограмм с последующим расчетом диаграммы направленности [5].Ультразвуком называются упругие волны высокой частоты, которая находится за гранью слышимости человеческого уха. Частотная граница между звуком и ультразвуковыми волнами условна, так как звук, по своей физической природе ничем не отличается от ультразвука и представляет собой точно такие же упругие волны. Но, благодаря тому, что ультразвук обладает высокими частотами, и, следовательно, малыми длинами волн он имеет ряд особенностей: 1) позволяет определять с весьма малыми погрешностями измерения быстропротекающих процессов, таких как адиабатические характеристики, а также упругие постоянные твердых тел, значения удельной теплоемкости газов и многое другое [8]; 3) к числу важнейший явлений, которые возникают при распространении ультразвука высокой интенсивности в жидкостях, относится акустическая кавитация - образование и активность газовых или паровых пузырьков (полостей) в среде из имеющихся субмикроскопических зародышей газа или пара, облучаемой ультразвуком, которые начинают пульсировать с частотой этого пучка и захлопываются в положительной фазе давления [10]. 4) дифракция света на ультразвуке, возникающая с изменением плотности в ультразвуковой волне, которая связана с периодическим изменением показателя преломления световых волн;Ультразвуковые (УЗ) сенсоры (рис.1) широко используются для дистанционного обнаружения различных объектов, измерения расстояний,в качестве датчиков приближения и т.д. Большинство подобных датчиков обычно оснащаются пьезоэлектрическими преобразователями, использующие в своей работе прямой и обратный пьезоэлектрический эффект. Каждый ультразвуковой сенсор характеризуется своей диаграммой направленности (ДН) (рис.2). Под диаграммой направленности понимается диаграмма распределения мощности излучения относительно оси симметрии пьезоэлектрических преобразователей, а ширина диаграммы направленности - это суммарный максимальный угол относительно оси симметрии пьезоэлектрических преобразователей, при котором амплитуда принимаемого излучения уменьшается в два раза.На электронной части ультразвуковогосенсора находится пьезоэлемент, который излучает высокочастотные короткие звуковые импульсы определенного интервала, распространяющиеся в окружающей среде со скоростью звука. Ультразвуковой импульс, при встрече с объектом,частично отражается от него и приходит в приемник в качестве эхо [15]. Датчик воспринимает этот сигнал, и электронная схема устройства обработки измеряет время прохождения ультразвука в среде и по времени запаздывания звуковой волны рассчитывает расстояние до объекта, которое в дальнейшем преобразуется в аналоговый или цифровой сигнал (рис.3). Следует учитывать, что именно отраженный сигнал дает информацию о расстоянии до объекта, поэтому на работу ультразвукового датчика значительное влияние оказывает характеристика поверхности наряду с углом падения звуковой волны. Для измерения расстояния может применяться как схема, использующая одну и ту же головку датчика для излучения и приема, так и схема, в которой излучение и прием производят разные головки.Прямой пьезоэффект - при деформации тела на его поверхности возникают связанные электрические заряды. Явление прямого пьезоэффекта используется в приемниках ультразвукового сигнала, когда упругая волна падает на пьезоэлектрическую пластину, вызывая ее деформацию [18].
План
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Ультразвук
2. Датчики
2.1 Ультразвуковые сенсоры
2.2 Принцип работы сонара
2.3 Пьезоэлектрический эффект
2.4 Диаграммы направленности ПЭП различных конструкций
3. Параметры датчика
3.1 Электрические параметры
3.1.1 Центральная частота датчика
3.1.2 Диапазон рабочих частот датчика
3.1.3 Количество элементов в датчике
3.2 Геометрические параметры датчиков
3.2.1 Апертура датчика
3.2.2 Радиус кривизны поверхности датчика
3.2.3 Угол обзора датчика
4. Разработка и проектирование макетов схемы
4.1 Моделирование электрической схемы
4.2 Создание макета схемы
4.3 Проверка работоспособности макета
4.4 Проектирование печатной платы
4.5 Изготовление печатной платы
5. Используемые компоненты
Заключение
Библиографический список
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
