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.
Аннотация к работе
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